CN111238848B - 一种火星车移动系统振动加载机构及性能测试装置 - Google Patents

一种火星车移动系统振动加载机构及性能测试装置 Download PDF

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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，包括从上到下依次设置的第一振动平台、凸轮结构和第二振动平台，且所述第一振动平台与所述凸轮结构相连接，且第一振动平台还与所述第二振动平台通过弹性结构相连接，且所述第一振动平台设置于所述车被测火星车的车轮的底部。与现有技术比较，本发明通过可变偏心距的凸轮结构完成，调节车轮的振幅和频率，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，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、凸轮结构和第二振动平台，且所述第一振动平台与所述凸轮结构相连接，且第一振动平台还与所述第二振动平台通过弹性结构相连接，且所述第一振动平台设置于所述被测火星车的车轮的底部。
可选地，所述凸轮结构包括振动电机、轮盘和移动滑块，所述振动电机与所述第一振动平台相固连，所述移动滑块的一端与所述振动电机的输出端转动连接，所述移动滑块的另一端与所述轮盘通过调节螺钉相连接。
可选地，沿所述轮盘的盘面向远离所述振动电机的方向延伸设置连接结构，且所述连接结构上设置限位孔，所述调节螺钉穿过所述限位孔将所述移动滑块与所述连接结构相连接。
可选地，所述凸轮结构还包括限位结构，所述振动电机的输出端穿过所述移动滑块与所述限位结构相连接。
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可变偏心距的凸轮结构完成，调节车轮的振幅和频率，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，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加载；
温度控制舱，用于与所述阻力矩加载机构相连接，且用于将所述被测火星车设置于所述温度控制舱的内部，控制所述被测火星车的测试温度；以及
固定架，与所述阻力矩加载机构相连接；
振动加载机构，用于设置于所述被测火星车的底部，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，所述固定架包括与所述被测火星车的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。
可选地，所述阻力矩加载机构包括电机、编码器及扭矩传感器、联轴器和车轮加载转轴，所述电机的一端与所述调节机构相连接，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联轴器和所述车轮加载转轴与所述被测火星车的车轮相连接。
可选地，还包括设置于所述阻力矩加载机构底部的调节机构，且所述调节机构还设置于所述固定架的底座上。
可选地，所述调节机构包括第一调节机构和第二调节机构，所述第一调节机构与所述第二调节机构通过连接结构相连接，且所述第一调节机构用于支撑所述车轮，所述第二调节机构设置于所述底座上。
可选地，所述第一调节机构与所述连接结构活动连接，且所述连接结构上设置用于控制所述第一调节机构移动的调节旋钮。
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；振动加载机构通过可变偏心距的凸轮结构完成，调节车轮的振幅，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；
图3为本发明实施例中调节机构的内部剖视图；
图4为本发明实施例中火星车移动系统振动加载机构的结构示意图；
图5为本发明实施例中凸轮结构的结构示意图；
图6为本发明实施例中被测火星车的结构示意图；
图7为本发明实施例中被测火星车的正视图；
图8为图7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-联轴器、34-车轮加载转轴、4-调节机构、41-第一调节机构、411-弹性装置、412-顶台、413-底台、42-第二调节机构、43-连接结构、44-调节旋钮、45-导向柱、5-温度控制舱、51-舱门、52-观察窗、6-振动加载机构、61-第一振动平台、62-第二振动平台、621-轴承、63-凸轮结构、631-振动电机、632-轮盘、6321-连接结构、6322-限位孔、633-移动滑块、634-调节螺钉、635-限位结构、64-弹性结构。
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”、“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，包括从上到下依次设置的第一振动平台61、凸轮结构63和第二振动平台62，且第一振动平台61与凸轮结构63相连接，且第一振动平台61还与第二振动平台62通过弹性结构64相连接，且第一振动平台61设置于车轮的底部。通过凸轮结构63对第一振动平台61进行支撑。
本实施例中对于第一振动平台61和第二振动平台62的形状不做限制，在一些优选的实施例中，第一振动平台61和第二振动平台62的形状为直板型，结构简单。
如图5所示，优选地，凸轮结构63包括振动电机631、轮盘632和移动滑块633，振动电机631与第一振动平台61相连，移动滑块633的一端与振动电机631的输出端转动连接，移动滑块633的另一端与轮盘632通过调节螺钉634相连接。
优选地，沿轮盘632的盘面向远离振动电机631的方向延伸设置连接部件6321，且连接部件6321上设置限位孔6322，调节螺钉634穿过限位孔6322将移动滑块633与连接部件6321相连接。本实施例中对于限位孔6322的形状不做限制，在一些优选的实施例中，限位孔6322的形状为两端圆弧过渡的四边形，结构简单。在一些优选的实施例中，连接部件6321包括对称设置的第一连接部和第二连接部，相应地，限位孔6322包括设置于第一连接部的第一限位孔6322和设置于第二连接部的第二限位孔6322，且多个调节螺钉634分别穿过第一限位孔6322和第二限位孔6322将移动滑块633与轮盘632固定。在一些优选的实施例中调节螺钉634的数量为四个，且每个限位孔6322上设置两个，连接牢固。
优选地，凸轮结构63还包括限位结构635，振动电机631的输出端穿过移动滑块633与限位结构635相连接。在一些具体选的实施例中，限位结构635为卡簧，成本低，容易加工。
优选地，第二振动平台62上还设置与轮盘632相匹配的轴承621，本实施例中轴承621为双列滚子轴承621，且本实施例中对于轴承621与第二振动平台62的连接方式不做限制，在一些优选的实施例中，轴承621与第二振动平台62螺钉相连，连接方便且牢固。
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可变偏心距的凸轮结构完成，调节车轮的振幅和频率，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1-2所示，本实施例还提供一种火星车移动系统性能测试装置，包括上述的振动加载机构，设置于被测火星车1的底部，用于对被测火星车1进行振动加载，用于模拟被测火星车1在不同地形时车轮受到的振动；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，与阻力矩加载机构3相连接。
如图6-8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，本实施例中一种火星车移动系统性能测试装置还包括设置于阻力矩加载机构3底部的调节机构4，且调节机构4还设置于固定架2的底座上，用于支撑阻力矩加载机构3并调整阻力矩加载机构3的高度。
优选地，调节机构4包括第一调节机构41和第二调节机构42，第一调节机构41与第二调节机构42通过连接结构43相连接，且第一调节机构41用于支撑车轮，第二调节机构42设置于底座上。
优选地，第一调节机构41与连接结构43活动连接，且连接结构43上设置用于控制第一调节机构41移动的调节旋钮44。本实施例中对于第一调节机构41与连接结构43的连接方式不做限制，在一些具体的实施例中，第一调节机构41与连接结构43螺纹连接，连接结构43上设置外螺纹，第一调节机构41与连接结构43的接口处设置与外螺纹相匹配的内螺纹，结构简单。
优选地，第一调节机构41的内部还设有一弹性装置411，且弹性装置411的一端固定于第一调节机构41的顶台412，弹性装置411的另一端穿过连接结构43固定于第一调节机构41的底台413，且底台413与第二调节机构42通过导向柱45相连接，使得底台413在旋转调节旋钮44的作用下，可沿导向柱45带动顶台412上下移动，进而带动阻力矩加载机构3上下移动，调节阻力矩加载机构3的高度，从而适应不同高度下力矩加载。在一些优选的实施例中，弹性装置411为弹簧，结构简单、成本低。
优选地，阻力矩加载机构3包括电机31、编码器及扭矩传感器32、联轴器33和车轮加载转轴34，电机31的一端与第一调节机构41相连接，电机31输出端与编码器及扭矩传感器32的一端相连接，编码器及扭矩传感器32的另一端依次通过联轴器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，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。
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，车轮加载转轴34穿过连接孔与被测火星车1相连接。在一些具体的实施例中，连接孔包括第一连接孔和第二连接孔，车轮加载转轴34穿过第一连接孔与车轮相连接，固定轴214穿过第二连接孔与固定轴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52，操作人员可通过观察窗52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61之间柔性密封，第一连接孔与阻力矩加载机构3之间柔性密封，第二连接孔与固定结构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6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6通过可变偏心距的凸轮结构63完成，调节车轮的振幅，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 (8)

1.一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)，用于与被测火星车(1)的车轮相连接，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)，用于与所述阻力矩加载机构(3)相连接，且用于将所述被测火星车(1)设置于所述温度控制舱(5)的内部，控制所述被测火星车(1)的测试温度；以及
固定架(2)，与所述阻力矩加载机构(3)相连接；
振动加载机构(6)，用于设置于所述被测火星车(1)的底部，对所述被测火星车(1)进行振动加载，
调节机构(4)，设置于所述阻力矩加载机构(3)的底部，且所述调节机构(4)还设置于所述固定架(2)的底座上，所述调节机构(4)包括第一调节机构(41)和第二调节机构(42)，所述第一调节机构(41)与所述第二调节机构(42)通过连接结构(43)相连接，且所述第一调节机构(41)用于支撑所述车轮，所述第二调节机构(42)设置于所述底座上，且所述第一调节机构(41)的内部还设有一弹性装置(411)，且所述弹性装置(411)的一端固定于所述第一调节机构(41)的顶台(412)，所述弹性装置(411)的另一端穿过所述连接结构(43)固定于所述第一调节机构(41)的底台(413)，且所述底台(413)与所述第二调节机构(42)通过导向柱(45)相连接。
2.根据权利要求1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。
3.根据权利要求2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)包括电机(31)、编码器及扭矩传感器(32)、联轴器(33)和车轮加载转轴(34)，所述电机(31)的一端与所述调节机构(4)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联轴器(33)和所述车轮加载转轴(34)与所述被测火星车(1)的车轮相连接。
4.根据权利要求1所述的火星车移动系统性能测试装置，其特征在于，所述第一调节机构(41)与所述连接结构(43)活动连接，且所述连接结构(43)上设置用于控制所述第一调节机构(41)移动的调节旋钮(44)。
5.根据权利要求1所述的火星车移动系统性能测试装置，其特征在于，所述振动加载机构(6)包括从上到下依次设置的第一振动平台(61)、凸轮结构(63)和第二振动平台(62)，所述第一振动平台(61)与所述凸轮结构(63)相连接，所述第一振动平台(61)还与所述第二振动平台(62)通过弹性结构(64)相连接，且所述第一振动平台(61)用于支撑所述被测火星车(1)。
6.根据权利要求5所述的火星车移动系统性能测试装置，其特征在于，所述凸轮结构(63)包括振动电机(631)、轮盘(632)和移动滑块(633)，所述振动电机(631)与所述第一振动平台(61)相连接，所述移动滑块(633)的一端与所述振动电机(631)的输出端转动连接，所述移动滑块(633)的另一端与所述轮盘(632)通过调节螺钉(634)相连接。
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，沿所述轮盘(632)的盘面向远离所述振动电机(631)的方向延伸设置连接部件(6321)，且所述连接部件(6321)上设置限位孔(6322)，所述调节螺钉(634)穿过所述限位孔(6322)将所述移动滑块(633)与所述连接部件(6321)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，所述凸轮结构(63)还包括限位结构(635)，所述振动电机(631)的输出端穿过所述移动滑块(633)与所述限位结构(635)相连接。
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