CN109693811B - 一种差动后置式火星车移动机构 - Google Patents

一种差动后置式火星车移动机构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种差动后置式火星车移动机构，整体结构沿探测车舱体中轴线对称，其摇臂和转向架通过交叉滚子轴承连接，摇臂和转向架之间的夹角随地形而变化，可保证探测车的六个车轮最大限度的和地面保持接触。各个车轮独立驱动，可提高探测车在复杂路况中的爬坡越障能力。差动机构布设在舱体外部，以便车体内部搭载各种测量仪器。差动杆两端分别采用球铰链使差动杆和主摇臂连接，能同时满足摇臂相对主轴的旋转运动和差动杆相对差动轴的旋转运动。采用后置式差动机构通过第一、第二球铰连杆的伸缩运动，实现两侧悬架机构的差动运动，使探测车舱体的俯仰角为两侧摇臂相对车体转过角度的均值，提高了探测车的控制和稳定性。

Description

一种差动后置式火星车移动机构
技术领域
本发明涉及航天探测车应用技术领域，具体地说，涉及一种差动后置式火星车移动机构。
背景技术
随着我国探月工程的推进，航天工业在月球探索上已取得了多项重大突破。同时，在已有星球探测车研制技术的基础上，将火星作为深空探测的第二颗目标星球。火星漫游车作为火星探测的主要工具，其构型的设计研究直接关系到探测任务的成功，具有重大的研究意义。
现有公开技术文献“Mars Exploration Rover Mobility Assembly Design,Testand Performance”(IEEE International Conference on Systems,Man andCybernetics.IEEE,2006:450-455Vol.1.)中，对美国MER(Mars Exploration Rover)系列的两个双胞胎探测车的移动系统构型进行了设计和移动性能测试。该移动系统采用典型的摇臂-转向架(Rocker-Bogie)结构、行星齿轮系差动箱、六个独立驱动的车轮。这种构型会占用一定的探测车舱体内部空间，并且对摇臂-转向架各个运动副的倾角有严格的设计要求。
中国专利CN105235468A公开了一种“主动悬架式火星车移动机构”，其移动系统主要由对称分布在车体两侧的主副摇臂组成，两侧摇臂通过布置在舱体内部的差动器连接。主摇臂和差动器的连接部位安装有张角调节器以调节主摇臂短臂和长臂之间的夹角。但是该结构存在构型复杂、控制难度较高和张角调节器寿命有限的问题。
美国专利US4840394提出一种铰接式悬架系统(Articulated SuspensionSystem)，该悬架系统的六个车轮对称分布在车体两侧，单侧中间轮分别通过连杆铰接前后轮，再利用铰接在车体上的主连杆连接这两个连杆，布置在车体端面的差动机构也铰接在主连杆上。这种悬架结构复杂，杆件多，同时由于差动机构和主连杆通过铰链连接，整个悬架机构的自由度存疑。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足，克服其悬架结构复杂、运动越障能力不足、差动机构布局占用舱体内部空间过大的问题，本发明提出一种差动后置式火星车移动机构；该移动机构具有结构简单、越障能力强、组装便捷和易于控制的特点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括探测车舱体、第一主摇臂、第一转向架、第二主摇臂、第二转向架、第一旋转法兰安装架、第一摇臂转向架旋转座、第二旋转法兰安装架、第三旋转法兰安装架、第二摇臂转向架旋转座、第四旋转法兰安装架、差动杆、差动杆安装偏心板、差动杆第一限位块、差动杆第二限位块、第一球铰连杆、第二球铰连杆、第一球铰接头、第三球铰接头、第二球铰接头、第四球铰接头和多个车轮，其特征在于所述第一主摇臂和所述第二主摇臂为两个结构相同的部件，第一主摇臂和第二主摇臂中间上部分别固装有第一旋转法兰安装架和第三旋转法兰安装，且通过交叉滚子轴承连接在探测车舱体的两侧中间下部；其中，第一主摇臂一端与第一车轮连接，第一主摇臂另一端与第一球铰连杆通过第一球铰接头相连接，第一摇臂转向架旋转座位于第一旋转法兰安装架和第一球铰接头之间，第一转向架位于第一主摇臂外侧，第二旋转法兰安装架固定在第一转向架中间部位，第二旋转法兰安装架与第一摇臂转向架旋转座通过交叉滚子轴承配合连接，第一转向架的两端分别安装有车轮；
第二主摇臂一端与第四车轮连接，第二主摇臂另一端与第二球铰连杆通过第三球铰接头相连接，第二摇臂转向架旋转座位于第三旋转法兰安装架和第三球铰接头之间，第二转向架位于第二主摇臂外侧，第四旋转法兰安装架固定在第二转向架中间部位，第四旋转法兰安装架与第二摇臂转向架旋转座通过交叉滚子轴承配合连接，第二转向架的两端分别安装有车轮；
所述差动杆位于探测车舱体后端部中心处，差动杆中间固装有差动杆安装偏心板，差动杆安装偏心板与探测车舱体后端通过交叉滚子轴承连接，差动杆一端通过第二球铰接头与第一球铰连杆上端相连接，差动杆另一端通过第四球铰接头与第二球铰连杆上端相连接，第一主摇臂和第二主摇臂分别与差动杆连接，实现两侧摇臂运动的差速输出；差动杆在水平状态下，第一球铰连杆与第二球铰连杆均垂直于差动杆，且第一主摇臂与第二主摇臂、第一转向架与第二转向架分别对称于探测车舱体中轴线。
所述车轮为多个，其中，第一车轮、第二车轮和第三车轮位于探测车舱体一侧的第一主摇臂和第一转向架上，第四车轮、第五车轮和第六车轮位于探测车舱体另一侧的第二主摇臂和第二转向架上，且同侧车轮等距分布，两侧车轮对称设置，第一车轮、第三车轮、第四车轮、第六车轮上分别装有转向电机，可独立转向。
所述探测车舱体后壁侧下部分别装有差动杆第一限位块和差动杆第二限位块。
有益效果
本发明提出的一种差动后置式火星车移动机构，其悬架结构由摇臂和转向架组成，摇臂和转向架通过交叉滚子轴承连接，悬架系统的位姿完全由地形决定，摇臂和转向架之间的夹角随地形的崎岖度而变化，可以保证探测车的六个车轮最大限度的和地面保持接触，提高探测车的稳定性。同时，六个车轮独立驱动，可提高探测车在复杂路况中的爬坡越障能力。
本发明差动后置式火星车移动机构，其设计的差动机构，布置在舱体外部，可节省探测车内部空间，以便车体内部搭载各种测量仪器。同时，差动机构采用后置式，既可节省探测车顶部空间用以安装太阳能帆板，又可以节省前部空间便于安装操作机械臂。差动杆两端分别采用球铰链与差动杆和主摇臂连接，能同时满足摇臂相对主轴的旋转运动和差动杆相对差动轴的旋转运动，可保证移动系统的自由度要求。
本发明差动后置式火星车移动机构，采用后置式差动机构通过第一球铰连杆和第二球铰连杆的伸缩运动，实现两侧悬架机构的差动运动，使得探测车舱体的俯仰角为两侧摇臂相对车体转过角度的均值，提高了探测车的稳定性。通过运动学优化，可以将差动杆和主摇臂的连接位置进行优化，单侧摇臂活动范围可达到50°，能提高探测车的越障能力。
本发明差动后置式火星车移动机构，具有结构简单、越障能力强、易于组装和控制的特点。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种差动后置式火星车移动机构作进一步详细说明。
图1为本发明差动后置式火星车移动机构俯视图。
图2为本发明差动后置式火星车移动机构后视图。
图3为本发明差动后置式火星车移动机构轴测图。
图4为本发明的单侧悬架结构示意图。
图5为本发明的差动杆结构示意图。
图6a为本发明的中球铰连杆示意图。
图6b为本发明的中球铰连杆剖视图。
图7为本发明差动后置式火星车移动机构的差动杆工作状态示意图。
图8为本发明差动后置式火星车移动机构结构简图。
图中:
1.探测车舱体 2.第一主摇臂 3.第一转向架 4.第二主摇臂 5.第二转向架 6.第一交叉滚子轴承 7.第一旋转法兰安装架 8.第一摇臂转向架旋转座 9.第二交叉滚子轴承10.第二旋转法兰安装架 11.第三交叉滚子轴承 12.第三旋转法兰安装架 13.第二摇臂转向架旋转座 14.第四交叉滚子轴承 15.第四旋转法兰安装架 16.差动杆 17.差动杆安装偏心板 18.第五交叉滚子轴承 19.差动杆第一限位块 20.差动杆第二限位块 21.第一球铰连杆 22.第二球铰连杆 23.第一球铰接头 24.第三球铰接头 25.第二球铰接头 26.第四球铰接头 27.第一车轮 28.第二车轮 29.第三车轮 30.第四车轮 31.第五车轮 32.第六车轮
具体实施方式
本实施例是一种差动后置式火星车移动机构。
参阅图1～8，本实施例差动后置式火星车移动机构，由探测车舱体1、第一主摇臂2、第一转向架3、第二主摇臂4、第二转向架5、第一旋转法兰安装架7、第一摇臂转向架旋转座8、第二旋转法兰安装架10、第三旋转法兰安装架12、第二摇臂转向架旋转座13、第四旋转法兰安装架15、差动杆16、差动杆安装偏心板17、差动杆第一限位块19、差动杆第二限位块20、第一球铰连杆21、第二球铰连杆22、第一球铰接头23、第三球铰接头24、第二球铰接头25、第四球铰接头26、第一车轮27、第二车轮28、第三车轮29、第四车轮30、第五车轮31、第六车轮32和第一交叉滚子轴承6、第二交叉滚子轴承9、第三交叉滚子轴承11、第四交叉滚子轴承14、第五交叉滚子轴承18组成；
本实施例差动后置式火星车移动机构，整体结构沿探测车舱体1中轴线对称，第一主摇臂2和第二主摇臂4为两个结构相同的部件；第一转向架3位于第一主摇臂2外侧，第二转向架5位于第二主摇臂4外侧，第一主摇臂2和第二主摇臂4分别与差动杆16两端连接，实现两侧摇臂运动的差速输出。其中:
第一主摇臂2上固定有第一旋转法兰安装架7、第一摇臂转向架旋转座8和第一球铰接头23，第一旋转法兰架7通过第一交叉滚子轴承6连接在探测车舱体一侧端面的中心偏下位置，实现第一主摇臂相对于探测车舱体1的一个转动自由度。第二旋转法兰安装架10固定在第一转向架3的中间位置，第一摇臂转向架旋转座8固定在第一主摇臂2后半段的中间位置，第一摇臂转向架旋转座8通过第二交叉滚子轴承9和第二旋转法兰安装架10相连接，实现第一转向架3相对于第一主摇臂2的一个转动自由度。第一球铰接头23通过球铰链和第一球铰连杆21的下端相连接。
第二主摇臂4上固定有第三旋转法兰安装架12、第二摇臂转向架旋转座13和第二球铰接头24，第三旋转法兰安装架12通过第三交叉滚子轴承11连接在探测车舱体1另一侧端面的中心偏下位置，实现第二主摇臂相对于探测车舱体1的一个转动自由度。第四旋转法兰安装架15固定在第二转向架5的中间位置，第二摇臂转向架旋转座13固定在第二主摇臂4后半段的中间位置，第二摇臂转向架旋转座13通过第四交叉滚子轴承14和第四旋转法兰安装架15相连接，实现第二转向架5相对于第二主摇臂4的一个转动自由度。第三球铰接头24通过球铰链和第二球铰连杆22的下端相连接。
本实施例中，第一主摇臂2与第二主摇臂4的安装位置位于探测车舱体侧壁中心偏下部位，安装高度较低，能提高移动机构的活动范围，但位置过低会使得探测车舱体重心提高，降低车体稳定性。
差动杆16安装在差动杆安装偏心板17上，并通过第五交叉滚子轴承18安装在探测车舱体后壁中间的位置，高度略高于主摇臂和舱体的连接位置。差动杆偏心安装便于第五交叉滚子轴承18的安装。固定在差动杆16一端的第二球铰接头25通过球铰链和第一球铰连杆21的上端连接，固定在差动杆16另一端的第四球铰接头26通过球铰链和第二球铰连杆22的上端连接。其中球铰链为标准件。将第一主摇臂2和第二主摇臂4通过差动杆16相连接，实现两侧摇臂运动的差速输出。为防止摇臂在越障过程中活动范围过大，导致球铰链活动范围超限发生变形或损坏，在探测车舱体后壁两侧偏下位置安装差动杆第一限位19和差动杆第二限位20。
本实施例中，探测车的六个车轮对称均布于车体两侧。第一车轮27安装在第一摇臂2的前端，第二车轮28和第三车轮29对称安装于第一转向架3的两端。第四车轮30安装在第二摇臂4的前端，第五车轮31和第六车轮32对称安装于第二转向架5的两端。第二车轮28位于第一交叉滚子轴承6的下方，第五车轮31位于第三交叉滚子轴承11的正下方。同侧车轮等距分布，第一车轮27、第三车轮29、第四车轮30、第六车轮32分别装有转向电机，可独立转向。
移动系统安装完成后，在静止状态须保持六个车轮同时触地，主摇臂和转向架完全平行。由于第二交叉滚子轴承9和第四交叉滚子轴承14处没有驱动装置，因此第一转向架、第三转向架随地形变化相对第一主摇臂、第二主摇臂发生转动，实现对地形的自动适应。该运动系统构型可保证在不同车轮遇到障碍物抬起或下落时，其它车轮和地面保持接触。在差动杆的差动作用下，探测车舱体在运运动过程中的俯仰角为两侧主摇臂俯仰角之和的一半，有效地平横车体俯仰变化，提高探测车的运动稳定性。

Claims (3)

1.一种差动后置式火星车移动机构，包括探测车舱体、第一主摇臂、第一转向架、第二主摇臂、第二转向架、第一旋转法兰安装架、第一摇臂转向架旋转座、第二旋转法兰安装架、第三旋转法兰安装架、第二摇臂转向架旋转座、第四旋转法兰安装架、差动杆、差动杆安装偏心板、差动杆第一限位块、差动杆第二限位块、第一球铰连杆、第二球铰连杆、第一球铰接头、第三球铰接头、第二球铰接头、第四球铰接头和多个车轮，其特征在于:所述第一主摇臂和所述第二主摇臂为两个结构相同的部件，第一主摇臂和第二主摇臂中间上部分别固装有第一旋转法兰安装架和第三旋转法兰安装，且通过交叉滚子轴承连接在探测车舱体的两侧中间下部；其中，第一主摇臂一端与第一车轮连接，第一主摇臂另一端与第一球铰连杆通过第一球铰接头相连接，第一摇臂转向架旋转座位于第一旋转法兰安装架和第一球铰接头之间，第一转向架位于第一主摇臂外侧，第二旋转法兰安装架固定在第一转向架中间部位，第二旋转法兰安装架与第一摇臂转向架旋转座通过交叉滚子轴承配合连接，第一转向架的两端分别安装有车轮；
第二主摇臂一端与第四车轮连接，第二主摇臂另一端与第二球铰连杆通过第三球铰接头相连接，第二摇臂转向架旋转座位于第三旋转法兰安装架和第三球铰接头之间，第二转向架位于第二主摇臂外侧，第四旋转法兰安装架固定在第二转向架中间部位，第四旋转法兰安装架与第二摇臂转向架旋转座通过交叉滚子轴承配合连接，第二转向架的两端分别安装有车轮；
所述差动杆位于探测车舱体后端部中心处，差动杆中间固装有差动杆安装偏心板，差动杆安装偏心板与探测车舱体后端通过交叉滚子轴承连接，差动杆一端通过第二球铰接头与第一球铰连杆上端相连接，差动杆另一端通过第四球铰接头与第二球铰连杆上端相连接，第一主摇臂和第二主摇臂分别与差动杆连接，实现两侧摇臂运动的差速输出；差动杆在水平状态下，第一球铰连杆与第二球铰连杆均垂直于差动杆，且第一主摇臂与第二主摇臂、第一转向架与第二转向架分别对称于探测车舱体中轴线。
2.根据权利要求1所述的差动后置式火星车移动机构，其特征在于:所述车轮为6个，其中，第一车轮、第二车轮和第三车轮位于探测车舱体一侧的第一主摇臂和第一转向架上，第四车轮、第五车轮和第六车轮位于探测车舱体另一侧的第二主摇臂和第二转向架上，且同侧车轮等距分布，两侧车轮对称设置，第一车轮、第三车轮、第四车轮、第六车轮上分别装有转向电机，可独立转向。
3.根据权利要求1所述的差动后置式火星车移动机构，其特征在于:所述探测车舱体后壁侧下部分别装有差动杆第一限位块和差动杆第二限位块。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5012885A (en) * 1989-03-10 1991-05-07 Dlma Transportation Inc. Rear wheel suspension and steering system
CN1302958C (zh) * 2004-08-13 2007-03-07 哈尔滨工业大学 八轮对称悬架式车载机构
CN100347025C (zh) * 2005-09-28 2007-11-07 吉林大学 六轮式环境探测车悬架机构
CN102649479A (zh) * 2012-03-28 2012-08-29 哈尔滨工业大学深圳研究生院 可主动抬压车轮的行星探测车悬架机构
CN105314129B (zh) * 2014-07-02 2019-06-28 上海宇航系统工程研究所 可展收的主被动结合式星球车悬架及其悬架系统
CN207536138U (zh) * 2017-09-01 2018-06-26 江苏集萃智能制造技术研究所有限公司 一种防止月球车俯仰的机械结构
CN108357698A (zh) * 2018-04-10 2018-08-03 上海海洋大学 一种新型的火星车

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