CN1718509A - 月球探测车六轮对称主动式悬架机构 - Google Patents
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Abstract
一种月球探测车六轮对称主动式悬架机构,属于机械技术领域。本发明包括:两组悬架机构、车体、车体平衡机构,两组悬架机构对称设在车体的两侧,两组悬架机构与车体铰接,车体平衡机构设在车体内部并与悬架机构铰接。本发明采用六轮独立驱动、前后四轮独立转向的方式移动,前轮通过前摇臂相对于后摇臂的电动驱动伸缩实现收拢和展开,转摆臂通过电动驱动180度转动实现后轮向车体中轴线收拢,转摆臂还通过电动驱动上摆使车体下降高度直至车体底部与地面接触,从而实现高度方向的收拢,本发明在行驶过程中,通过前后摇臂的被动摆动、摆臂的主动摆动、和转摆臂的主动摆动,可以实现复杂地形的上坡、下坡、越过一定高度的障碍和一定深度及跨度的壕沟。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种机械技术领域的机构,具体地说,是一种月球探测车六轮对称主动式悬架机构。
背景技术
现有涉及外星探测(月球,火星等)的移动车辆大都采用多轮并列对称式从动悬架机构。月球探测车通过着陆器经过发射、转移轨道、奔月轨道、绕月飞行、登陆到月球上,目前,外星探测车朝着体积小、重量轻、结构紧凑的方向发展,如美国的索杰纳火星探测车重量只有11.5公斤。月球表面地形复杂,月球探测车要求具有很强的灵活避障、越障、和自位复位能力,其中越障能力要求月球车的行使系统具有较强的爬坡、过壕沟、抗倾覆等功能,目前,探测车的移动系统主要有腿式、履带式和轮式等类型,腿式移动系统的结构和控制比较复杂,行走速度较慢,履带式移动系统具有良好的越障性能,较强的适应性和使用寿命,但移动系统整体结构笨重、复杂,轮式移动系统结构简单,行走速度快,配以精巧设计的悬架机构,可以拥有很强的在复杂地形上的移动能力,美国的“阿波罗”15、16、17号,前苏联的“月球”17、21号探测车移动系统,美国JPL开发研制的Robby、Go、-For、Rocky系列火星探测车,登上火星的“旅居者”、“索杰纳”、“机遇号”、“勇气号”采用的均是轮式移动系统。轮式移动系统的探测车一般采用2轮、4轮、6轮、和8轮的结构比较常见。目前,轮式结构的探测车移动系统其悬架机构形式是研究的重点之一,因为它对探测车的移动、越障能力等具有重大的影响。
经对现有技术文献的检索发现,中国专利公开号为200410043801.2,公开日为:2005年3月23日,专利名称为:八轮对称悬架式车载机构。该专利公开了一种八轮对称悬架式车载机构,两个单侧独立悬架机构设置在主车体的左右两侧,副摇臂的前侧下端与中前轮铰接,副摇臂的后侧下端与中后轮铰接,前主摇臂的前端与前轮铰接,前主摇臂的后端与副摇臂的前侧铰接,后主摇臂的前端与副摇臂的后侧铰接,后主摇臂的后端与后轮铰接,轮系结构采用驱动、传动、轮体一体化方式,主车体通过铰接装在两对主摇臂上,主车体由两横轴支撑。该发明虽然能提供一种车体稳定性好,具有一定的适应地形和越障能力的悬架机构,但是,由于是被动式悬架结构,越障能力有限,行驶系统不具有收拢和展开功能,根据美国2004年发射的勇气号火星车的报道,外星探测移动车辆宜选用具有收拢和展开功能的主动式悬架机构。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足之处,提供一种月球探测车六轮对称主动式悬架机构,使其具有收拢和展开功能,并能适应复杂地形。
本发明是通过以下技术方案实现的,本发明包括:两组悬架机构、车体、车体平衡机构,所述的悬架机构包括:前摇臂、后摇臂、摆臂、转摆臂、中轮、前轮、后轮,前摇臂的前端与前轮铰接,后摇臂的后端与中轮铰接,前摇臂设在后摇臂内,摆臂的前端与后摇臂的前端铰接,摆臂的后端与车体之间铰接,转摆臂的前端与车体和摆臂的后端铰接,转摆臂的后端与后轮铰接,
所述的车体平衡机构包括:两个半轴、联轴器、两个前支架、两个后支架和两个扭转弹簧,两个半轴之间通过联轴器连接,两个半轴与车体铰接,前支架、和后支架分别设在半轴的前面和后面并与车体固定连接,扭转弹簧的一端与前支架穿孔连接,另一端与后支架固定,扭转弹簧以扭力矩套在两个半轴上,
两组悬架机构对称设在车体的两侧,两组悬架机构与车体铰接,车体平衡机构设在车体内部并与悬架机构铰接。
所述的前摇臂,其与后摇臂之间为间隙移动配合并组成一个电动移动副。
所述的电动移动副包括:滑动螺母、转动螺杆、两个角接触球轴承、内圈轴套、外圈轴套、轴承座、电机支座、摇臂移动副直流减速电机,转动螺杆通过两个角接触球轴承支承在轴承座内,轴承座与后摇臂固接,摇臂移动副直流减速电机与电机支座螺钉连接,电机支座与后摇臂固定,摇臂移动副直流减速电机的输出轴与转动螺杆通过销钉连接,转动螺杆与滑动螺母螺旋连接,滑动螺母与前摇臂后端固定连接。
所述的摆臂包括:摆臂前支架、前支架盖板、前支架滑动轴承、连接板、后外支架、后外支架滑动轴承、后外支架盖板、后内支架套、车体支撑滑动轴承、摆臂驱动主动齿轮、摆臂驱动电机座、摆臂驱动从动齿轮、摆臂驱动直流减速电机,摆臂的前端固定有两个摆臂前支架,摆臂前支架的孔内压配前支架滑动轴承,前支架盖板与摆臂前支架螺钉连接,摆臂的后端固接有连接板,后外支架和后内支架套分别与连接板螺钉连接,后外支架滑动轴承压配在后外支架的孔内,后外支架盖板与后外支架螺钉连接,后内支架套支承在车体支撑滑动轴承内,车体支撑滑动轴承压配在车体与悬架机构的连接孔内,摆臂驱动主动齿轮与摆臂驱动直流减速电机的输出轴销钉连接,摆臂驱动直流减速电机固定在摆臂驱动电机座上,摆臂驱动电机座固定在车体上,摆臂驱动从动齿轮与后内支架套键连接,两个摆动支撑滚动轴承的外圈与后内支架套的内孔之间为过盈配合。
所述的后内支架套,其与车体支撑滑动轴承为间隙配合并构成转动副。
所述的后摇臂的前端固定设有两个摇臂芯轴。
所述的摇臂芯轴与前支架滑动轴承间隙配合。
所述的转摆臂包括:摆动支撑滚动轴承、转摆臂盖板内密封、转摆臂盖板、转摆臂轴承座、转动电机座、转摆臂套、转动直流减速电机、摆动轴、滚动轴承、摆动轴套、摆动驱动主动齿轮、摆动电机座、摆动驱动从动齿轮、摆动直流减速电机、滑动轴套,转摆臂的一端通过两个转摆臂滚动轴承支承在转摆臂轴承座内,转摆臂轴承座与转摆臂套固定,转动直流减速电机与转动电机座螺钉连接,转动电机座与转摆臂套固定,转动直流减速电机的输出轴与转摆臂销钉连接,转摆臂盖板内密封设在转摆臂盖板内,转摆臂盖板与转摆臂轴承座螺钉连接,摆动轴与转摆臂套的外侧固定连接,摆动轴套与转摆臂套的内侧固定连接,摆动轴套内压配有滑动轴套,半轴与滑动轴套构成转动副,摆动驱动主动齿轮与摆动直流减速电机的输出轴销钉连接,摆动直流减速电机与摆动电机座螺钉连接,摆动电机座固定在车体上,摆动驱动从动齿轮与摆动轴套键连接,摆动内支撑滑动轴套压配在摆动轴套的孔内,摆动轴套与两个摆动支撑滚动轴承过盈配合,与转摆臂固连的摆动轴套与半轴之间通过滑动轴套构成转动副,摆动轴套与摆臂固连的后内支架套之间构成转动副,后内支架套与车体之间构成转动副。
在工作时,前轮通过前摇臂相对于后摇臂的摇臂移动副直流减速电机的电动驱动通过螺旋传动伸缩可以实现前摇臂和前轮相对于车体的收拢和展开,即:摇臂移动副直流减速电机的输出带动转动螺杆旋转,使滑动螺母产生移动,从而带动前摇臂沿后摇臂进行移动。转动直流减速电机的输出驱动转摆臂绕自身轴线旋转,与转摆臂后端铰接的后轮也随之一起转动,从而实现后轮向车体中轴线的收拢与展开,转摆臂还通过摆动直流减速电机的电动驱动上摆使车体下降高度直至车体底部与地面接触,从而实现整车高度方向的收拢,即:摆动直流减速电机的输出驱动摆动驱动主动齿轮旋转,与驱动摆动驱动主动齿轮相啮合的摆动驱动从动齿轮的转动又通过摆动轴套带动与之固连的转摆臂套的转动,从而带动转摆臂及后轮的摆动实现车体高度方向的升降。在车辆行驶过程中,前后摇臂和分别带着前轮中轮随移动地面高低的变化会自动绕后摇臂与摆臂之间的铰接副摆动,以适应地貌的起伏变化,另外,摆臂在摆臂驱动直流减速电机的驱动下还可以绕与车体的铰接副摆动,以适应更大的地貌起伏变化,即:摆臂驱动直流减速电机的输出驱动摆臂驱动主动齿轮的转动,与之相啮合的摆臂驱动从动齿轮的转动又通过后内支架套、连接板、带动摆臂的摆动。转摆臂也可以在摆动直流减速电机的驱动下绕与车体的铰接副摆动,以适应地貌的变化和车体高低位置变化的需要,通过前后摇臂的被动摆动、摆臂的主动摆动、和转摆臂的主动摆动,可以实现复杂地形的上坡、下坡、越过一定高度的障碍和一定深度及跨度的壕沟,具有很强的适应复杂地形的移动能力;车体平衡机构通过扭转弹簧产生的反力矩使车体重心绕着两个支点半轴轴线产生的重力力矩保持平衡,即:扭转弹簧产生的反力矩一端作用在前支架上,另一端作用在后支架上,使得作用在前支架、后支架上的反力使车体沿半轴的轴线保持平衡,从而实现车体的基本平稳。
本发明采用六轮独立驱动、前后四轮独立转向的方式移动,前轮通过前摇臂相对于后摇臂的电动驱动伸缩实现收拢和展开,转摆臂通过电动驱动180度转动实现后轮向车体中轴线收拢,转摆臂还通过电动驱动上摆使车体下降高度直至车体底部与地面接触,从而实现高度方向的收拢,本发明在行驶过程中,通过前后摇臂的被动摆动、摆臂的主动摆动、和转摆臂的主动摆动,可以实现复杂地形的上坡、下坡、越过一定高度的障碍和一定深度及跨度的壕沟,具有很强的适应复杂地形的移动能力,本发明的车体平衡机构可以实现车体的基本平稳,本发明可以开发成一种行星探测移动车辆或一种高级玩具车。
附图说明
图1为本发明结构示意主视图。
图2为本发明结构示意俯视图。A部分为前摇臂、后摇臂、摆臂连接处,B部分为后摇臂内部,C部分为摆臂、转摆臂、车体、车体平衡机构连接处。
图3为本发明A部分结构示意图。
图4为本发明B部分结构示意图。
图5为本发明C部分结构示意图。
具体实施方式
如图1、2、3、4、5所示,本发明包括:两组悬架机构1、车体2、车体平衡机构3,所述的悬架机构1包括:前摇臂4、后摇臂5、摆臂6、转摆臂7、中轮8、前轮11、后轮12,前摇臂4的前端与前轮11铰接,后摇臂5的后端与中轮8铰接,前摇臂4设在后摇臂5内,摆臂6的前端与后摇臂5的前端铰接,摆臂6的后端与车体2之间铰接,转摆臂7的前端与车体2和摆臂6的后端铰接,转摆臂7的后端与后轮12铰接,
所述的车体平衡机构3包括:两个半轴9、联轴器10、两个前支架13、两个后支架14和两个扭转弹簧15,两个半轴9之间通过联轴器10连接,两个半轴9与车体2铰接,前支架13、和后支架14分别设在半轴9的前面和后面并与车体2固定连接,扭转弹簧15的一端与前支架13穿孔连接,另一端与后支架14固定,扭转弹簧15以扭力矩套在两个半轴9上,
两组悬架机构1对称设在车体2的两侧,两组悬架机构1与车体2铰接,车体平衡机构3设在车体2内部并与悬架机构1铰接。
所述的前摇臂4,其与后摇臂5之间为间隙移动配合并组成一个电动移动副。
所述的电动移动副包括:滑动螺母30、转动螺杆31、两个角接触球轴承33、内圈轴套34、外圈轴套35、轴承座36、电机支座37、摇臂移动副直流减速电机38,转动螺杆31通过两个角接触球轴承33支承在轴承座36内,轴承座36与后摇臂5固接,摇臂移动副直流减速电机38与电机支座37螺钉连接,电机支座37与后摇臂5固定,摇臂移动副直流减速电机38的输出轴与转动螺杆31通过销钉连接,转动螺杆31与滑动螺母30螺旋连接,滑动螺母30与前摇臂4后端固定连接。
所述的摆臂6包括:摆臂前支架16、前支架盖板17、前支架滑动轴承18、连接板19、后外支架20、后外支架滑动轴承21、后外支架盖板22、后内支架套23、车体支撑滑动轴承24、摆臂驱动主动齿轮25、摆臂驱动电机座26、摆臂驱动从动齿轮27、摆臂驱动直流减速电机29,摆臂6的前端固定有两个摆臂前支架16,摆臂前支架16的孔内压配前支架滑动轴承18,前支架盖板17与摆臂前支架16螺钉连接,摆臂6的后端固接有连接板19,后外支架20和后内支架套23分别与连接板19螺钉连接,后外支架滑动轴承21压配在后外支架20的孔内,后外支架盖板22与后外支架20螺钉连接,后内支架套23支承在车体支撑滑动轴承24内,车体支撑滑动轴承24压配在车体2与悬架机构1的连接孔内,摆臂驱动主动齿轮25与摆臂驱动直流减速电机29的输出轴销钉连接,摆臂驱动直流减速电机29固定在摆臂驱动电机座26上,摆臂驱动电机座26固定在车体2上,摆臂驱动从动齿轮27与后内支架套23键连接,两个摆动支撑滚动轴承28的外圈与后内支架套23的内孔之间为过盈配合。
所述的后内支架套23,其与车体支撑滑动轴承24为间隙配合并构成转动副。
所述的后摇臂5的前端固定设有两个摇臂芯轴32。
所述的摇臂芯轴32与前支架滑动轴承18间隙配合。
所述的转摆臂7包括:摆动支撑滚动轴承28、转摆臂盖板内密封39、转摆臂盖板40、转摆臂轴承座41、转动电机座42、转摆臂套43、转动直流减速电机44、摆动轴45、滚动轴承46、摆动轴套47、摆动驱动主动齿轮48、摆动电机座49、摆动驱动从动齿轮50、摆动直流减速电机51、滑动轴套52,转摆臂7的一端通过两个转摆臂滚动轴承46支承在转摆臂轴承座41内,转摆臂轴承座41与转摆臂套43固定,转动直流减速电机44与转动电机座42螺钉连接,转动电机座42与转摆臂套43固定,转动直流减速电机44的输出轴与转摆臂7销钉连接,转摆臂盖板内密封39设在转摆臂盖板40内,转摆臂盖板40与转摆臂轴承座41螺钉连接,摆动轴45与转摆臂套43的外侧固定连接,摆动轴套47与转摆臂套43的内侧固定连接,摆动轴套47内压配有滑动轴套52,半轴9与滑动轴套52构成转动副,摆动驱动主动齿轮48与摆动直流减速电机51的输出轴销钉连接,摆动直流减速电机51与摆动电机座49螺钉连接,摆动电机座49固定在车体2上,摆动驱动从动齿轮50与摆动轴套47键连接,摆动内支撑滑动轴套52压配在摆动轴套47的孔内,摆动轴套47与两个摆动支撑滚动轴承28过盈配合,与转摆臂7固连的摆动轴套47与半轴9之间通过滑动轴套52构成转动副,摆动轴套47与摆臂6固连的后内支架套23之间构成转动副,后内支架套23与车体2之间构成转动副。
Claims (8)
1.一种月球探测车六轮对称主动式悬架机构,包括:两组悬架机构(1)、车体(2)、车体平衡机构(3),其特征在于,所述的悬架机构(1)包括:前摇臂(4)、后摇臂(5)、摆臂(6)、转摆臂(7)、中轮(8)、前轮(11)、后轮(12),前摇臂(4)的前端与前轮(11)铰接,后摇臂(5)的后端与中轮(8)铰接,前摇臂(4)设在后摇臂(5)内,摆臂(6)的前端与后摇臂(5)的前端铰接,摆臂(6)的后端与车体(2)之间铰接,转摆臂(7)的前端与车体(2)和摆臂(6)的后端铰接,转摆臂(7)的后端与后轮(12)铰接,
所述的车体平衡机构(3)包括:两个半轴(9)、联轴器(10)、两个前支架(13)、两个后支架(14)和两个扭转弹簧(15),两个半轴(9)之间通过联轴器(10)连接,两个半轴(9)与车体(2)铰接,前支架(13)、和后支架(14)分别设在半轴(9)的前面和后面并与车体(2)固定连接,扭转弹簧(15)的一端与前支架(13)穿孔连接,另一端与后支架(14)固定,扭转弹簧(15)以扭力矩套在两个半轴(9)上,
两组悬架机构(1)对称设在车体(2)的两侧,两组悬架机构(1)与车体(2)铰接,车体平衡机构(3)设在车体(2)内部并与悬架机构(1)铰接。
2.根据权利要求1所述的月球探测车六轮对称主动式悬架机构,其特征是,所述的前摇臂(4)与后摇臂(5)之间为间隙移动配合并组成一个电动移动副。
3.根据权利要求2所述的月球探测车六轮对称主动式悬架机构,其特征是,所述的电动移动副包括:滑动螺母(30)、转动螺杆(31)、两个角接触球轴承(33)、内圈轴套(34)、外圈轴套(35)、轴承座(36)、电机支座(37)、摇臂移动副直流减速电机(38),转动螺杆(31)通过两个角接触球轴承(33)支承在轴承座(36)内,轴承座(36)与后摇臂(5)固接,摇臂移动副直流减速电机(38)与电机支座(37)螺钉连接,电机支座(37)与后摇臂(5)固定,摇臂移动副直流减速电机(38)的输出轴与转动螺杆(31)通过销钉连接,转动螺杆(31)与滑动螺母(30)螺旋连接,滑动螺母(30)与前摇臂(4)后端固定连接。
4.根据权利要求1所述的月球探测车六轮对称主动式悬架机构,其特征是,所述的摆臂(6)包括:摆臂前支架(16)、前支架盖板(17)、前支架滑动轴承(18)、连接板(19)、后外支架(20)、后外支架滑动轴承(21)、后外支架盖板(22)、后内支架套(23)、车体支撑滑动轴承(24)、摆臂驱动主动齿轮(25)、摆臂驱动电机座(26)、摆臂驱动从动齿轮(27)、摆臂驱动直流减速电机(29),摆臂(6)的前端固定有两个摆臂前支架(16),摆臂前支架(16)的孔内压配前支架滑动轴承(18),前支架盖板(17)与摆臂前支架(16)螺钉连接,摆臂(6)的后端固接有连接板(19),后外支架(20)和后内支架套(23)分别与连接板(19)螺钉连接,后外支架滑动轴承(21)压配在后外支架(20)的孔内,后外支架盖板(22)与后外支架(20)螺钉连接,后内支架套(23)支承在车体支撑滑动轴承(24)内,车体支撑滑动轴承(24)压配在车体(2)与悬架机构(1)的连接孔内,摆臂驱动主动齿轮(25)与摆臂驱动直流减速电机(29)的输出轴销钉连接,摆臂驱动直流减速电机(29)固定在摆臂驱动电机座(26)上,摆臂驱动电机座(26)固定在车体(2)上,摆臂驱动从动齿轮(27)与后内支架套(23)键连接,两个摆动支撑滚动轴承(28)的外圈与后内支架套(23)的内孔之间为过盈配合。
5.根据权利要求4所述的月球探测车六轮对称主动式悬架机构,其特征是,所述的后内支架套(23),其与车体支撑滑动轴承(24)为间隙配合并构成转动副。
6.根据权利要求1所述的月球探测车六轮对称主动式悬架机构,其特征是,所述的后摇臂(5)的前端固定设有两个摇臂芯轴(32)。
7.根据权利要求6所述的月球探测车六轮对称主动式悬架机构,其特征是,所述的摇臂芯轴(32)与前支架滑动轴承(18)间隙配合。
8.根据权利要求1所述的月球探测车六轮对称主动式悬架机构,其特征是,所述的转摆臂(7)包括:摆动支撑滚动轴承(28)、转摆臂盖板内密封(39)、转摆臂盖板(40)、转摆臂轴承座(41)、转动电机座(42)、转摆臂套(43)、转动直流减速电机(44)、摆动轴(45)、滚动轴承(46)、摆动轴套(47)、摆动驱动主动齿轮(48)、摆动电机座(49)、摆动驱动从动齿轮(50)、摆动直流减速电机(51)、滑动轴套(52),转摆臂(7)的一端通过两个转摆臂滚动轴承(46)支承在转摆臂轴承座(41)内,转摆臂轴承座(41)与转摆臂套(43)固定,转动直流减速电机(44)与转动电机座(42)螺钉连接,转动电机座(42)与转摆臂套(43)固定,转动直流减速电机(44)的输出轴与转摆臂(7)销钉连接,转摆臂盖板内密封(39)设在转摆臂盖板(40)内,转摆臂盖板(40)与转摆臂轴承座(41)螺钉连接,摆动轴(45)与转摆臂套(43)的外侧固定连接,摆动轴套(47)与转摆臂套(43)的内侧固定连接,摆动轴套(47)内压配有滑动轴套(52),半轴(9)与滑动轴套(52)构成转动副,摆动驱动主动齿轮(48)与摆动直流减速电机(51)的输出轴销钉连接,摆动直流减速电机(51)与摆动电机座(49)螺钉连接,摆动电机座(49)固定在车体(2)上,摆动驱动从动齿轮(50)与摆动轴套(47)键连接,摆动内支撑滑动轴套(52)压配在摆动轴套(47)的孔内,摆动轴套(47)与两个摆动支撑滚动轴承(28)过盈配合,与转摆臂(7)固连的摆动轴套(47)与半轴(9)之间通过滑动轴套(52)构成转动副,摆动轴套(47)与摆臂(6)固连的后内支架套(23)之间构成转动副,后内支架套(23)与车体(2)之间构成转动副。
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