CN111238846A - 一种火星车移动系统振动加载机构及性能测试装置 - Google Patents

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刘振
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Abstract

本发明提供一种火星车移动系统振动加载机构及性能测试装置，属于火星探测测试设备技术领域，所述火星车移动系统振动加载机构，用于对被测火星车进行振动加载，包括从上到下依次设置的第一振动平台、振动加载组件和第二振动平台，且所述第一振动平台用于设置于所述被测火星车的车轮的底部，所述振动加载组件设置于所述第一振动平台和所述第二振动平台之间，且所述振动加载组件与所述第二振动平台相连接。与现有技术比较，本发明通过偏心距调节结构调节车轮的振幅与频率，对被测火星车实现在0‑10Hz范围内单自由度振动加载，结构简单，测试准确、精度高。

Description

一种火星车移动系统振动加载机构及性能测试装置
技术领域
本发明涉及火星探测测试设备技术领域，具体而言，涉及一种火星车移动系统振动加载机构及性能测试装置。
背景技术
我国的火星探测事业正在如火如荼的进行，但由于火星距离地球更远，环境更加复杂，火星的探测难度更高、风险更大。因此，需要在地面进行大量的测试实验，对火星探测器进行全面的校核与测试，保证火星探测器的可靠性。
火星车移动系统在地面的性能测试是火星车在设计及实验验证阶段的一个重要组成部分，而火星车移动系统在地面的性能测试过程中，包括模拟火星车在不同地形时车轮受到的振动，而现有技术中的振动加载机构精度低，无法满足火星车移动系统在地面的性能测试要求。
综上所述，迫切需要开发出一种火星车移动系统振动加载机构满足火星车移动系统在地面的性能测试装置的需要。
发明内容
本发明解决的问题是现有技术中现有技术中无法完成火星车移动系统在地面的性能测试。
为解决上述问题，本发明提供一种火星车移动系统振动加载机构，用于对被测火星车进行振动加载，包括本体，所述本体包括从上到下依次设置的第一振动平台、振动加载组件和第二振动平台，且所述第一振动平台用于设置于所述被测火星车的车轮的底部，所述振动加载组件设置于所述第一振动平台和所述第二振动平台之间，且所述振动加载组件与所述第二振动平台相连接。
可选地，所述振动加载组件包括振动电机、减速机和偏心距调节结构，所述减速机的一端与所述振动电机的输出轴相连接，所述减速机的另一端与所述偏心距调节结构相连接。
可选地，所述偏心距调节结构包括底座、摆杆组件、移动滑块和调节组件，所述底座与所述减速机相连接，所述移动滑块与所述底座通过调节组件相连接，所述摆杆组件与所述移动滑块相连接。
可选地，所述移动滑块设置通孔，所述调节组件包括第一螺杆和第二螺杆，且所述第一螺杆和所述第二螺杆分别从所述底座的两端穿入所述通孔。
可选地，所述偏心距调节结构还包括限位结构，所述限位结构连接于所述摆杆组件和所述移动滑块之间。
本发明所述的火星车移动系统振动加载机构相对于现有技术的优势在于，所述火星车移动系统振动加载机构通过偏心距调节结构调节车轮的振幅与频率，对被测火星车实现在0-10Hz范围内单自由度振动加载，结构简单，测试准确、精度高。
为解决上述问题，本发明还提供一种火星车移动系统性能测试装置，包括
阻力矩加载机构，与所述被测火星车的车轮相连接，用于对所述被测火星车的车轮进行阻力矩加载；
温度控制舱，与所述阻力矩加载机构相连接，用于容纳所述所述被测火星车，控制所述被测火星车的测试温度；以及
固定架，与所述被测火星车相连接；
振动加载机构，设置于所述被测火星车的底部，用于与所述阻力矩加载机构相连接，对所述被测火星车进行振动加载，且所述振动加载机构为上述的火星车移动系统振动加载机构。
可选地，火星车移动系统性能测试装置还包括所述阻力矩加载机构，所述阻力矩加载机构设置于所述本体的上部，且所述阻力矩加载机构包括电机、编码器及扭矩传感器、同步带轮组件和车轮加载转轴，所述电机的一端与所述阻力矩加载机构相连接，所述电机的另一端与所述编码器及扭矩传感器相连接，所述编码器及扭矩传感器的另一端依次通过所述同步带轮组件和所述车轮加载转轴与所述车轮相连接。
可选地，所述同步带轮组件包括第一同步带轮、第二同步带轮和同步带，所述第一同步带轮与所述编码器及扭矩传感器的输出端相连接，所述第二同步带轮与所述车轮加载转轴相连接，且所述第一同步带轮与所述第二同步带轮通过所述同步带相连接。
可选地，所述阻力矩加载机构还包括固定部件，所述固定部件环绕设置于所述编码器及扭矩传感器的外部，且所述所述固定部件与所述振动加载机构可拆卸连接。
可选地，火星车移动系统性能测试装置还包括固定架，所述固定架还包括与所述主摇臂相连接的固定结构，所述固定结构包括依次连接的第一连接梁、第二连接梁、第三连接梁和固定轴，且所述第一连接梁与所述第二连接梁垂直设置，所述固定轴还与所述主摇臂相连接。
本发明所述的一种火星车移动系统性能测试装置相对于现有技术的优势在于：本发明提供了一种火星车移动系统性能测试装置能够实现火星车移动系统在地面的性能测试，其中温度控制舱用于模拟火星车极寒极热的温度测试范围(-150℃至+100℃)，阻力矩加载机构能够对车轮进行阻力矩的直接加载，用来模拟车轮负载与不同地貌特征所需的车轮阻力矩，以便测试不同负载工况下的车轮工作性能；振动加载机构通过偏心距调节结构调节车轮的振幅与频率，对被测火星车实现在0-10Hz范围内单自由度振动加载，结构简单，测试准确。
附图说明
图1为本发明实施例中火星车移动系统性能测试装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中火星车移动系统性能测试装置的部分结构示意图一；
图3为本发明实施例中火星车移动系统性能测试装置的部分结构示意图二；
图4为本发明实施例中振动加载组件的结构示意图；
图5为本发明实施例中偏心距调节结构的结构示意图；
图6为本发明实施例中部分偏心距调节结构的结构示意图；
图7为本发明实施例中部分偏心距调节结构在另一个角度的结构示意图；
图8为本发明实施例中温度控制舱的结构示意图；
图9为本发明实施例中被测火星车的结构示意图；
图10为本发明实施例中被测火星车的正视图；
图11为图10中B-B方向的剖视图。
附图标记说明：
1-被测火星车、11-第一车轮、12-第二车轮、13-连接臂、131-第一转向臂、132-第一副摇臂、133-第二转向臂、134-第二副摇臂、135-主摇臂、136-转动电机、14-第一驱动电机、2-固定架、21-固定结构、211-第一连接梁、212-第二连接梁、213-第三连接梁、214-固定轴、3-阻力矩加载机构、31-电机、32-编码器及扭矩传感器、33-同步带轮组件、331-第一同步带轮、332-第二同步带轮、333-同步带、334-限位挡片、34-车轮加载转轴、35-固定部件、36-支撑部件、4-振动加载机构、41-第一振动平台、42-第二振动平台、43-振动电机、44-减速机、45-偏心距调节结构、451-底座、452-摆杆、453-连接销孔、454-连接销、455-移动滑块、456-第一螺杆、457-第二螺杆、458-限位结构、5-温度控制舱、51-舱门、52-连接孔、521-第一连接孔、522-第二连接孔、53-观察窗。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，附图中“X”的正向代表右方，“X”的反向代表左方，“Y”的正向代表上方，“Y”的反向代表下方，“Z”的正向代表前方，“Z”的反向代表后方，且术语“X”、“Y”、“Z”等指示的方位或位置关系为基于说明书附图所示的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。术语“一些具体实施例”的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
如图4所示，本实施例提供一种火星车移动系统振动加载机构，用于对被测火星车1进行振动加载，包括从上到下依次设置的第一振动平台41、振动加载组件和第二振动平台42，且第一振动平台41设置于车轮的底部，振动加载组件设置于第一振动平台41和第二振动平台42之间，且振动加载组件与第二振动平台42相连接。本实施例中对于振动加载组件与第二振动平台42的连接方式不做限制，在一些优选的实施例中，振动加载组件优与第二振动平台42螺钉连接，结构简单、连接方便。本实施例中对于第一振动平台41和第二振动平台42形状不做限制，在一些优选的实施例中，第一振动平台41和第二振动平台42均为平板结构，结构简单，且第一振动平台41的长度大于第二振动平台42的结构，便于承载力矩加载结构和被测火星车1。
优选地，振动加载组件包括振动电机43、减速机44和偏心距调节结构45，减速机44的一端与振动电机43的输出轴相连接，减速机44的另一端与偏心距调节结构45相连接。本实施例中对于减速机44与偏心距调节结构45的连接方式不做限制，在一些优选的实施例中，减速机44与偏心距调节结构45通过花键连接，结构简单、连接方便。
如图5-7所示，优选地，偏心距调节结构45包括底座451、摆杆组件、移动滑块455和调节组件，底座451与减速机44相连接，移动滑块455与底座451通过调节组件相连接，摆杆组件与移动滑块455相连接。在一些具体的实施例中，底座451包括相互连接的第一连接座和第二连接座，本实施例中对于第一连接座和第二连接座的连接方式不做限制，在一些优选的实施例中，第一连接座和第二连接座螺钉连接，结构简单、连接方便。在一些具体的实施例中，第一底座451为L型结构，且移动滑块455可在第一底座451上滑动，且由于L型结构的设置，避免移动滑块455脱离第一底座451。
优选地，移动滑块455设置通孔，调节组件包括第一螺杆456和第二螺杆457，且第一螺杆456和第二螺杆457分别从底座451的两端穿入通孔，通过第一螺杆456和第二螺杆457的调节偏心距离。
优选地，偏心距调节结构45还包括限位结构458，限位结构458连接于摆杆组件和移动滑块455之间。在一些具体选的实施例中，限位结构458为挡片，成本低，且结构简单容易加工。
优选地，摆杆组件包括摆杆452和连接销454，摆杆452的一端与移动滑块455相连接，摆杆452的另一端设置与连接销454相匹配的连接销孔453，本实施例中对于连接销454与连接销孔453的形状不做限制，在一些具体的实施例中，连接销454的形状为圆柱形，连接销孔453的形状为圆形，结构简单，容易加工。
本实施例所述的火星车移动系统振动加载机构相对于现有技术的优势在于，所述火星车移动系统振动加载机构通过偏心距调节结构调节车轮的振幅与频率，对被测火星车实现在0-10Hz范围内单自由度振动加载，结构简单，测试准确、精度高。
如图1-3所示，本实施例提供一种火星车移动系统性能测试装置，包括上述的火星车移动系统振动加载机构，还包括：
阻力矩加载机构3，与被测火星车1的车轮相连接，用于对被测火星车1的车轮进行阻力矩加载，用于模拟车轮在星球表面运动时所受到的地面阻力；
温度控制舱5，与阻力矩加载机构3相连接，且被测火星车1设置于温度控制舱5的内部，用于控制被测火星车1的测试温度，模拟星球表面温度变化；以及
固定架2，与被测火星车1相连接。
如图9-11所示，优选地，被测火星车1包括第一车轮11、第二车轮12、连接臂13、第一驱动电机14和第二驱动电机31，且第一车轮11的轴心与连接臂13通过第一驱动电机14相连接，第二车轮12的轴心与连接臂13通过第二驱动电机31相连接。每个车轮内部安装有独立电机31，能够实现各个车轮的独立转动。
优选地，连接臂13包括与第一驱动电机14连接的第一转向臂131和与第一转向臂131相连接的第一副摇臂132，连接臂13还包括与第二驱动电机31连接的第二转向臂133和与第二转向臂133相连接的第二副摇臂134，第一副摇臂132和第二副摇臂134通过转动电机136转动相连，且转动电机136还与主摇臂135转动相连。在一些优选的实施例中，第一转向臂131的形状为“凹”字型，且第一转向臂131的一端与第一驱动电机14相连接，第一转向臂131的另一端与第一副摇臂132相连接，结构简单，连接牢固，有利于实现第一车轮11的转向；第二转向臂133的形状为“凹”字型，且第二转向臂133的一端与第二驱动电机31相连接，第二转向臂133的另一端与第二转向臂133相连接，结构简单，连接牢固，有利于实现第二车轮12的转向。
如图3所示，优选地，阻力矩加载机构3设置于振动加载机构4的上部，且阻力矩加载机构3包括电机31、编码器及扭矩传感器32、同步带轮组件33和车轮加载转轴34，电机31的一端与阻力矩加载机构3相连接，电机31的另一端与编码器及扭矩传感器32相连接，编码器及扭矩传感器32的另一端依次通过同步带轮组件33和车轮加载转轴34与车轮相连接。在力矩加载过程中，通过编码器及扭矩传感器32实现力矩闭环控制，完成预定工况的模拟。本实施例中对于车轮加载转轴34与车轮的连接方式不做限制，在一些优选的实施例中，车轮加载转轴34与车轮螺钉连接，结构简单，且连接牢固。
优选地，同步带轮组件33包括第一同步带轮331、第二同步带轮332和同步带333，第一同步带轮331与编码器及扭矩传感器32的输出端相连接，第二同步带轮332与车轮加载转轴34相连接，且第一同步带轮331与第二同步带轮332通过同步带333相连接。本实施例中对于第一同步带轮331与编码器及扭矩传感器32的输出端的连接方式不做限制，在一些优选的实施例中，第一同步带轮331与编码器及扭矩传感器32的输出端通过键连接，结构简单，连接牢固。
优选地，第一同步带轮331远离编码器及扭矩传感器32的另一端设有限位挡片334，避免第一同步带轮331脱离编码器及扭矩传感器32。
优选地，阻力矩加载机构3还包括固定部件35，固定部件35环绕设置于编码器及扭矩传感器32的外部，且固定部件35与振动加载机构4可拆卸连接，固定部件35的设置，避免在阻力矩加载过程中出现挠度变形。本实施例中对于固定部件35与振动加载机构4的连接方式不做限制，在一些优选的实施例中，固定部件35与振动加载机构4螺钉连接，结构简单、连接方便。本实施例中固定部件35的结构为拱形结构，且沿拱形结构的两端分别向外设置外翻边，且外翻边上设置与螺钉相匹配的螺钉孔。
优选地，阻力矩加载机构3还包括支撑部件36，支撑部件36的一端与振动加载机构4可拆卸连接，支撑部件36的另一端与车轮加载转轴34相连接，为车轮加载转轴34提供支撑力。
优选地，固定架2还包括与主摇臂135相连接的固定结构21，固定结构21包括依次连接的第一连接梁211、第二连接梁212、第三连接梁213和固定轴214，且第一连接梁211与第二连接梁212垂直设置，固定轴214还与主摇臂135相连接。本实施例中对于第一连接梁211、第二连接梁212和第三连接梁213的形状不做限制，在一些优选的实施例中，第一连接梁211和第二连接梁212均为直板型、第三连接梁213为“L”型，结构简单。且第三连接梁213较短的直端与第二连接梁212相连接，第三连接梁213较长的直端末端与固定轴214相连接。本实施例中对于第一连接梁211、第二连接梁212、第三连接梁213和固定轴214连接方式不做限制，在一些优选的实施例中，第一连接梁211与第二连接梁212螺栓连接，第二连接梁212与第三连接梁213螺钉连接，第三连接梁213与固定轴214螺钉连接，连接方便且牢固。
如图8所示，优选地，温度控制舱5包括舱体，舱体包括相对设置的第一侧板和第二侧板，第一侧板上设置舱门51，工作人员可通过操作梯舱门51进入舱内部完成调试工作。第二侧板上设置连接孔52，车轮加载转轴34穿过连接孔52与被测火星车1相连接。在一些具体的实施例中，连接孔52包括第一连接孔521和第二连接孔522，车轮加载转轴34穿过第一连接孔521与车轮相连接，固定轴214穿过第二连接孔522与固定轴214相连接。
本实施例中对于舱体的形状不做限制，在一些优选的实施例中，舱体的形状为正方体，结构简单，加工容易。
优选地，舱门51上设置观察窗53，操作人员可通过观察窗53观察到舱内被测火星车1的状态，便于进行测试。
优选地，舱体的底板上设置接口，且接口与第一振动平台41之间柔性密封，第一连接孔521与阻力矩加载机构3之间柔性密封，第二连接孔522与固定结构21之间柔性密封，本实施例中对于密封的材料不做限制，在一些优选的实施例中，密封材料为防水弹力布，成本低。
本实施例的一种火星车移动系统性能测试装置能够通过车轮力矩，振动幅值、频率以及测试温度中的某一个数据进行单变量控制，对被测火星车1进行强度、疲劳测试。在一些具体的实施例中，根据应用环境的需求，设定强度及耐疲劳性指标，并通过温度控制舱5设定被测火星车1极寒极热的温度，通过阻力矩加载机构3能够对车轮进行阻力矩的直接加载，通过振动加载机构4对被测火星车1进行单自由度振动加载，观察被测火星车1的状态，当主摇臂135根部断裂，则表明强度及耐疲劳性能无法满足应用需求，相反，当主摇臂135根部未发生破坏，则表明强度及耐疲劳性能能够满足应用需求。
因此，本实施例提供了一种火星车移动系统性能测试装置能够实现火星车移动系统在地面的性能测试，其中温度控制舱5用于模拟火星车极寒极热的温度测试范围(-150℃至+100℃)，阻力矩加载机构3能够对车轮进行阻力矩的直接加载，用来模拟车轮负载与不同地貌特征所需的车轮阻力矩，以便测试不同负载工况下的车轮工作性能；振动加载机构4通过偏心距调节结构45调节车轮的振幅与频率，对被测火星车1实现在0-10Hz范围内单自由度振动加载，结构简单，测试准确。
虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种火星车移动系统振动加载机构，用于对被测火星车(1)进行振动加载，其特征在于，包括从上到下依次设置的第一振动平台(41)、振动加载组件和第二振动平台(42)，且所述第一振动平台(41)用于设置于所述被测火星车(1)的车轮的底部，所述振动加载组件设置于所述第一振动平台(41)和所述第二振动平台(42)之间，且所述振动加载组件与所述第二振动平台(42)相连接。
2.根据权利要求1所述的火星车移动系统振动加载机构，其特征在于，所述振动加载组件包括振动电机(43)、减速机(44)和偏心距调节结构(45)，所述减速机(44)的一端与所述振动电机(43)的输出轴相连接，所述减速机(44)的另一端与所述偏心距调节结构(45)相连接。
3.根据权利要求2所述的火星车移动系统振动加载机构，其特征在于，所述偏心距调节结构(45)包括底座(451)、摆杆组件、移动滑块(455)和调节组件，所述底座(451)与所述减速机(44)相连接，所述移动滑块(455)与所述底座(451)通过调节组件相连接，所述摆杆组件与所述移动滑块(455)相连接。
4.根据权利要求3所述的火星车移动系统振动加载机构，其特征在于，所述移动滑块(455)设置通孔，所述调节组件包括第一螺杆(456)和第二螺杆(457)，且所述第一螺杆(456)和所述第二螺杆(457)分别从所述底座(451)的两端穿入所述通孔。
5.根据权利要求3所述的火星车移动系统振动加载机构，其特征在于，所述偏心距调节结构(45)还包括限位结构(458)，所述限位结构(458)连接于所述摆杆组件和所述移动滑块(455)之间。
6.一种火星车移动系统性能测试装置，其特征在于，包括
阻力矩加载机构(3)，与所述被测火星车(1)的车轮相连接，用于对所述被测火星车(1)的车轮进行阻力矩加载；
温度控制舱(5)，与所述阻力矩加载机构(3)相连接，用于容纳所述所述被测火星车(1)，控制所述被测火星车(1)的测试温度；以及
固定架(2)，与所述被测火星车(1)相连接；
振动加载机构(4)，设置于所述被测火星车(1)的底部，用于与所述阻力矩加载机构(3)相连接，对所述被测火星车(1)进行振动加载，且所述振动加载机构(4)为权利要求1-5任一项所述的火星车移动系统振动加载机构。
7.根据权利要求6所述的火星车移动系统性能测试装置，其特征在于，所述阻力矩加载机构(3)设置于所述振动加载机构(4)的上部，且所述阻力矩加载机构(3)包括电机(31)、编码器及扭矩传感器(32)、同步带轮组件(33)和车轮加载转轴(34)，所述电机(31)的一端与所述阻力矩加载机构(3)相连接，所述电机(31)的另一端与所述编码器及扭矩传感器(32)相连接，所述编码器及扭矩传感器(32)的另一端依次通过所述同步带轮组件(33)和所述车轮加载转轴(34)与所述车轮相连接。
8.根据权利要求7所述的火星车移动系统性能测试装置，其特征在于，所述同步带轮组件(33)包括第一同步带轮(331)、第二同步带轮(332)和同步带(333)，所述第一同步带轮(331)与所述编码器及扭矩传感器(32)的输出端相连接，所述第二同步带轮(332)与所述车轮加载转轴(34)相连接，且所述第一同步带轮(331)与所述第二同步带轮(332)通过所述同步带(333)相连接。
9.根据权利要求7所述的火星车移动系统性能测试装置，其特征在于，所述阻力矩加载机构(3)还包括固定部件(35)，所述固定部件(35)环绕设置于所述编码器及扭矩传感器(32)的外部，且所述固定部件(35)与所振动加载机构(4)可拆卸连接。
10.根据权利要求6所述的火星车移动系统性能测试装置，其特征在于，所述固定架(2)包括与所述被测火星车(1)的主摇臂(135)相连接的固定结构(21)，所述固定结构(21)包括依次连接的第一连接梁(211)、第二连接梁(212)、第三连接梁(213)和固定轴(214)，且所述第一连接梁(211)与所述第二连接梁(212)垂直设置，所述固定轴(214)还与所述主摇臂(135)相连接。
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