CN101941526A - 横向摆杆式四轮探测车 - Google Patents

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Abstract

横向摆杆式四轮探测车，它涉及一种四轮探测车。针对行星表面或其它恶劣环境中，四轮探测车地形自适应能力差、越障性能不好，无法完成复杂探测任务问题。车体与纵杆固接，横杆与纵杆正交且转动连接在纵杆上，独立摆杆的前端与纵杆的后下端铰接，后端与后转向装置固接，独立摆杆与纵杆之间通过第二弹簧连接，后转向装置通过后车轮连架杆与后转向轮铰接，纵杆前端通过前转向装置与前车轮连架杆的上端连接，前车轮连架杆的下端与前转向轮铰接，横杆的左端通过左车轮连架杆与左车轮的轮轴铰接，右端通过右车轮连架杆与右车轮的轮轴铰接，车体与横杆之间通过偶数个第一压缩弹簧连接。本发明地形自适应能力及越障性能好，用于行星表面或其它恶劣环境中。

Description

横向摆杆式四轮探测车
技术领域
本发明涉及一种四轮探测车，属于航天技术领域。
背景技术
用于行星表面或其它恶劣环境的探测车，要求具有较强的地形适应性、灵活的转向能力、较好的避障能力、平稳的车体姿态，并且结构紧凑，能耗少，轻量化。目前应用较多的探测车为六轮探测车，而采用六轮探测车，因其杆件数量较多，运动副也较多，因此结构复杂，可靠性较差，增加了控制难度。
而目前应用的四轮探测车，虽然结构紧凑、耗能少、控制简单，但当四轮探测车的左车轮或右车轮压过障碍物而被瞬时抬高时，对于横杆与车体固连的车体会发生整体侧偏，其地形自适应能力差，越障性能不好。为使四轮探测车能够完成复杂的探测任务，需要为其配置合适的车载机构。
发明内容
本发明的目的是提供一种横向摆杆式四轮探测车，以解决现有应用到行星表面或其它恶劣环境中的四轮探测车存在地形自适应能力差、越障性能不好，无法完成复杂的探测任务的问题。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：本发明的横向摆杆式四轮探测车包括车体、悬架、四个车轮和偶数个第一压缩弹簧；四个车轮分别是前转向轮、后转向轮、左车轮和右车轮；悬架包括纵杆、横杆、独立摆杆、第二弹簧、两个转向装置和四个车轮连架杆；两个转向装置分别是前转向装置和后转向装置；四个车轮连架杆分别是前车轮连架杆、后车轮连架杆、左车轮连架杆和右车轮连架杆；车体位于纵杆上且二者固接，横杆与纵杆正交，且横杆与纵杆的正交点位于横杆的几何中心处，横杆转动连接在纵杆上，独立摆杆的前端与纵杆的后下端铰接，独立摆杆的后端与后转向装置固接，纵杆与独立摆杆长度之和与横杆的长度相等，独立摆杆与纵杆之间通过第二弹簧连接，后转向装置与后车轮连架杆的上端连接，后车轮连架杆的下端与后转向轮的轮轴铰接，纵杆前端与前转向装置固接，前转向装置与前车轮连架杆的上端连接，前车轮连架杆的下端与前转向轮的轮轴铰接，前转向轮和后转向轮相对于横杆对称设置，横杆的左端与左车轮连架杆的上端固定连接，左车轮连架杆的下端与左车轮的轮轴铰接，横杆的右端与右车轮连架杆的上端固定连接，右车轮连架杆的下端与右车轮的轮轴铰接，左车轮和右车轮相对于纵杆对称设置；俯看悬架，前转向轮、后转向轮、左车轮和右车轮位于菱形的四个顶点处，车体与横杆之间通过偶数个第一压缩弹簧连接，偶数个第一压缩弹簧相对于横杆的几何中心对称设置。
本发明的有益效果是：一、左、右两个车轮的轮轴与左、右车轮连架杆铰接，消除了左、右车轮高度不同对车体姿态的影响。当左车轮或右车轮压过障碍物而被瞬时抬高时，车体因为存在一个惯性环节，即在横杆与车体之间的偶数个第一弹簧的缓冲作用下，车体不会发生剧烈侧偏和振动。同时后转向轮依靠第二弹簧的弹力也提高了探测车的前进方向的地形适应性；二、转向轮少，转向功率小。一方面，本发明的四轮探测车采用正交的悬架，只需要两个转向轮即可实现原地转弯；另一方面，相对于六轮及八轮探测车，本发明的四轮探测车转向过程中不存在车轮滑转现象，所以消耗功率小；三、本发明杆件少，运动副少，使得该四轮探测车结构紧凑、控制简单；该四轮探测车比通常的六轮探测车采用的杆件及运动副都大大减少，且四个车轮的独立驱动比六轮驱动具有控制简单的优势，且结构简单，可靠性好；四、独立摆杆通过与纵杆相连接的第二弹簧压紧地面，可以尽量平衡四个车轮对地面的轮压，提高了驱动电机(即前、后转向电机)的效率。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图(图中箭头方向为本发明的四轮探测车的前进方向)，图2是车体与四个车轮相对位置的俯视图，图3是本发明整体结构的主视示意图，图4是图3的左视图，图5是前转向装置与前车轮连架杆及前转向轮装配在一起的结构示意图，图6是后转向装置与后车轮连架杆及后转向轮装配在一起的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图4说明，本实施方式的横向摆杆式四轮探测车包括车体1、悬架、四个车轮和偶数个第一压缩弹簧16；四个车轮分别是前转向轮11、后转向轮13、左车轮12和右车轮14；悬架包括纵杆2、横杆4、独立摆杆3、第二弹簧17、两个转向装置和四个车轮连架杆；两个转向装置分别是前转向装置5和后转向装置6；四个车轮连架杆分别是前车轮连架杆7、后车轮连架杆9、左车轮连架杆8和右车轮连架杆10；车体1位于纵杆2上且二者固接，横杆4与纵杆2正交(纵杆2与所述四轮探测车的进退方向一致)，且横杆4与纵杆2的正交点位于横杆4的几何中心处，横杆4转动连接在纵杆2上(即横杆4可绕纵杆2旋转)，独立摆杆3的前端与纵杆2的后下端铰接，独立摆杆3的后端与后转向装置6固接，纵杆2与独立摆杆3长度之和与横杆4的长度相等，独立摆杆3与纵杆2之间通过第二弹簧17连接(通过第二弹簧17的预紧力稳定独立摆杆3)，后转向装置6与后车轮连架杆9的上端连接，后车轮连架杆9的下端与后转向轮13的轮轴铰接，纵杆2前端与前转向装置5固接，前转向装置5与前车轮连架杆7的上端连接，前车轮连架杆7的下端与前转向轮11的轮轴铰接，前转向轮11和后转向轮13相对于横杆4对称设置，横杆4的左端与左车轮连架杆8的上端固定连接，左车轮连架杆8的下端与左车轮12的轮轴铰接，横杆4的右端与右车轮连架杆10的上端固定连接，右车轮连架杆10的下端与右车轮14的轮轴铰接，左车轮12和右车轮14相对于纵杆2对称设置；俯看悬架，前转向轮11、后转向轮13、左车轮12和右车轮14位于菱形的四个顶点处(这种布置有利于保持车体稳定性，并且容易实现转向和原地旋转)，车体1与横杆4之间通过偶数个第一压缩弹簧16连接，偶数个第一压缩弹簧16相对于横杆4的几何中心对称设置(用于保证车体1的平衡)。第一压缩弹簧16的数量根据需要选定。
具体实施方式二：结合图5和图6说明，本实施方式的前转向装置5包括前转向电机15、前减速器18和两个前联轴器19；纵杆2的前端与前转向电机15的壳体固定连接，前转向电机15的转轴通过两个前联轴器19中的一个与前减速器18的输入轴传动连接，前减速器18的输出轴通过两个前联轴器19中的剩余一个与前车轮连架杆7的上端传动连接，前车轮连架杆7的下端与前转向轮11的轮轴铰接；后转向装置6包括后转向电机20、后减速器21和两个后联轴器22；独立摆杆3的后端与后转向电机20的壳体固定连接，后转向电机20的转轴通过两个后联轴器21中的一个与后减速器21的输入轴传动连接，后减速器21的输出轴通过两个后联轴器21中的剩余一个与后车轮连架杆9的上端传动连接，后车轮连架杆9的下端与后转向轮13的轮轴铰接。通过前、后转向装置可以驱动前转向轮和后转向轮原地转向。其它与具体实施方式一相同。
工作原理：本发明通过四个车轮的菱形布置及四轮独立驱动和前后转向轮转向，使本发明的四轮探测车在遇到障碍物时，实现行进方向的调整，并能原地转向，达到避障的目的；另一方面，相对于六轮及八轮探测车，本发明的四轮探测车转向不存在纯滑动轮，消耗功率小。当四轮探测车行驶在崎岖不平的路面上时，且当左车轮或右车轮压过障碍物而被瞬时抬高时，对于现有的横杆与车体固连的四轮探测车，车体会发生整体侧偏；但对于本发明的横向摆杆式四轮探测车(具有横向摆臂特性)，在左车轮或右车轮抬高时，车体因为存在一个惯性环节，即在横杆与车体之间的偶数个第一弹簧的缓冲作用下，车体不会发生剧烈的侧偏和振动。同时，后转向轮通过第二弹簧压紧地面，使四个车轮能始终和地面保持接触，近似平均分担探测车的重力，因此，在很大程度上提高了四轮探测车的自适应性和驱动电机的效率。

Claims (2)

1.一种横向摆杆式四轮探测车，所述四轮探测车包括车体(1)、悬架、四个车轮和偶数个第一压缩弹簧(16)；四个车轮分别是前转向轮(11)、后转向轮(13)、左车轮(12)和右车轮(14)；其特征在于：悬架包括纵杆(2)、横杆(4)、独立摆杆(3)、第二弹簧(17)、两个转向装置和四个车轮连架杆；两个转向装置分别是前转向装置(5)和后转向装置(6)；四个车轮连架杆分别是前车轮连架杆(7)、后车轮连架杆(9)、左车轮连架杆(8)和右车轮连架杆(10)；车体(1)位于纵杆(2)上且二者固接，横杆(4)与纵杆(2)正交，且横杆(4)与纵杆(2)的正交点位于横杆(4)的几何中心处，横杆(4)转动连接在纵杆(2)上，独立摆杆(3)的前端与纵杆(2)的后下端铰接，独立摆杆(3)的后端与后转向装置(6)固接，纵杆(2)与独立摆杆(3)长度之和与横杆(4)的长度相等，独立摆杆(3)与纵杆(2)之间通过第二弹簧(17)连接，后转向装置(6)与后车轮连架杆(9)的上端连接，后车轮连架杆(9)的下端与后转向轮(13)的轮轴铰接，纵杆(2)前端与前转向装置(5)固接，前转向装置(5)与前车轮连架杆(7)的上端连接，前车轮连架杆(7)的下端与前转向轮(11)的轮轴铰接，前转向轮(11)和后转向轮(13)相对于横杆(4)对称设置，横杆(4)的左端与左车轮连架杆(8)的上端固定连接，左车轮连架杆(8)的下端与左车轮(12)的轮轴铰接，横杆(4)的右端与右车轮连架杆(10)的上端固定连接，右车轮连架杆(10)的下端与右车轮(14)的轮轴铰接，左车轮(12)和右车轮(14)相对于纵杆(2)对称设置；俯看悬架，前转向轮(11)、后转向轮(13)、左车轮(12)和右车轮(14)位于菱形的四个顶点处，车体(1)与横杆(4)之间通过偶数个第一压缩弹簧(16)连接，偶数个第一压缩弹簧(16)相对于横杆(4)的几何中心对称设置。
2.根据权利要求1所述的横向摆杆式四轮探测车，其特征在于：前转向装置(5)包括前转向电机(15)、前减速器(18)和两个前联轴器(19)；纵杆(2)的前端与前转向电机(15)的壳体固定连接，前转向电机(15)的转轴通过两个前联轴器(19)中的一个与前减速器(18)的输入轴传动连接，前减速器(18)的输出轴通过两个前联轴器(19)中的剩余一个与前车轮连架杆(7)的上端传动连接，前车轮连架杆(7)的下端与前转向轮(11)的轮轴铰接；后转向装置(6)包括后转向电机(20)、后减速器(21)和两个后联轴器(22)；独立摆杆(3)的后端与后转向电机(20)的壳体固定连接，后转向电机(20)的转轴通过两个后联轴器(21)中的一个与后减速器(21)的输入轴传动连接，后减速器(21)的输出轴通过两个后联轴器(21)中的剩余一个与后车轮连架杆(9)的上端传动连接，后车轮连架杆(9)的下端与后转向轮(13)的轮轴铰接。
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