專利名稱：具有中間兩輪主動(dòng)擺臂的路面自適應(yīng)菱形月球車移動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到行走裝置的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特指一種具有中間兩輪主動(dòng)擺臂的路面自 適應(yīng)菱形月球車移動(dòng)系統(tǒng)，可適用于惡劣環(huán)境下的無人探測和礦石采集領(lǐng)域。
技術(shù)背景對(duì)于月面環(huán)境來說，月球車要求適應(yīng)不熟悉的地貌和多灰層、微重力等獨(dú)特的月球 表面行駛環(huán)境以及實(shí)現(xiàn)地月轉(zhuǎn)移，這對(duì)車輛的輕量化和行駛性能有著特殊的要求。從目 前國內(nèi)研究月球車情況看，大家認(rèn)為傳統(tǒng)的兩軸四輪機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、耗能低、負(fù)載 能力大、姿態(tài)調(diào)整方便的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是車體的穩(wěn)定性較差，爬坡和越障能力不強(qiáng)；六輪 機(jī)構(gòu)由于具有三軸特性，越野性和穩(wěn)定性較強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是難以實(shí)現(xiàn)輕量化，重力在 各車輪上的分配不均勻，不能發(fā)揮電機(jī)的效率?？紤]到月球上特殊的工況，人們普遍認(rèn) 為輪式月球車中六輪是最優(yōu)的，而傳統(tǒng)的四輪車盡管比六輪結(jié)構(gòu)更簡單、可靠，但由于 不具備好的越野性而不在選擇范圍之內(nèi)。若要發(fā)揮四輪車的結(jié)構(gòu)簡單易于輕量化和可靠 性強(qiáng)的優(yōu)勢，又要使其擁有優(yōu)越的越野性能，就必須通過新概念的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提高其越野 性等行駛性能。 發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明要解決的問題就在于提供一種地形適應(yīng)能 力強(qiáng)、越障性能好、車體姿態(tài)平穩(wěn)、可靠性高、高輕量化的具有中間兩輪主動(dòng)擺臂的路 面自適應(yīng)菱形月球車移動(dòng)系統(tǒng)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的解決方案為 一種具有中間兩輪主動(dòng)擺臂的路 面自適應(yīng)菱形月球車移動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于它包括可轉(zhuǎn)動(dòng)的車架以及安裝于車架上呈 菱形布置的前輪、后輪、左輪和右輪，所述前輪和后輪分別通過前懸架系統(tǒng)和后懸架系 統(tǒng)固定于車架上，左輪和右輪分別通過左懸架系統(tǒng)和右懸架系統(tǒng)固定于車架上，所述前 懸架系統(tǒng)和后懸架系統(tǒng)均由連接機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)組成，左懸架系統(tǒng)和右懸架系統(tǒng)均由連 接結(jié)構(gòu)和擺臂電機(jī)組成，所述車架包括前車架和后車架，后車架的一端設(shè)有轉(zhuǎn)軸，后車 架通過轉(zhuǎn)軸與前車架鉸接，所述轉(zhuǎn)軸與電磁制動(dòng)器相連。所述前車架上設(shè)有軸承座，電磁制動(dòng)器外圈通過軸承座固定，電磁制動(dòng)器內(nèi)圈與轉(zhuǎn)軸通過鍵相連。所述前懸架系統(tǒng)和后懸架系統(tǒng)中連接機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向電機(jī)套筒、軸承座、角接觸軸承、 鎖緊螺帽和連接臂，所述連接臂與前輪或后輪固連，轉(zhuǎn)向電機(jī)套筒與車架固連，角接觸 軸承安裝于軸承座內(nèi)，軸承座與轉(zhuǎn)向電機(jī)套筒固連，連接臂通過鎖緊螺帽與角接觸軸承 內(nèi)圈定位。所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向電機(jī)，轉(zhuǎn)向電機(jī)固定于轉(zhuǎn)向電機(jī)套筒內(nèi)，轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸出軸 通過鍵與連接臂上端相接，轉(zhuǎn)向力矩通過連接臂輸送到前輪或后輪上。 所述前輪或后輪的接地點(diǎn)與轉(zhuǎn)向電機(jī)輸出軸的軸心延長線不相交。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)就在于1、 本發(fā)明具有中間兩輪主動(dòng)擺臂的路面自適應(yīng)菱形月球車移動(dòng)系統(tǒng)的"三軸"確 保良好的越野性能和移動(dòng)穩(wěn)定性；"四輪"確保比六輪系統(tǒng)更高程度的輕量化。2、 本發(fā)明具有中間兩輪主動(dòng)擺臂的路面自適應(yīng)菱形月球車移動(dòng)系統(tǒng)采用菱形底盤結(jié) 構(gòu)，在同樣的轉(zhuǎn)向角度下，通過前后輪聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向，可以顯著減小月球車的轉(zhuǎn)向半徑，提 高月球車的轉(zhuǎn)向靈活性。同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，能夠?qū)崿F(xiàn)隨時(shí)避障，顯著提高月球 車的適應(yīng)性。3、 本發(fā)明具有中間兩輪主動(dòng)擺臂的路面自適應(yīng)菱形月球車移動(dòng)系統(tǒng)具有路面自適應(yīng) 性，尤其是月球坑和爬坡的接地性更好。4、 本發(fā)明具有中間兩輪主動(dòng)擺臂的路面自適應(yīng)菱形月球車移動(dòng)系統(tǒng)，具有中間兩輪主動(dòng)擺臂和前后車架可鉸接也可固定的特點(diǎn)。同時(shí)，可以主動(dòng)調(diào)節(jié)中間兩輪懸臂來減少 崎嶇路面的側(cè)傾，同時(shí)在越障和越壕中可以通過左右擺臂和固定前后車架，大大提高其 通過能力。5、 本發(fā)明具有中間兩輪主動(dòng)擺臂的路面自適應(yīng)菱形月球車移動(dòng)系統(tǒng)通過前輪或后輪 的轉(zhuǎn)向可實(shí)現(xiàn)重心左右相對(duì)偏移，使得具有在坡面行駛或路面坍塌時(shí)的四轍穩(wěn)定性。


圖1是本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明中前懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖例說明1、前輪 2、后輪3、左輪 4、右輪5、前懸架系統(tǒng)6、后懸架系統(tǒng)7、左懸架系統(tǒng)8、右懸架系統(tǒng)9、車架10、轉(zhuǎn)向電機(jī)11、前車架12、后車架13、轉(zhuǎn)軸14、軸承座15、電磁制動(dòng)器16、轉(zhuǎn)向電機(jī)套筒17、軸承座18、鎖緊螺帽19、角接觸軸承20、連接臂21、擺臂電機(jī)具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖l、圖2、圖3所示，本發(fā)明的具有中間兩輪主動(dòng)擺臂的路面自適應(yīng)菱形月球車 移動(dòng)系統(tǒng)，它包括可轉(zhuǎn)動(dòng)的車架9以及安裝于車架9上菱形布置的前輪1、后輪2、左輪 3和右輪4,前輪1和后輪2分別通過前懸架系統(tǒng)5和后懸架系統(tǒng)6固定于車架9上，左 輪3和右輪4分別通過左懸架系統(tǒng)7和右懸架系統(tǒng)8固定于車架9上，前懸架系統(tǒng)5和 后懸架系統(tǒng)6均由連接機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)組成，左懸架系統(tǒng)7和右懸架系統(tǒng)8均由連接機(jī) 構(gòu)和擺臂機(jī)構(gòu)組成。車架9由前車架11、后車架12、轉(zhuǎn)軸13、軸承座14、電磁制動(dòng)器 15組成。后車架12跟轉(zhuǎn)軸13通過螺栓固連，軸承座14跟前車架11通過螺栓固連，電 磁制動(dòng)器15外圈安裝固定在軸承座上，其內(nèi)圈跟轉(zhuǎn)軸13通過鍵相連，轉(zhuǎn)軸13通過軸承 與軸承座14定位，在電磁制動(dòng)器15解鎖時(shí)后車架12可以通過轉(zhuǎn)軸13自由地繞前車架 11相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，在電磁制動(dòng)器15制動(dòng)時(shí)前車架12和后車架13相對(duì)鎖住。前后懸架的連接 機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)向電機(jī)套筒16、軸承座17、鎖緊螺帽18、角接觸軸承19、連接臂20組成，其 中轉(zhuǎn)向電機(jī)套筒16通過螺栓跟車架9固連，軸承座17通過螺釘跟轉(zhuǎn)向電機(jī)套筒16固連， 角接觸軸承19安裝在軸承座17內(nèi)，其外圈分別通過軸承座17和轉(zhuǎn)向電機(jī)套筒16定位， 內(nèi)圈中安裝連接臂20，連接臂20通過其自身的凸臺(tái)和鎖緊螺帽18跟角接觸軸承19內(nèi)圈 固定。連接臂20下端跟車輪軸通過銷釘固連。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向電機(jī)IO通過螺釘安裝在 轉(zhuǎn)向電機(jī)套筒16內(nèi)，其輸出軸跟連接臂20通過鍵連接。轉(zhuǎn)向時(shí)其動(dòng)力通過連接臂20傳 送到前后車輪上。由于前后車輪接地點(diǎn)與轉(zhuǎn)向電機(jī)10輸出軸軸心延長線不相交，所以在 轉(zhuǎn)向時(shí)前后車輪接地點(diǎn)是繞前后轉(zhuǎn)向電機(jī)IO輸出軸軸心轉(zhuǎn)動(dòng)的。轉(zhuǎn)向電機(jī)10自帶電磁 制動(dòng)器，通電轉(zhuǎn)向電機(jī)10轉(zhuǎn)動(dòng)，不通電時(shí)通過電磁制動(dòng)器制動(dòng)。搖臂電機(jī)21固定在前車架11的左右兩端上，其輸出法蘭與左懸架7或右懸架8通過螺栓固連。左右懸架可通 過搖臂電機(jī)21通電輸入脈沖從而擺動(dòng)，搖臂電機(jī)21自帶電磁制動(dòng)器，斷電時(shí)電磁制動(dòng) 器制動(dòng)。在普通粗糙路面行駛時(shí)，電磁制動(dòng)器15解鎖。直接驅(qū)動(dòng)四輪，轉(zhuǎn)向通過前輪l、后 輪2聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向。當(dāng)路面崎嶇不平時(shí)，電磁制動(dòng)器15解鎖，由于本發(fā)明車架9分為前車架11和后車 架12兩節(jié)，且兩節(jié)可繞轉(zhuǎn)軸13軸心相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，使得車輪有良好的接地性能，可以保持 車輪始終接地，這樣可以使得車的重力可以由四輪平均承載，還可以獲得更大的地面附 著力得以驅(qū)動(dòng)。在越障或是走陰陽路面時(shí)，可通過左右擺臂電機(jī)21主動(dòng)調(diào)整，以減少或消除車體的 側(cè)傾。當(dāng)遇到壕溝時(shí)，本發(fā)明越壕的具體過程如下1、當(dāng)檢測到前方有壕溝，停止四輪驅(qū) 動(dòng)，電磁制動(dòng)器15制動(dòng)，使前車架11平面和后車架12相對(duì)鎖住，左右臂擺為垂直位置， 然后將后輪2轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)至180度，使重心位于前輪l、左輪3、后輪2組成的三角形間。同 時(shí)將左輪搖臂7后擺一小角度，右輪搖臂8前擺一個(gè)相對(duì)比較大的角度，使得重心位于 左輪3、右輪4、后輪2組成的三角形間。2、驅(qū)動(dòng)四輪，前輪l先遇到壕溝，由于重心 位于后面三輪之內(nèi)，所以當(dāng)前輪l懸空時(shí)，車還是能平穩(wěn)的行使，這樣前輪l能平穩(wěn)的 越過壕溝。3、第二個(gè)到達(dá)壕溝的是前擺的右輪4，由于前輪l已到達(dá)對(duì)岸，重心又位于 前輪l、左輪3、后輪2組成的三角形內(nèi)，所以當(dāng)右輪4懸空時(shí)，車也一樣能平穩(wěn)行駛， 從而送右輪4安全越過壕溝。這時(shí)兩輪處于壕溝對(duì)岸，兩輪未過壕溝，但四輪都接地。4、 將右輪4解鎖，前后輪轉(zhuǎn)向至可以繞右輪4接地點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)重心將處于前輪l、 右輪4、后輪2接地點(diǎn)所組成的三角形內(nèi)，接下來驅(qū)動(dòng)另外三輪，車體將繞右輪4做圓周 運(yùn)動(dòng)，左輪3將到達(dá)壕溝，但由于重心位于右輪4、前輪l、后輪2三角形之內(nèi)，所以車 在左輪3懸空時(shí)仍然能平穩(wěn)行駛，左輪3在其懸空的同時(shí)前擺搖臂7，使其擺至與右輪擺 臂8平齊，當(dāng)左輪3越過壕溝時(shí)，停止驅(qū)動(dòng)。5、此時(shí)前左右輪都己越過壕溝，此時(shí)只有 后輪2未越過壕溝，但是處于接地狀態(tài)。將前后輪轉(zhuǎn)向至正常行駛角度。6、此時(shí)，左右 輪擺臂都是前擺，重心處于左輪3、右輪4、后輪2的三角形中，為了使重心相對(duì)前移， 將左右兩輪搖臂同時(shí)往后擺直至重心位于前面三輪接地點(diǎn)的三角之內(nèi)。7、驅(qū)動(dòng)四輪，由 于重心處于前部，后輪2懸于壕溝上時(shí)車仍然可以平穩(wěn)行駛。8、繼續(xù)驅(qū)動(dòng)四輪，后輪6 即可以安全越過壕溝。即完成了越壕動(dòng)作。當(dāng)車在斜坡上橫向行駛時(shí)，由于重力的原因，使得左輪3和右輪4中位于下邊的輪 子分擔(dān)的車輪重力要大于其余各輪，而上邊輪子分擔(dān)的重力要小于其他輪子。這樣重力 在各車輪上的分配不均勻，不能發(fā)揮電機(jī)的效率。由于轉(zhuǎn)向電機(jī)10軸線與地面交點(diǎn)與前 后輪接地點(diǎn)不重合，所以前后輪可以相對(duì)車架9改變布置方式。假設(shè)左輪3位于下部， 可以把后輪2轉(zhuǎn)向180度，從而使其接地點(diǎn)相對(duì)下移，這樣既可以減少左輪3分擔(dān)的重 力，又可以增加右輪4分擔(dān)的重力，于是使得各車輪分擔(dān)的重力盡可能的均衡，最大程 度上發(fā)揮驅(qū)動(dòng)電機(jī)的效率。當(dāng)車在一邊路面容易坍塌的路況行駛時(shí)，由于本發(fā)明前后輪可以通過轉(zhuǎn)向相對(duì)車架9 改變布置方式假如右邊路面容易坍塌，可以把后輪2轉(zhuǎn)向180度，從而使其接地點(diǎn)相對(duì) 右移，這樣使得原來的四輪三輒變?yōu)榱怂妮喫妮m，此時(shí)車的重心位于前輪l、后輪2、左 輪3各自接地點(diǎn)所組成的三角形中，這樣減輕了右輪4分擔(dān)的車的重力，從而較少了右 邊路面坍塌的可能性。即算是右邊路面坍塌，由于重心已經(jīng)相對(duì)左偏，所以車仍然能保 持平穩(wěn)行駛。當(dāng)車遇到不可逾越的障礙時(shí)，此車可以發(fā)揮其360度原地轉(zhuǎn)向的超強(qiáng)避障功能，原 地轉(zhuǎn)向時(shí)只需將前后輪轉(zhuǎn)向至各自輪軸線延長線通過車的重心，然后前輪1和后輪2差 速，左輪3和右輪4差速即可。
權(quán)利要求
1、一種具有中間兩輪主動(dòng)擺臂的路面自適應(yīng)菱形月球車移動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于它包括可轉(zhuǎn)動(dòng)的車架(9)以及安裝于車架(9)上呈菱形布置的前輪(1)、后輪(2)、左輪(3)和右輪(4)，所述前輪(1)和后輪(2)分別通過前懸架系統(tǒng)(5)和后懸架系統(tǒng)(6)固定于車架(9)上，左輪(3)和右輪(4)分別通過左懸架系統(tǒng)(7)和右懸架系統(tǒng)(8)固定于車架(9)上，所述前懸架系統(tǒng)(5)和后懸架系統(tǒng)(6)均由連接機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)組成，左懸架系統(tǒng)(5)和右懸架系統(tǒng)(6)均由連接結(jié)構(gòu)和擺臂電機(jī)(21)組成，所述車架(9)包括前車架(11)和后車架(12)，后車架(12)的一端設(shè)有轉(zhuǎn)軸(13)，后車架(12)通過轉(zhuǎn)軸(13)與前車架(11)鉸接，所述轉(zhuǎn)軸(13)與電磁制動(dòng)器(15)內(nèi)圈相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有中間兩輪主動(dòng)擺臂的路面自適應(yīng)菱形月球車移動(dòng)系統(tǒng)， 其特征在于所述前車架(11)上設(shè)有軸承座(14)，電磁制動(dòng)器(15)的外圈安裝在軸 承座(14)上，電磁制動(dòng)器(15)內(nèi)圈與轉(zhuǎn)軸(13)通過鍵相連。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有中間兩輪主動(dòng)擺臂的路面自適應(yīng)菱形月球車移動(dòng) 系統(tǒng)，其特征在于所述前懸架系統(tǒng)(5)和后懸架系統(tǒng)(6)中連接機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向電機(jī) 套筒(16)、軸承座(17)、角接觸軸承(19)、鎖緊螺帽(18)和連接臂(20)，所述連 接臂(20)與前輪(1)或后輪(2)固連，轉(zhuǎn)向電機(jī)套筒(16)與車架(9)固連，角接 觸軸承(19)安裝于軸承座(17)內(nèi)，軸承座(17)與轉(zhuǎn)向電機(jī)套筒(16)固連，連接 臂(20)通過鎖緊螺帽(18)與角接觸軸承(19)內(nèi)圈定位。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有中間兩輪主動(dòng)擺臂的路面自適應(yīng)菱形月球車移動(dòng)系統(tǒng)， 其特征在于所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向電機(jī)(IO)，轉(zhuǎn)向電機(jī)(10)固定于轉(zhuǎn)向電機(jī)套筒(16) 內(nèi)，轉(zhuǎn)向電機(jī)(10)的輸出軸通過鍵與連接臂(20)上端相接，轉(zhuǎn)向力矩通過連接臂(20) 輸送到前輪(1)或后輪(2)上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有中間兩輪主動(dòng)擺臂的路面自適應(yīng)菱形月球車移動(dòng)系統(tǒng)， 其特征在于所述前輪(1)或后輪(2)的接地點(diǎn)與轉(zhuǎn)向電機(jī)(10)輸出軸的軸心延長 線不相交。
全文摘要
一種具有中間兩輪主動(dòng)擺臂的路面自適應(yīng)菱形月球車移動(dòng)系統(tǒng)，它包括可轉(zhuǎn)動(dòng)的車架以及安裝于車架上呈菱形布置的前輪、后輪、左輪和右輪，所述前輪和后輪分別通過前懸架系統(tǒng)和后懸架系統(tǒng)固定于車架上，左輪和右輪分別通過左懸架系統(tǒng)和右懸架系統(tǒng)固定于車架上，所述前懸架系統(tǒng)和后懸架系統(tǒng)均由連接機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)組成，左懸架系統(tǒng)和右懸架系統(tǒng)均由連接結(jié)構(gòu)和擺臂電機(jī)組成，所述車架包括前車架和后車架，后車架的一端設(shè)有轉(zhuǎn)軸，后車架通過轉(zhuǎn)軸與前車架鉸接，所述轉(zhuǎn)軸與電磁制動(dòng)器相連。本發(fā)明采用四輪三軸菱形底盤的新型結(jié)構(gòu)，具有輕量化程度高、越野性能好、地形適應(yīng)能力強(qiáng)、車體姿態(tài)平穩(wěn)、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B62D61/10GK101249853SQ200810030899
公開日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2008年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月25日
發(fā)明者文桂林, 鐘志華 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)