CN104309718B - 一种杠杆侧移动减震四轮式载人月球车折叠系统 - Google Patents

一种杠杆侧移动减震四轮式载人月球车折叠系统 Download PDF

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Abstract

一种杠杆侧移动减震四轮车载人月球车折叠系统，属于航天领域。该系统解决目前存在的星球表面复杂地理环境下四轮车易发生的整体颠覆、爬坡障碍、陷入坑洼表面以及车体笨重作业、能源消耗多、适应能力弱、占用空间大阻碍探测任务的实施等问题。第一车体(1‑1)的一侧焊接两个直角型槽钢(6)，第一车体(1‑1)的另一侧通过二个中间连接折叠机构(8)与第二车体(1‑2)的一侧折叠连接，第二车体(1‑2)的另一侧焊接两个直角型槽钢(6)，第一车体(1‑1)通过一对滚动轴销(9)和钉槽(15)和第二车体(1‑2)可拆卸连接，承载板车体(1)下端面上均布装有四个双轮移动机构。本发明用于载人月球车。

Description

一种杠杆侧移动减震四轮式载人月球车折叠系统
技术领域
本发明涉及一种杠杆侧移动减震四轮式载人月球车折叠系统，属于航天领域。
背景技术
该构型应用于星球表面崎岖不平地形环境的载人探测车，具有较强的复杂地形适应能力、突出的越障起坡能力、良好的结构整体可靠性以及便捷的折叠节省空间能力。车体行进平稳，便于工况轻量化。目前应用较多的为六轮车构型，六轮车构型的连接构件以及运动副较多，整体可靠性能较差、控制系统复杂、越障能力弱且能量消耗较大，不宜采用。而一般的四轮车构型在复杂的地面状况下易发生爬坡障碍、产生颠覆、陷入车辙等情况。杠杆侧移动减震四轮车在爬坡越障时车体的结构整体保持较为稳定，可减缓地形凸起或凹陷对车部件之间的刚性撞击产生的影响。同时，该构型的折叠设计可以减少地面空间占用，优化立体空间使用，易于存储和移动。
发明内容
本发明的目的是提供一种杠杆侧移动减震四轮式载人月球车折叠系统，以解决目前存在的星球表面复杂地理环境下四轮车易发生的整体颠覆、爬坡障碍、陷入坑洼表面以及车体笨重作业、能源消耗多、适应能力弱、占用空间大阻碍探测任务的实施等问题。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述系统包括承载板车体、二个中间连接折叠机构、四个双轮移动机构和四个杠杆式同轴套筒弹簧机构，承载板车体由第一车体和第二车体构成，第一车体的一侧焊接两个直角型槽钢，第一车体的另一侧通过二个中间连接折叠机构与第二车体的一侧折叠连接，第二车体的另一侧焊接两个直角型槽钢，第一车体通过一对滚动轴销和钉槽和第二车体可拆卸连接，承载板车体下端面上均布装有四个双轮移动机构；
每个双轮移动机构包括一个联动轴、一个车轮轴套环和二个独立转向驱动的轮体，每个联动轴的下端连接两个独立转向驱动的轮体，每个联动轴的上端通过两个销钉固接到车轮轴套环上，每个车轮轴套环固接在杠杆板上，横向挡板槽钢的两个伸出端分别与杠杆板的一端通过滚动铰连接副连接，第一车体的远离弯折部位的一端固装一个横向挡板槽钢，第二车体的远离弯折部位的一端固装另一个横向挡板槽钢；
每个杠杆式同轴套筒弹簧机构包括两个同轴套筒弹簧和一个杠杆板，
每个同轴套筒弹簧的一端与杠杆板的中间部分连接，每个同轴套筒弹簧的另一端固接在直角型槽钢的斜面上，直角型槽钢与杠杆板之间设有二个同轴套筒弹簧，每个直角型槽钢与杠杆板的外侧壁保持平行，直角型槽钢的两个车体所对应的外侧直角面在第一车体和第二车体折叠状态下接触，同时与车轮轴套环的接触面共面；折叠机构焊接一对滚动轴销和钉槽，一对滚动轴销和钉槽可拆卸连接；
承载板车体与杠杆板的外侧壁所在平面垂直，横向挡板槽钢的两个伸出端与杠杆板的外侧壁共面，轮体转动平面同时与承载板车体、杠杆板的外侧壁所在平面之间的夹角可调，轮体在套筒弹簧的连接方式下增加一个额外自由度，每个车轮轴套环平行于承载板车体且垂直于联动轴，两枚销钉与滚动铰连接副共线且两枚销钉与滚动铰连接副的连线与杠杆板的外侧壁所在平面共面。
本发明具有以下有益效果：一、杠杆式同轴套筒弹簧机构通过内置的同轴套筒承担了上部荷载不平衡对弹簧产生的弯扭力矩。经过爬坡或越障的过程时，机构的弹簧通过杠杆板的外侧壁类似于杠杆的几何形变缩放功能将震颤过程产生的长距离位移向量缩减为一定比例的短距离位移，同时将大量的动能转化为弹簧的弹性势能。这种措施不仅减少了车体运动的惯性对整个车体刚性碰撞的力学作用和车体过度倾斜对承载人员舒适的降低程度，增加了柔性控制的可能性以及提升了整体结构的自适应姿态可靠性。
二、折叠机构的设计采用可控制的滚动轴可拆卸方式，这种方式在放松了一个弯折自由度，在维持了整体前进运动功能的可靠性的同时减少了前后两部分共振作用的影响。滚动轴拆卸后机构采用180度立体弯折，弯折后前侧的车轴套环与后侧的车轴套环接触。弯折后的结构体在减少了底盘空间的占用的前提下拓展了立体空间的使用，这样可以充分地利用储运空间便捷的运输和移动四轮车。
三、本发明运动结构简单，易于操作，没有冗杂的多自由度连接方式和运动副。经过分析以及测试后的结果表明承载板整体刚度和运动稳定性可以得到保证，越障爬坡等过程中内侧轮胎有侧向附着剪切力，防止车体打滑或沉陷。从障碍物上驶下时，摇臂式杠杆自动回落，降低了控制的复杂性。
四、双轮的结构形式加大了上部承载的能力，较大的两侧轮距减少了沉陷的可能性。独立转向驱动电机的使用增加了复杂转向实现的可能性，封闭式轮毂的使用消除了轮体沙土闭塞的可能。
附图说明
图1是本发明的整体结构非折叠示意图车体的前进方向沿前后两侧均可，图2是车体整体结构非折叠状态下的俯视图，图3是车体整车结构非折叠状态下的侧视图，图4本发明是车体结构拆卸掉连接轴后折叠状态下的示意图，图5是车体两部分从连接部断开后的一半车体的前视图，图6为半车体结构前挡板槽钢、承载板车体和减震结构组合装配的前视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式系统包括承载板车体1、二个中间连接折叠机构8、四个双轮移动机构和四个杠杆式同轴套筒弹簧机构，承载板车体1由第一车体1-1和第二车体1-2构成，第一车体1-1的一侧焊接两个直角型槽钢6，第一车体1-1的另一侧通过二个中间连接折叠机构8与第二车体1-2的一侧折叠连接，第二车体1-2的另一侧焊接两个直角型槽钢6，第一车体1-1通过一对滚动轴销9和钉槽15和第二车体1-2可拆卸连接，承载板车体1下端面上均布装有四个双轮移动机构；
每个双轮移动机构包括一个联动轴7、一个车轮轴套环5和二个独立转向驱动的轮体4，每个联动轴7的下端连接两个独立转向驱动的轮体4，每个联动轴7的上端通过两个销钉14固接到车轮轴套环5上，每个车轮轴套环5固接在杠杆板11上，横向挡板槽钢3的两个伸出端分别与杠杆板11的一端通过滚动铰连接副13连接，第一车体1-1的远离弯折部位的一端固装一个横向挡板槽钢3，第二车体1-2的远离弯折部位的一端固装另一个横向挡板槽钢3；
每个杠杆式同轴套筒弹簧机构包括两个同轴套筒弹簧10和一个杠杆板11，
每个同轴套筒弹簧10的一端与杠杆板11的中间部分连接，每个同轴套筒弹簧10的另一端固接在直角型槽钢6的斜面上，直角型槽钢6与杠杆板11之间设有二个同轴套筒弹簧10，每个直角型槽钢6与杠杆板11的外侧壁2保持平行，直角型槽钢6的两个车体所对应的外侧直角面在第一车体1-1和第二车体1-2折叠状态下接触，同时与车轮轴套环5的接触面共面；折叠机构8焊接一对滚动轴销9和钉槽15，一对滚动轴销9和钉槽15可拆卸连接；
承载板车体1与杠杆板11的外侧壁2所在平面垂直，横向挡板槽钢3的两个伸出端与杠杆板11的外侧壁2共面，轮体4转动平面同时与承载板车体1、杠杆板11的外侧壁2所在平面之间的夹角可调，轮体4在套筒弹簧10的连接方式下增加一个额外自由度，每个车轮轴套环5平行于承载板车体1且垂直于联动轴7，两枚销钉14与滚动铰连接副13共线且两枚销钉14与滚动铰连接副13的连线与杠杆板11的外侧壁2所在平面共面。
具体实施方式二：结合图6说明本实施方式，本实施方式的同轴套筒弹簧10包括摆臂式减震折片16、拉压轴向弹簧17和弯矩轴向套筒18，拉压轴向弹簧17套装在套筒18的外部且套筒在拉压轴向弹簧17内可伸缩，拉压轴向弹簧17和弯矩轴向套筒18的底部设有摆臂式减震折片16，该结构可以有效地减缓侧向震动，避免弯扭的作用方式，同时增加结构的可靠性。其它实施方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的每个杠杆板11在相对应的轮体4以上部分加工为空心，该结构可以使减震机构轻量化，同时避免沙土等淤积减震结构内。其它实施方式与具体实施方式一相同。
工作原理：本发明通过四个独立驱动转向的车轮调整规避障碍物的方向，利用摆臂式杠杆侧移动轴向套筒弹簧减震机构减少起坡越障时对结构本身产生的影响，机构的弹簧通过杠杆的几何形变缩放功能将震颤过程产生的长距离位移缩减为一定比例的短距离位移，同时将大量的震颤动能转化为弹簧的弹性势能。该措施减少了车体运动的惯性对整个车体刚性碰撞的力学作用，减轻了车体过度倾斜对承载人员舒适的降低程度，增加了柔性控制的可能性以及提升了整体结构的自适应姿态可靠性。折叠机构的设计采用可控制的滚动轴可拆卸方式，这种方式在放松了一个弯折自由度，在维持了整体前进运动功能的可靠性的同时减少了前后两部分共振作用的影响。滚动轴拆卸后机构采用180度立体弯折，弯折后前侧的车轴套环与后侧的车轴套环接触。弯折后的结构体在减少了底盘空间的占用的前提下拓展了立体空间的使用，这样可以更加便捷的运输和移动四轮车，减轻机构负载设备的空间负担。

Claims (3)

1.一种杠杆侧移动减震四轮式载人月球车折叠系统，其特征在于所述系统包括承载板车体(1)、二个中间连接折叠机构(8)、四个双轮移动机构和四个杠杆式同轴套筒弹簧机构，承载板车体(1)由第一车体(1-1)和第二车体(1-2)构成，第一车体(1-1)的一侧焊接两个直角型槽钢(6)，第一车体(1-1)的另一侧通过二个中间连接折叠机构(8)与第二车体(1-2)的一侧折叠连接，第二车体(1-2)的另一侧焊接两个直角型槽钢(6)，第一车体(1-1)通过一对滚动轴销(9)和钉槽(15)和第二车体(1-2)可拆卸连接，承载板车体(1)下端面上均布装有四个双轮移动机构；
每个双轮移动机构包括一个联动轴(7)、一个车轮轴套环(5)和二个独立转向驱动的轮体(4)，每个联动轴(7)的下端连接两个独立转向驱动的轮体(4)，每个联动轴(7)的上端通过两个销钉(14)固接到车轮轴套环(5)上，每个车轮轴套环(5)固接在杠杆板(11)上，横向挡板槽钢(3)的两个伸出端分别与杠杆板(11)的一端通过滚动铰连接副(13)连接，第一车体(1-1)的远离弯折部位的一端固装一个横向挡板槽钢(3)，第二车体(1-2)的远离弯折部位的一端固装另一个横向挡板槽钢(3)；
每个杠杆式同轴套筒弹簧机构包括两个同轴套筒弹簧(10)和一个杠杆板(11)，
每个同轴套筒弹簧(10)的一端与杠杆板(11)的中间部分连接，每个同轴套筒弹簧(10)的另一端固接在直角型槽钢(6)的斜面上，直角型槽钢(6)与杠杆板(11)之间设有二个同轴套筒弹簧(10)，每个直角型槽钢(6)与杠杆板(11)的外侧壁(2)保持平行，直角型槽钢(6)的两个车体所对应的外侧直角面在第一车体(1-1)和第二车体(1-2)折叠状态下接触，同时与车轮轴套环(5)的接触面共面；折叠机构(8)焊接一对滚动轴销(9)和钉槽(15)，一对滚动轴销(9)和钉槽(15)可拆卸连接；
承载板车体(1)与杠杆板(11)的外侧壁(2)所在平面垂直，横向挡板槽钢(3)的两个伸出端与杠杆板(11)的外侧壁(2)共面，轮体(4)转动平面同时与承载板车体(1)、杠杆板(11)的外侧壁(2)所在平面之间的夹角可调，轮体(4)在套筒弹簧(10)的连接方式下增加一个额外自由度，每个车轮轴套环(5)平行于承载板车体(1)且垂直于联动轴(7)，两枚销钉(14)与滚动铰连接副(13)共线且两枚销钉(14)与滚动铰连接副(13)的连线与杠杆板(11)的外侧壁(2)所在平面共面。
2.根据权利要求1所述的一种杠杆侧移动减震四轮式载人月球车折叠系统，其特征在于：同轴套筒弹簧(10)包括摆臂式减震折片(16)、拉压轴向弹簧(17)和弯矩轴向套筒(18)，拉压轴向弹簧(17)套装在套筒(18)的外部且套筒在拉压轴向弹簧(17)内可伸缩，拉压轴向弹簧(17)和弯矩轴向套筒(18)的底部设有摆臂式减震折片(16)。
3.根据权利要求1所述的一种杠杆侧移动减震四轮式载人月球车折叠系统，其特征在于：每个杠杆板(11)在相对应的轮体4以上部分加工为空心。
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