CN108639380A - 月面探测机器人 - Google Patents

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张志贤
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梁鲁
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors

Abstract

本发明涉及一种月面探测机器人，其特征在于，包括：运动系统(1)，实现所述月面探测机器人在月面上的移动；作业系统(2)，支承在所述运动系统(1)上，用于执行预定的月面作业任务；测控系统(3)，支承在所述运动系统(1)上，用于测量和控制所述月面探测机器人的运行状态、监控所述月面探测机器人的周围月面环境并且实现信息数据的传递与接收；能源系统(4)，支承在所述运动系统(1)上，为所述月面探测机器人供电。根据本发明的月面探测机器人既可搭载航天员进行操控又可自主运行开展月面作业任务。

Description

月面探测机器人
技术领域
本发明涉及月球探测领域，尤其涉及一种月面探测机器人，可用于月球探测任务中搭载航天员进行月面机动，并在航天员操作或者自主运行的情况下开展月面作业活动。
背景技术
月面探测作业机器人装置是一种用于月球探测任务中的机械系统，不但可以搭载航天员进行月面的较大范围移动，还可以执行月面采样、维护维修等各种作业任务。类似的机器人有美国60-70年代“阿波罗”计划中的载人月球车(Lunar Roving Vehicle，以下简称为LRV)、以及美国“星座计划”中的“半人马”机器人等。
至今，仅有“阿波罗”计划成功实现了载人登月任务，而其中的LRV月球车也是唯一搭载航天员进行过月面机动的月面机器人。LRV月球车可搭载两名航天员，整车采用轮式移动方式、四个轮子具有单独的驱动电机，车体前端和两个前轮之间配有36V银-锌电池组，为整车运作提供能源。车子前端配有彩色摄像机和高增益天线，底盘装有样本采集箱。整车可以搭载航天员、工具和科学载荷进行月面移动作业。月面作业任务完成后，月球车留在月球。LRV载人月球车没有机械臂或者作业终端装置，因此不具备单独作业能力。
除了载人月球车外，无人探测任务中的月面作业机器人也可在自主或者遥控模式下进行月面作业。其主要作业工具为机械臂，如苏联的“Lunokhod”机器人。这类机器人具有太阳能电池，可执行长期持续的月面作业任务，机器人前端设有机械臂，用于月面的采样作业，机器人配有相机，类似于机器人的“眼睛”，用于月面环境的信息获取。但此类机器人的移动系统通常采用轮式移动方式，整体机器人规模较小，由于轮式系统的地面适应性较差，因此机器人的可移动范围有限，导致探测范围有限，使得探测效果差，探测结果不准确。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种既可搭载航天员进行操控又可自主运行开展月面作业的月面探测机器人。
为实现上述发明目的，本发明提供一种月面探测机器人，包括：
运动系统，实现所述月面探测机器人在月面上的移动；
作业系统，支承在所述运动系统上，用于执行预定的月面作业任务；
测控系统，支承在所述运动系统上，用于测量和控制所述月面探测机器人的运行状态、监控所述月面探测机器人的周围月面环境并且实现信息数据的传递与接收；
能源系统，支承在所述运动系统上，为所述月面探测机器人供电。
根据本发明的一个方面，所述运动系统包括方形的支承底盘、等角度均匀分布于所述支承底盘上的四个均具有五自由度的活动支架以及支承在所述活动支架上的用于实现所述月面探测机器人移动的行走轮。
根据本发明的一个方面，所述作业系统包括：
钻取采样装置，以垂直所述支承底盘和月面的形式支承在所述支承底盘的一端，用于月面以下深层样品的采集；
机械手，支承在所述支承底盘的另一端，具有七自由度，用于月面采样和实施维护维修。
根据本发明的一个方面，所述钻取采样装置包括支架、支承在所述支架上并且与所述支架活动连接用于执行钻取实现深度采样的钻头。
根据本发明的一个方面，所述机械手包括安装在所述支承底盘上的机械臂，以及安装在所述机械臂自由端用于执行取放动作的末端操作手。
根据本发明的一个方面，所述测控系统包括：
相机，用于摄取图像信息，为所述月面探测机器人提供环境信息；
测控天线，用于测量与控制所述月面机器人的运行状态；
中继天线，用于与月球轨道中继卫星进行信息数据的传递与接收；
控制装置，邻近所述机械手地支承在所述支承底盘上，用于控制所述月面探测机器人的移动，以及控制所述活动支架、所述钻取采样装置和所述机械手动作；
计算机控制单元，支承在所述支承底盘上，位于所述控制装置的两侧，用于在无人状态下对所述月面探测机器人执行控制。
根据本发明的一个方面，所述相机和所述测控天线通过支承架邻近所述钻取采样装置地支承在所述支承底盘上；
所述中继天线邻近所述钻取采样装置地支承在所述支承底盘上。
根据本发明的一个方面，所述测控系统包括两个通过所述支承架支承的相机；
两个所述相机沿着所述支承底盘的中心线对称设置；
所述测控天线位于两个所述相机之间。
根据本发明的一个方面，所述能源系统包括：
蓄电池，设置有两个，均支承在所述支承底盘上，为所述月面探测机器人供电；
太阳能电池，可折叠和/或展开地支承在所述支承底盘上，位于所述蓄电池之上，为所述蓄电池蓄电，并且为所述月面探测机器人供电。
根据本发明的一个方面，所述月面探测机器人还包括支承在所述支承底盘上，位于两个所述蓄电池之间用于承载航天员的座椅。
根据本发明的一个方案，通过活动支架和行走轮的设置，即可实现月面探测机器人的移动和高度调整。使得月面探测机器人可以根据月面上不同的路况进行调整和移动。关键地，根据本发明的活动支架和行走轮可以实现腿式运动方式(即通过活动支架进行移动)和轮式运动方式(即通过行走轮进行移动)的相互切换，从而实现月面探测机器人的各个方向上的移动。如此一来能够实现机器人的活动范围更大，移动更加灵活多变，探测范围更大更广泛，使得探测结果更加趋于平均值，使得探测结果更加准确可信。
根据本发明的一个方案，蓄电池是在太阳能电池不工作的情况下对机器人供电的。当太阳能电池接收太阳辐射光开始工作时，蓄电池可以停止供电，并且太阳能电池可以为月面探测机器人供电的同时，还可以对蓄电池充电。这样可以使得月面探测机器人具有循环不断的电源，可以保证长时间在月球表面进行探测工作，保证大范围的探测。
根据本发明的一个方案，根据本发明的月面探测机器人上的装置组件既可自动运行也可以认为操作。因此根据本发明的月面探测机器人既可搭载航天员进行操控又可自主运行开展月面作业。使得月面探测机器人在航天员离舱后仍可以继续进行探测，使得月面探测机器人具备单独作业能力，保证航天员生命安全的同时，还可以保证探测范围和探测的准确性。
附图说明
图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的月面探测机器人的结构布置立体图；
图2示意性表示根据本发明的一种实施方式的月面探测机器人的结构布置的另一视角立体图；
图3示意性表示根据本发明的一种实施方式的月面探测机器人的变化状态图；
图4示意性表示根据本发明的一种实施方式的月面探测机器人的变化状态图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的月面探测机器人的结构布置立体图。如图1所示，根据本发明的月面探测机器人包括运动系统1、作业系统2、测控系统3和能源系统4。在本实施方式中，运动系统1可以实现月面探测机器人在月球表面；作业系统2支承在运动系统1上，用于执行预定的月面作业任务；测控系统3支承在运动系统1上，用于测量和控制月面探测机器人的运行状态、监控月面探测机器人的周围月面环境并且实现信息数据的传递与接收；能源系统4同样支承在运动系统1上，为月面探测机器人供电。
在本发明中，运动系统1的任务是通过轮式移动实现月面的大范围移动，通过腿式运动进行一定程度的越障，通过轮腿结合，实现高效高适应性的月面机动。作业系统2的任务是进行月面的作业任务，包括表面样品拾取、深层样品钻取、设备维护维修等等工作。测控系统3和能源系统4的任务是为机器人的工作提供支持服务，如机器人的测控与数据传输、设备的控制、信息的获取和能源的供给等。
图2示意性表示根据本发明的一种实施方式的月面探测机器人的结构布置的另一视角立体图。如图2所示，运动系统1包括支承底盘101、活动支架102以及行走轮103。在本实施方式中，支承底盘101整体呈四方形形状，支承底盘101用于承载整个月面探测机器人的各个组成部分，安装各种仪器设备，是整个月面探测机器人的主体支承结构。活动支架102等角度均匀地分布在方形支承底盘101的四个角上，并且每个活动支架102均具有五个自由度。通过活动支架102即可将支承底盘101撑起，并且可以调整撑起高度，即调整支承底盘101距离月球表面的高度。在本发明中，活动支架102即为月面探测机器人的机械腿，构成机器人的四肢。在本实施方式中，活动支架102的自由端安装有行走轮103，行走轮103即可实现整个月面探测机器人的移动。因此，通过活动支架102和行走轮103的设置，即可实现月面探测机器人的移动和高度调整。使得月面探测机器人可以根据月面上不同的路况进行调整和移动。关键地，根据本发明的活动支架102和行走轮103可以实现腿式运动方式(即通过活动支架102进行移动)和轮式运动方式(即通过行走轮103进行移动)的相互切换，从而实现月面探测机器人的各个方向上的移动，在本实施方式中，如图2所示，通过活动支架102进行移动时，可以实现机器人沿着图2的左右方向上的移动。通过行走轮103进行移动时，可以实现机器人沿着图2的前后方向上的移动。如此一来能够实现机器人的活动范围更大，移动更加灵活多变，探测范围更大更广泛，使得探测结果更加趋于平均值，使得探测结果更加准确可信。
根据本发明的一种实施方式，如图2所示，作业系统2包括钻取采样装置201和机械手202。在本实施方式中，钻取采样装置201以垂直支承底盘101和月球表面的形式支承在支承底盘101的一端，用于月面以下深层样品的采集。机械手202支承在支承底盘101的另一端，具有七自由度，用于月面采样和实施维护维修。如图2所示，钻取采样装置201和机械手202设置在支承底盘101的相对的两端上，即图2的前后两端上。如此设置使得结构更加平稳，运行更加平稳，工作效率更高。
在本实施方式中，钻取采样装置201包括支架2011、支承在支架2011上并且与支架2011活动连接用于执行钻取实现深度采样的钻头2012。机械手202包括安装在支承底盘101上的机械臂2021，以及安装在机械臂2021自由端用于执行取放动作的末端操作手2022。在本实施方式中，机械臂2021和末端操作手2022构成的机械手202具有七个自由度，由此一来，可以配合机器人的移动，可以满足全方位的作业需求，可用于月表采样、实施维护维修等精确作业任务。
根据本发明的一种实施方式，测控系统3包括相机301、测控天线302、中继天线303、控制装置304和计算机控制单元305。在本实施方式中，相机301用于摄取图像信息，为月面探测机器人提供环境信息。测控天线302用于测量与控制月面机器人的运行状态。中继天线303用于与月球轨道中继卫星进行信息数据的传递与接收。控制装置304支承在支承底盘101上，并且邻近所述机械手202，用于控制月面探测机器人的移动，以及控制活动支架102、钻取采样装置201和机械手202动作。计算机控制单元305支承在支承底盘101上，位于控制装置304的两侧，用于在无人状态下对月面探测机器人执行控制。
如图2所示，在本实施方式中，相机301和测控天线302均通过支承架306支承在支承底盘101上，并且邻近钻取采样装置201，即设置在如图2所示的月面探测机器人的支承底盘101的后侧。如图2所示，中继天线303同样邻近钻取采样装置201设置，支承在支承底盘101的后端。
在本实施方式中，测控系统3包括两个通过支承架306支承的相机301，两个相机301沿着支承底盘101的中心线对称设置。测控天线303位于两个相机301之间。两个相机301相当于根据本发明的月面探测机器人的两个眼睛，通过两个相机301对周围环境的拍摄成像，使得根据本发明的机器人可以获知月面周围环境的具体情况，可以获得环境信息。
根据本发明的一种实施方式，如图2所示，能源系统4包括蓄电池401和太阳能电池402。在本实施方式中，蓄电池401设置有两个，均支承在支承底盘101上为月面探测机器人供电。太阳能电池402同样支承在支承底盘101上，位于所述蓄电池之上，为所述蓄电池401蓄电，并且为月面探测机器人供电。在本实施方式中，蓄电池401是在太阳能电池402不工作的情况下对机器人供电的。当太阳能电池402接收太阳辐射光开始工作时，蓄电池401可以停止供电，并且太阳能电池402可以为月面探测机器人供电的同时，还可以对蓄电池401充电。这样可以使得月面探测机器人具有循环不断的电源，可以保证长时间在月球表面进行探测工作，保证大范围的探测。
此外，如图2所示，月面探测机器人还包括支承在支承底盘101上，并且位于两个所述蓄电池401之间用于承载航天员的座椅5。根据此设置，可以使得月面探测机器人在搭载航天员时，航天员可以稳定舒服地乘坐在月面探测机器人内部，从而对月面探测机器人进行手动操控。
根据本发明的上述设置，根据本发明的月面探测机器人上的装置组件既可自动运行也可以认为操作。因此根据本发明的月面探测机器人既可搭载航天员进行操控又可自主运行开展月面作业。使得月面探测机器人在航天员离舱后仍可以继续进行探测，使得月面探测机器人具备单独作业能力，保证航天员生命安全的同时，还可以保证探测范围和探测的准确性。
图3和图4示意性表示根据本发明的一种实施方式的月面探测机器人的变化状态图。由图3和图4可知，根据本发明的月面探测机器人，太阳能电池402由三片太阳能电池板组成，由此使得太阳能电池402可以折叠和/或展开，如图3和图4的太阳能电池402即为展开状态，此时座椅5呈收起状态。当太阳能电池402展开时，整车呈现自主运行状态，主要由太阳能电池402供电。由图4可知，月面探测机器人可以通过活动支架支撑起足够高度进行探测工作，这样可以避免障碍，保证探测工作顺利进行。
以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种月面探测机器人，其特征在于，包括：
运动系统(1)，实现所述月面探测机器人在月面上的移动；
作业系统(2)，支承在所述运动系统(1)上，用于执行预定的月面作业任务；
测控系统(3)，支承在所述运动系统(1)上，用于测量和控制所述月面探测机器人的运行状态、监控所述月面探测机器人的周围月面环境并且实现信息数据的传递与接收；
能源系统(4)，支承在所述运动系统(1)上，为所述月面探测机器人供电。
2.根据权利要求1所述的月面探测机器人，其特征在于，所述运动系统(1)包括方形的支承底盘(101)、等角度均匀分布于所述支承底盘(101)上的四个均具有五自由度的活动支架(102)以及支承在所述活动支架(102)上的用于实现所述月面探测机器人移动的行走轮(103)。
3.根据权利要求2所述的月面探测机器人，其特征在于，所述作业系统(2)包括：
钻取采样装置(201)，以垂直所述支承底盘(101)和月面的形式支承在所述支承底盘(101)的一端，用于月面以下深层样品的采集；
机械手(202)，支承在所述支承底盘(101)的另一端，具有七自由度，用于月面采样和实施维护维修。
4.根据权利要求3所述的月面探测机器人，其特征在于，所述钻取采样装置(201)包括支架(2011)、支承在所述支架(2011)上并且与所述支架(2011)活动连接用于执行钻取实现深度采样的钻头(2012)。
5.根据权利要求3所述的月面探测机器人，其特征在于，所述机械手(202)包括安装在所述支承底盘(101)上的机械臂(2021)，以及安装在所述机械臂(2021)自由端用于执行取放动作的末端操作手(2022)。
6.根据权利要求3所述的月面探测机器人，其特征在于，所述测控系统(3)包括：
相机(301)，用于摄取图像信息，为所述月面探测机器人提供环境信息；
测控天线(302)，用于测量与控制所述月面机器人的运行状态；
中继天线(303)，用于月球轨道中继卫星进行信息数据的传递与接收；
控制装置(304)，邻近所述机械手(202)地支承在所述支承底盘(101)上，用于控制所述月面探测机器人的移动，以及控制所述活动支架(102)、所述钻取采样装置(201)和所述机械手(202)动作；
计算机控制单元(305)，支承在所述支承底盘(101)上，位于所述控制装置(304)的两侧，用于在无人状态下对所述月面探测机器人执行控制。
7.根据权利要求6所述的月面探测机器人，其特征在于，所述相机(301)和所述测控天线(302)通过支承架(306)邻近所述钻取采样装置(201)地支承在所述支承底盘(101)上；
所述中继天线(303)邻近所述钻取采样装置(201)地支承在所述支承底盘(101)上。
8.根据权利要求7所述的月面探测机器人，其特征在于，所述测控系统(3)包括两个通过所述支承架(306)支承的相机(301)；
两个所述相机(301)沿着所述支承底盘(101)的中心线对称设置；
所述测控天线(303)位于两个所述相机(301)之间。
9.根据权利要求2至8之一所述的月面探测机器人，其特征在于，所述能源系统(4)包括：
蓄电池(401)，设置有两个，均支承在所述支承底盘(101)上，为所述月面探测机器人供电；
太阳能电池(402)，可折叠和/或展开地支承在所述支承底盘(101)上，位于所述蓄电池之上，为所述蓄电池(401)蓄电，并且为所述月面探测机器人供电。
10.根据权利要求9所述的月面探测机器人，其特征在于，所述月面探测机器人还包括支承在所述支承底盘(101)上，位于两个所述蓄电池(401)之间用于承载航天员的座椅(5)。
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