CN111238847A - 一种火星车移动系统牵引性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种火星车移动系统牵引性能测试装置，属于火星探测测试设备技术领域，包括支撑基座，用于支撑被测火星车；阻力矩加载机构，用于与被测火星车的车轮相连接，对被测火星车的车轮进行阻力矩的加载；牵引力加载机构，用于与被测火星车的车体相连接，在火星车行走过程中对被测火星车施加牵引力，以及真空罐及温度控制机构，用于容纳被测火星车并控制测试环境的控制真空度和温度，且阻力矩加载机构和牵引力加载机构均设置于真空罐及温度控制机构的内部。与现有技术比较，本发明能够实现火星车移动系统在地面的性能测试，模拟车轮负载与不同地貌特征所需的车轮阻力矩，能够满足0‑3000N的牵引力加载技术指标和加载精度要求。

Description

一种火星车移动系统牵引性能测试装置

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牵引性能测试装置。

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。

火星车移动系统的牵引性能是影响火星车在太空环境中能否完成任务的主要因素，因此，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，移动系统的性能测试主要包括牵引性能测试、真空环境耐疲劳特性等，而现有技术中并没有火星车移动系统在地面的性能测试设备。

综上所述，迫切需要开发出一种火星车移动系统在地面的性能测试装置满足现有的需要。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术中并没有火星车移动系统在地面的性能测试设备。

为解决上述问题，本发明提供一种火星车移动系统牵引性能测试装置，其特征在于，包括

支撑基座，用于支撑被测火星车；

阻力矩加载机构，用于与所述被测火星车的车轮相连接，对所述被测火星车的车轮进行阻力矩的加载；

牵引力加载机构，用于与所述被测火星车的车体相连接，在火星车行走过程中对所述被测火星车施加牵引力，以及

真空罐及温度控制机构，用于容纳被测火星车并控制测试环境的真空度和温度，所述阻力矩加载机构和所述牵引力加载机构均设置于所述真空罐及温度控制机构的内部。

可选地，所述支撑基座上并列设置支撑导轨和与所述车轮相配合的齿条组，且所述齿条组和所述支撑导轨均沿所述被测火星车的移动方向延伸设置，且所述支撑导轨设置于所述支撑基座的两端。

可选地，所述阻力矩加载机构包括阻力矩加载组件和用于支撑所述阻力矩加载组件并带动所述被测火星车移动的随动组件，阻力矩加载组件设置于所述随动组件的上部，所述随动组件与所述支撑导轨滑动连接。

可选地，所述支撑导轨包括凹槽，且沿所述凹槽的两端边缘分别向相互靠近的方向设置第一内翻边和第二内翻边，且所述第一内翻边与所述第二内翻边之间设有间隔。

可选地，所述阻力矩加载组件包括电机、行星减速器和扭矩传感器，所述电机与所述行星减速器的输入端相连，所述扭矩传感器的一端与所述行星减速器的输出端相连接，所述扭矩传感器的另一端与所述车轮相连接。

可选地，所述随动组件包括用于支撑所述阻力矩加载组件的支撑平台以及设置于所述支撑平台底部的轴承组。

可选地，所述支撑平台包括相互连接的第一平台和第二平台，且所述第一平台与所述第二平台之间形成第一卡部和第二卡部，且所述第一卡部与所述第一内翻边相配合，所述第二卡部与所述第二内翻边相配合。

可选地，所述轴承组包括深沟球轴承、端盖、轴套和转轴，所述转轴设置于所述轴套的内部，所述轴套的外部套设有所述深沟球轴承，且所述轴套穿过所述第二平台的底部后与所述端盖相连接。

可选地，所述牵引力加载机构包括托架、牵引绳和配重块，所述托架与所述车体连接，所述牵引绳的一端与所述托架相连接，所述牵引绳的另一端与所述配重块相连接。

可选地，所述支撑基座上还设置机架，所述牵引力加载机构包括设置于所述机架上的滑轮组，所述滑轮组用于控制牵引方向。

可选地，所述滑轮组包括第一定滑轮和第二定滑轮，所述牵引绳依次经过所述第一定滑轮和所述第二定滑轮后与所述配重块相连接。

本发明所述的一种火星车移动系统牵引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牵引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，其中真空罐及温度控制机构用于模拟火星车移动系统的工作环境，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；牵引力加载机构采用纯机械被动加载技术，无需配置电机驱动的加载装置，结构简单，且能够满足0-3000N的牵引力加载技术指标和加载精度要求。

附图说明

图1为本发明实施例中火星车移动系统牵引性能测试装置的结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大示意图；

图3为本发明实施例中火星车移动系统牵引性能测试装置的部分结构示意图；

图4为本发明实施例中牵引力加载机构的结构示意图；

图5为本发明实施例中随动结构的结构示意图；

图6为本发明实施例中随动结构的剖视图；

图7为本发明实施例中随动结构与支撑导轨连接的结构示意图；

图8为本发明实施例中阻力矩加载组件的结构示意图。

附图标记说明：

1-被测火星车、11-车轮、12-车体、2-支撑基座、21-齿条组、22-支撑导轨、221-凹槽、222-第一内翻边、223-第二内翻边、3-阻力矩加载机构、31-阻力矩加载组件、311-电机、312-行星减速器、313-扭矩传感器、32-随动组件、321-支撑平台、3211-第一平台、3212-第二平台、3213-第一卡部、3214-第二卡部、322-轴承组、3221-深沟球轴承、3222-端盖、3223-轴套、3224-转轴、4-牵引力加载机构、41-托架、42-牵引绳、43-配重块、44-第一定滑轮、45-第二定滑轮、5-真空罐及温度控制机构。

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”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”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1-3所示，本发明实施例提供一种火星车移动系统牵引性能测试装置，包括

支撑基座2，适于被测火星车1移动，其中被测火星车1包括车体12和车轮11，且车轮11与车体12通过连接支架相连接；

阻力矩加载机构3，与被测火星车1的车轮11相连接，用于对被测火星车1的车轮11进行阻力矩的加载,模拟车轮11负载与不同地貌特征所需的车轮11阻力矩，以便测试不同负载工况下的车轮11工作性能；

牵引力加载机构4，与被测火星车1的车体12相连接，用于在火星车行走过程中对被测火星车1施加牵引力，以及真空罐及温度控制机构5，能够控制真空度和温度，用于模拟火星车移动系统的工作环境；

且被测火星车1、阻力矩加载机构3和牵引力加载机构4均设置于真空罐及温度控制机构5的内部。

其中，牵引力加载机构4采用纯机械被动加载技术，无需配置电机311驱动的加载装置，结构简单，且能够满足0-3000N的牵引力加载技术指标和加载精度要求。

本实施例中对于车轮11的数量不做限制，在一些优选的实施例中，车轮11的数量为6个，且对称设置于车体12的两侧，使得车体12稳定，且每个车轮11均设置阻力矩加载机构3，能够车轮11进行阻力矩的直接加载。

优选地，支撑基座2上并列设置支撑导轨22和与车轮11相配合的齿条组21，且齿条组21和支撑导轨22均沿被测火星车1的移动方向延伸设置，且支撑导轨22设置于支撑基座2的两端。本实施例中对于齿条组21的形状不做具体限制，在一些优选的实施例中，齿条组21的形状为长方形，且齿条组21包括多个并列的齿条，且齿条与车轮11的轮刺配合，使得被测火星车1可在支撑基座2上顺利移动。本实施例中被测火星车1与支撑基座2采用相同的材质制作而成，可在高低温变化条件下保持相同的变形效果。在一些优选的实施例中，被测火星车1与支撑基座2采用碳素钢材质，成本低，且容易加工。

如图2所示，优选地，支撑导轨22包括凹槽221，且沿凹槽221的两端边缘分别向相互靠近的方向设置第一内翻边222和第二内翻边223，且第一内翻边222与第二内翻边223之间设有间隔。本实施例中第一内翻边222与第二内翻边223的形状相同，且第一内翻边222与凹槽221底部的距离等同于第二内翻边223与凹槽221底部的距离，即第一内翻边222与第二内翻边223在同一水平面上，结构规整，容易加工。

如图5-8所示，优选地，阻力矩加载机构3包括阻力矩加载组件31和随动组件32，阻力矩加载组件31设置于随动组件32的上部，随动组件32与支撑导轨22滑动连接，使得被测火星车1可在支撑导轨22上顺利移动，结构简单。

优选地，阻力矩加载组件31包括电机311、行星减速器312和扭矩传感器313，电机311与行星减速器312的输入端相连，扭矩传感器313的一端与行星减速器312的输出端相连接，扭矩传感器313的另一端与车轮11相连接。本实施例中对于扭矩传感器313与行星减速器312的输出端的连接方式不做限制，在一些优选的实施例中，扭矩传感器313与行星减速器312的输出端通过螺栓组连接，便于连接与拆卸。本实施例中对于扭矩传感器313与车轮11的连接方式不做限制，在一些优选的实施例中，扭矩传感器313与车轮11通过平键连接，便于连接与拆卸，且加工容易，且扭矩传感器313能够实时测量车轮11转动轴上的加载力矩信息，该信息提供反馈行程闭环力矩控制。在一些优选的实施例中，电机311为美国ParkerK178100无框力矩电机311，其连续堵转力矩为15.16Nm，行星减速器312的型号为ThomsonMicron UT010-016，其减速比为16:1，扭矩传感器313为一维扭矩传感器313，型号为OmegaTQ302-2K，其量程为0-226Nm，精度等级为0.2％F.S.，使得阻力矩加载精度高。

优选地，随动组件32包括用于支撑阻力矩加载组件31的支撑平台321以及设置于支撑平台321底部的轴承组322，阻力矩加载组件31与支撑平台321固定连接，本实施例中对于阻力矩加载组件31与支撑平台321的连接方式不做限制，在一些具体的实施例中，阻力矩加载组件31与支撑平台321通过螺栓组连接，便于连接和拆卸。

优选地，支撑平台321包括相互连接的第一平台3211和第二平台3212，且第一平台3211与第二平台3212之间沿第一平台3211的底部中间分别向两端围成第一卡部3213和第二卡部3214，且第一卡部3213与第一内翻边222相配合，第二卡部3214与第二内翻边223相配合。在一些具体的实施例中，当随动组件32与支撑导轨22安装后，第一内翻边222与第一卡部3213相卡接，第二内翻边223与第二卡部3214相卡接，使得第一平台3211设置在凹槽221的外部，第二平台3212以及轴承组322均设置在凹槽221的内部，使得隧洞组件不会脱离支撑导轨22，连接牢固。

优选地，轴承组322包括深沟球轴承3221、端盖3222、轴套3223和转轴3224，转轴3224设置于轴套3223的内部，轴套3223的外部套设有深沟球轴承3221，且轴套3223穿过第二平台3212的底部后与端盖3222相连接，在轴承组322的作用下，随动组件32可以自由的在支撑导轨22上滑动，从而达到随动效果。在一些具体的实施例中，深沟球轴承3221的型号6006，成本低。且本实施例中轴套3223的形状与转轴3224的外部轮廓形状相匹配，在一些优选的实施例中，转轴3224为圆柱形，结构简单。

如图4所示，优选地，牵引力加载机构4包括托架41、牵引绳42和配重块43，托架41与车体12连接，牵引绳42的一端与托架41相连接，牵引绳42的另一端与配重块43相连接。本实施例通过调节配重块43质量，可满足0-3000N的牵引力加载技术指标和加载精度要求。且本实施例中对于牵引绳42的材质不做限制，在一些优选的实施例中牵引绳42选用凯夫拉绳，强度大，具有很好的耐温稳定性，能够满足高低温和真空度要求。

优选地，支撑基座2上还设置机架(图1中未显示)，牵引力加载机构4包括设置于机架上的滑轮组，滑轮组用于控制牵引方向。本实施例中对于机架的形状不做限制，只要能够固定滑轮组即可。

在一些具体的实施例中，滑轮组包括第一定滑轮44和第二定滑轮45，牵引绳42依次经过第一定滑轮44和第二定滑轮45后与配重块43相连接。将配重块43的重力加载通过两次方向改变，转化为水平牵引力加载，方便进行牵引力的加载，且加载效率高。

本实施例提供的一种火星车移动系统牵引性能测试装置的工作原理在于：

在测试初始阶段配重块43放在地面上并通过牵引绳42与被测火星车1相连接，使牵引绳42保持绷紧状态同时保持配重块43不脱离地面状态。当配重块43质量保持某一定值时，可以通过调节阻力矩加载机构3中的电机311转速来改变车轮11受到的阻力矩，直到被测火星车1的车轮11可以在齿条组21上前进，此时牵引绳42带动配重块43离开地面向上运动。当配重块43保持连续向上运动1米时，表明被测火星车1此时的牵引力始终大于配重块43的重力，满足牵引力的性能要求，测试完毕。

因此，本实施例提供的一种火星车移动系统牵引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，其中真空罐及温度控制机构5用于模拟火星车移动系统的工作环境，阻力矩加载机构3能够对车轮11进行阻力矩的直接加载，用来模拟车轮11负载与不同地貌特征所需的车轮11阻力矩，以便测试不同负载工况下的车轮11工作性能；牵引力加载机构4采用纯机械被动加载技术，无需配置电机311驱动的加载装置，结构简单，且能够满足0-3000N的牵引力加载技术指标和加载精度要求。

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 (11)

1.一种火星车移动系统牵引性能测试装置，其特征在于，包括

支撑基座(2)，用于支撑被测火星车(1)；

阻力矩加载机构(3)，用于与所述被测火星车(1)的车轮(11)相连接，对所述被测火星车(1)的车轮(11)进行阻力矩的加载；

牵引力加载机构(4)，用于与所述被测火星车(1)的车体(12)相连接，在火星车行走过程中对所述被测火星车(1)施加牵引力，以及

真空罐及温度控制机构(5)，用于容纳被测火星车(1)并控制测试环境的真空度和温度，所述阻力矩加载机构(3)和所述牵引力加载机构(4)均设置于所述真空罐及温度控制机构(5)的内部。

2.根据权利要求1所述的火星车移动系统牵引性能测试装置，其特征在于，所述支撑基座(2)上并列设置支撑导轨(22)和用于与所述车轮(11)相配合的齿条组(21)，且所述齿条组(21)和所述支撑导轨(22)均沿所述被测火星车(1)的移动方向延伸设置，且所述支撑导轨(22)设置于所述支撑基座(2)的两端。

3.根据权利要求2所述的火星车移动系统牵引性能测试装置，其特征在于，所述阻力矩加载机构(3)包括阻力矩加载组件(31)和用于支撑所述阻力矩加载组件(31)并带动所述被测火星车(1)移动的随动组件(32)，所述阻力矩加载组件(31)设置于所述随动组件(32)的上部，所述随动组件(32)与所述支撑导轨(22)滑动连接。

4.根据权利要求3所述的火星车移动系统牵引性能测试装置，其特征在于，所述支撑导轨(22)包括凹槽(221)，且沿所述凹槽(221)的两端边缘分别向相互靠近的方向设置第一内翻边(222)和第二内翻边(223)，且所述第一内翻边(222)与所述第二内翻边(223)之间设有间隔。

5.根据权利要求3所述的火星车移动系统牵引性能测试装置，其特征在于，所述阻力矩加载组件(31)包括电机(311)、行星减速器(312)和扭矩传感器(313)，所述电机(311)与所述行星减速器(312)的输入端相连，所述扭矩传感器(313)的一端与所述行星减速器(312)的输出端相连接，所述扭矩传感器(313)的另一端与所述车轮(11)相连接。

6.根据权利要求4所述的火星车移动系统牵引性能测试装置，其特征在于，所述随动组件(32)包括用于支撑所述阻力矩加载组件(31)的支撑平台(321)以及设置于所述支撑平台(321)底部的轴承组(322)。

7.根据权利要求6所述的火星车移动系统牵引性能测试装置，其特征在于，所述支撑平台(321)包括相互连接的第一平台(3211)和第二平台(3212)，且所述第一平台(3211)与所述第二平台(3212)之间形成第一卡部(3213)和第二卡部(3214)，且所述第一卡部(3213)与所述第一内翻边(222)相配合，所述第二卡部(3214)与所述第二内翻边(223)相配合。

8.根据权利要求7所述的火星车移动系统牵引性能测试装置，其特征在于，所述轴承组(322)包括深沟球轴承(3221)、端盖(3222)、轴套(3223)和转轴(3224)，所述转轴(3224)设置于所述轴套(3223)的内部，所述轴套(3223)的外部套设有所述深沟球轴承(3221)，且所述轴套(3223)穿过所述第二平台(3212)的底部后与所述端盖(3222)相连接。

9.根据权利要求1所述的火星车移动系统牵引性能测试装置，其特征在于，所述牵引力加载机构(4)包括托架(41)、牵引绳(42)和配重块(43)，所述托架(41)与所述车体(12)连接，所述牵引绳(42)的一端与所述托架(41)相连接，所述牵引绳(42)的另一端与所述配重块(43)相连接。

10.根据权利要求9所述的火星车移动系统牵引性能测试装置，其特征在于，所述支撑基座(2)上还设置机架，所述牵引力加载机构(4)包括设置于所述机架上的滑轮组，所述滑轮组用于控制牵引方向。

11.根据权利要求10所述的火星车移动系统牵引性能测试装置，其特征在于，所述滑轮组包括第一定滑轮(44)和第二定滑轮(45)，所述牵引绳(42)依次经过所述第一定滑轮(44)和所述第二定滑轮(45)后与所述配重块(43)相连接。

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