CN104401505B - 双轮全向减震式载人月球车移动系统 - Google Patents

Abstract

双轮全向减震式载人月球车移动系统，它涉及一种月球车移动系统。本发明解决了现有的载人月球车移动系统存在功能不完善、性能单一、减震性能差的问题。转向电机伺服系统的输出轴由转向电机底座的下端穿出，转向支架安装在转向电机底座的输出轴上；每个转向支架的下端与对应的一个折叠电机连接；减震支撑体的下部位于两个斜杆下部之间且减震支撑体与斜杆转动连接，每个竖向减震器的一端与减震支撑体的上部连接，每个竖向减震器的另一端与对应的一个斜杆中部连接；侧向减震器的一端与减震支撑体的侧壁连接；每个减震机构的上耳片和下耳片与对应的一个支撑体基座转动连接，每个侧向减震器的另一端与相应一个减震器底座连接。本发明用于月球载人领域。

Description

双轮全向减震式载人月球车移动系统

技术领域

本发明涉及一种双轮全向减震式载人月球车移动系统，属于航天技术领域。

背景技术

载人月球车是载人探月及建立月球基地的重要组成部分，是月面探测必不可少的探测工具，其性能的好坏关系重大。月球表面本身物理特性及地面情况等自然因素对载人月球车的设计提出了一定的技术要求。虽然世界各国包括中国都设计出了不同结构类型的载人月球车移动系统，但这些移动系统构型都存在各自的优缺点，开发新型的载人月球车构型仍然是一个富有挑战性的课题。由于探测任务和性能需求的不同，目前已研制的各种载人月球车移动系统结构各异、尺寸不一、性能不同，载人月球车的设计存在特殊化和多样化的特点，设计过程缺少继承性，造成了重复设计工作，浪费了大量的时间和资源，同时设计过程中很多自觉和经验方法的引入可能导致设计的不科学、构型性能下降等问题。因此设计和制造一种高性能的载人月球车移动系统迫在眉睫。

综上，现有的载人月球车移动系统存在功能不完善、性能单一、减震性能差的问题。

发明内容

本发明为解决现有的载人月球车移动系统存在功能不完善、性能单一、减震性能差的问题，进而提供了一种双轮全向减震式载人月球车移动系统。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

本发明的双轮全向减震式载人月球车移动系统包括四个车轮机构、四个转向机构、四个减震机构和车底盘，每个车轮机构包括前进电机伺服系统、车轮支架、折叠电机和两个车轮，前进电机伺服系统为双输出轴电机，每个前进电机伺服系统的输出端各安装有一个车轮，车轮支架的下端与前进电机伺服系统的中部固接，车轮支架的上端与折叠电机连接；

每个转向机构包括转向支架、转向电机底座和转向电机伺服系统，转向电机伺服系统固定在转向电机底座上，转向电机伺服系统的输出轴由转向电机底座的下端穿出，转向支架安装在转向电机底座的输出轴上；每个转向支架的下端与对应的一个折叠电机连接；

每个减震机构包括侧向减震器、减震支撑体、摆动连杆、两个竖向减震器和两个斜杆，两个斜杆的上部对称安装在转向电机底座上，减震支撑体的下部位于两个斜杆下部之间且减震支撑体与斜杆转动连接，每个竖向减震器的一端与减震支撑体的上部连接，每个竖向减震器的另一端与对应的一个斜杆中部连接；侧向减震器的一端与减震支撑体的侧壁连接，减震支撑体上与竖向减震器相背的侧壁上由上至下依次设置有上耳片、下耳片和连杆轴，摆动连杆的两端与横向的两个连杆轴转动连接；

车底盘包括底座主体、四个折叠关节和两个扩展底座，底座主体的前后端上分别连接有一个扩展底座，每个扩展底座通过两个折叠关节与底座主体折叠连接；底座主体上矩阵设置有四个支撑体基座，底座主体的下端面上矩阵设置有四个减震器底座，每个减震机构的上耳片和下耳片与对应的一个支撑体基座转动连接，每个侧向减震器的另一端与相应的一个减震器底座连接。

本发明与现有的载人月球车移动系统相比具有以下有益效果：

本发明的双轮全向减震式载人月球车移动系统中每个车轮机构均采用双轮支撑，双轮的承载能力很高，可以满足月球探测过程中的所有移动要求，同时采用四轮同时驱动的方式，使得驱动力矩大大增加，使得月球车爬坡和越障更加容易；

本发明的双轮全向减震式载人月球车移动系统的减震机构具有双向减震功能，减震性能大大提高，不仅可以大大削弱竖直方向的震动，同时对于抗击侧向杂质撞击震动的性能也很高，本发明的连杆机构使某一边的车轮受到沿车轮旋转轴方向的冲击而摆动时，另一边的车轮也随之摆动，从而保证了月球车行驶的顺畅性；

本发明的双轮全向减震式载人月球车移动系统还具有越障和爬坡功能，当载人月球车的驱动轮遇到障碍时，通过减震系统调节车轮在垂直方向的位置，从而可以跨越障碍；同时，本发明还具有很好的制动性能，每个车轮的驱动电机都含有一套制动器，使车轮的制动方便可靠，当载人月球车停留在斜坡或者停下来完成某项作业时，通过驱动轮上的制动装置实现所有驱动轮的制动，从而实现整个载人月球车的制动，以确保载人月球车移动系统能够及时停下；

本发明的车底盘设计的比较低，使得航天员可以方便地随时上下车，设计人性化；

本发明的双轮全向减震式载人月球车移动系统设置有两个扩展底座，并且车轮机构设置有转向机构，将前后的两个扩展底座翻转到底座主体上端面上，然后将车轮机构的折叠电机与转向机构的转向支架连接的转动副转动90度，使载人月球车宽度方向的两组驱动轮的车轮相对，即完成折叠过程；展开时与折叠过程相反，使各个车轮机构竖直放置，然后将前后的两个扩展底座翻转到与底座主体平行的方向，即本发明的载人月球车移动系统具有折叠和展开功能；

本发明的双轮全向减震式载人月球车移动系统还具有结构简单、性能可靠，对于开放式载人月球车的适用性能好的优点。

附图说明

图1是本发明的双轮全向减震式载人月球车移动系统整体结构立体图，图2是具体实施方式一中车轮机构1和转向机构2的立体图，图3是具体实施方式一中车轮机构1、四个转向机构2和四个减震机构3的主视图，图4是具体实施方式一中车轮机构1、四个转向机构2和四个减震机构3的立体图，图5是具体实施方式一中摆动连杆3-5与横向的两个连杆轴3-3-3的连接关系图，图6是具体实施方式一中车底盘4的立体图，图7是本发明的双轮全向减震式载人月球车移动系统整体结构立体图(折叠状态)。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1～7所示，本实施方式的一种双轮全向减震式载人月球车移动系统包括四个车轮机构1、四个转向机构2、四个减震机构3和车底盘4，每个车轮机构1包括前进电机伺服系统1-2、车轮支架1-3、折叠电机1-4和两个车轮1-1，前进电机伺服系统1-2为双输出轴电机，每个前进电机伺服系统1-2的输出端各安装有一个车轮1-1，车轮支架1-3的下端与前进电机伺服系统1-2的中部固接，车轮支架1-3的上端与折叠电机1-4连接；

每个转向机构2包括转向支架2-1、转向电机底座2-2和转向电机伺服系统2-3，转向电机伺服系统2-3固定在转向电机底座2-2上，转向电机伺服系统2-3的输出轴由转向电机底座2-2的下端穿出，转向支架2-1安装在转向电机底座2-2的输出轴上；每个转向支架2-1的下端与对应的一个折叠电机1-4连接；

每个减震机构3包括侧向减震器3-1、减震支撑体3-3、摆动连杆3-5、两个竖向减震器3-2和两个斜杆3-4，两个斜杆3-4的上部对称安装在转向电机底座2-2上，减震支撑体3-3的下部位于两个斜杆3-4下部之间且减震支撑体3-3与斜杆3-4转动连接，每个竖向减震器3-2的一端与减震支撑体3-3的上部连接，每个竖向减震器3-2的另一端与对应的一个斜杆3-4中部连接；侧向减震器3-1的一端与减震支撑体3-3的侧壁连接，减震支撑体3-3上与竖向减震器3-2相背的侧壁上由上至下依次设置有上耳片3-3-1、下耳片3-3-2和连杆轴3-3-3，摆动连杆3-5的两端与横向的两个连杆轴3-3-3转动连接；

车底盘4包括底座主体4-1、四个折叠关节4-2和两个扩展底座4-3，底座主体4-1的前后端上分别连接有一个扩展底座4-3，每个扩展底座4-3通过两个折叠关节4-2与底座主体4-1折叠连接；底座主体4-1上矩阵设置有四个支撑体基座4-1-2，底座主体4-1的下端面上矩阵设置有四个减震器底座4-1-1，每个减震机构3的上耳片3-3-1和下耳片3-3-2与对应的一个支撑体基座4-1-2转动连接，每个侧向减震器3-1的另一端与相应的一个减震器底座4-1-1连接。

具体实施方式二：如图4所示，本实施方式侧向减震器3-1为弹簧减震器。如此设计，结构简单、相应速度快、弹性大，减震效果好。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：如图1、3或4所示，本实施方式竖向减震器3-2为弹簧减震器。如此设计，结构简单、相应速度快、弹性大，减震效果好。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：如图1所示，本实施方式扩展底座4-3与底座主体4-1可通过转动副锁紧定位。如此设计，结构简单、使扩展底座4-3的展开和折叠更加快速、准确。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

工作原理：

本发明的工作原理分为折叠过程、展开过程和移动过程。

折叠过程：首先将前后的两个扩展底座4-3翻转到底座主体4-1的上端面上，然后将车轮机构1的折叠电机1-4与转向机构2的转向支架2-1连接的转动副转动90度，使载人月球车宽度方向的两组驱动轮的车轮相对，即完成折叠过程；

展开过程展开时与上述折叠过程相反，首先将车轮机构1的折叠电机1-4与转向机构2的转向支架2-1连接的转动副转动90度(与折叠时方向相反)，使各个车轮机构1竖直放置，然后将前后的两个扩展底座4-3翻转到与底座主体4-1平行的方向，然后各个转动副锁死，不再转动；

移动过程：载人月球车的每个前进电机伺服系统1-2驱动各个车轮旋转，即实现了载人月球车的前进过程；车轮的转向过程分为独立转向和轨迹转向过程，当需要载人月球车独立转向时，四个车轮机构的转向电机伺服系统2-3工作，完成四个车轮支架1-3在竖直方向的旋转，然后前进电机伺服系统1-2带动车轮旋转完成车体的转向，当需要载人月球车需要轨迹转向时，只需要车前进方向前方的两个车轮的转向电机伺服系统2-3工作，完成这两个车轮支架1-3在竖直方向的旋转，然后完成车轮的前进驱动即可；每个前进电机伺服系统1-2和转向电机伺服系统2-3都含有一套制动装置，可以再任意时刻对车轮完成制动功能，在月球车爬坡或转向过程中对电机抱死，以完成制动或者停车的目的；竖向减震器3-2的一端与斜杆3-4相连，另一端与减震支撑体3-3相连，实现了车轮在竖直方向上的减震功能，侧向减震器3-1一端与减震支撑体3-3相连接，另一端与底座主体4-1的侧向减震器底座4-1-1相连接，实现了车轮的侧向减震功能，横向的两个车轮机构共用一个横向的两个车轮共用一个摆动连杆3-5，摆动连杆3-5的两端与横向的两个连杆轴3-3-3转动连接；实现了横向两个车轮机构同方向的摆动功能，如此即实现了车轮的双向减震功能，减震系统的弹性可以很轻松的适应崎岖不平的路面，并且翻越一定的障碍物。

Claims (4)

1.一种双轮全向减震式载人月球车移动系统，所述月球车移动系统包括四个车轮机构(1)、四个转向机构(2)、四个减震机构(3)和车底盘(4)，其特征在于：每个车轮机构(1)包括前进电机伺服系统(1-2)、车轮支架(1-3)、折叠电机(1-4)和两个车轮(1-1)，前进电机伺服系统(1-2)为双输出轴电机，每个前进电机伺服系统(1-2)的输出端各安装有一个车轮(1-1)，车轮支架(1-3)的下端与前进电机伺服系统(1-2)的中部固接，车轮支架(1-3)的上端与折叠电机(1-4)连接；

每个转向机构(2)包括转向支架(2-1)、转向电机底座(2-2)和转向电机伺服系统(2-3)，转向电机伺服系统(2-3)固定在转向电机底座(2-2)上，转向电机伺服系统(2-3)的输出轴由转向电机底座(2-2)的下端穿出，转向支架(2-1)安装在转向电机底座(2-2)的输出轴上；每个转向支架(2-1)的下端与对应的一个折叠电机(1-4)连接；

每个减震机构(3)包括侧向减震器(3-1)、减震支撑体(3-3)、摆动连杆(3-5)、两个竖向减震器(3-2)和两个斜杆(3-4)，两个斜杆(3-4)的上部对称安装在转向电机底座(2-2)上，减震支撑体(3-3)的下部位于两个斜杆(3-4)下部之间且减震支撑体(3-3)与斜杆(3-4)转动连接，每个竖向减震器(3-2)的一端与减震支撑体(3-3)的上部连接，每个竖向减震器(3-2)的另一端与对应的一个斜杆(3-4)中部连接；侧向减震器(3-1)的一端与减震支撑体(3-3)的侧壁连接，减震支撑体(3-3)上与竖向减震器(3-2)相背的侧壁上由上至下依次设置有上耳片(3-3-1)、下耳片(3-3-2)和连杆轴(3-3-3)，摆动连杆(3-5)的两端与横向的两个连杆轴(3-3-3)转动连接；

车底盘(4)包括底座主体(4-1)、四个折叠关节(4-2)和两个扩展底座(4-3)，底座主体(4-1)的前后端上分别连接有一个扩展底座(4-3)，每个扩展底座(4-3)通过两个折叠关节(4-2)与底座主体(4-1)折叠连接；底座主体(4-1)上矩阵设置有四个支撑体基座(4-1-2)，底座主体(4-1)的下端面上矩阵设置有四个减震器底座(4-1-1)，每个减震机构(3)的上耳片(3-3-1)和下耳片(3-3-2)与对应的一个支撑体基座(4-1-2)转动连接，每个侧向减震器(3-1)的另一端与相应的一个减震器底座(4-1-1)连接。

2.根据权利要求1所述的双轮全向减震式载人月球车移动系统，其特征在于：侧向减震器(3-1)为弹簧减震器。

3.根据权利要求1或2所述的双轮全向减震式载人月球车移动系统，其特征在于：竖向减震器(3-2)为弹簧减震器。

4.根据权利要求3所述的双轮全向减震式载人月球车移动系统，其特征在于：扩展底座(4-3)与底座主体(4-1)可通过转动副锁紧定位。