專利名稱：被動搖臂式菱形四輪月球車移動系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型主要涉及到行走裝置的設(shè)計領(lǐng)域，特指一種被動擺臂式可變菱形四輪移 動系統(tǒng)，可適用于惡劣環(huán)境下的無人探測和礦石采集領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對于月面環(huán)境來說，月球車要求適應(yīng)不熟悉的地貌和多灰層、微重力等獨特的月球 表面行駛環(huán)境以及實現(xiàn)地月轉(zhuǎn)移，這對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，大家認為傳統(tǒng)的兩軸四輪機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、耗能低、負載 能力大、姿態(tài)調(diào)整方便的優(yōu)點，缺點是車體的穩(wěn)定性較差，爬坡和越障能力不強；六輪 機構(gòu)由于具有三軸特性，越野性和穩(wěn)定性較強的優(yōu)點，缺點是難以實現(xiàn)輕量化，重力在 各車輪上的分配不均勻，不能發(fā)揮電機的效率。考慮到月球上特殊的工況，人們普遍認 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)計提高其越野 性等行駛性能。
實用新型內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本實用新型要解決的問題就在于本實用新型提供 一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、耗能低、地形適應(yīng)能力強、越障性能好、車體姿態(tài)平穩(wěn)、可靠性高、 高輕量化的被動搖臂式菱形四輪月球車移動系統(tǒng)。
為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提出的解決方案為 一種被動搖臂式菱形四輪月 球車移動系統(tǒng)，其特征在于它包括可轉(zhuǎn)動的菱形車架以及安裝于車架上具有獨立驅(qū)動 系統(tǒng)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)均由連接機構(gòu)和轉(zhuǎn)向機構(gòu)組成。
所述車架包括安裝有前輪的前車架和安裝有后輪的后車架，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。
所述前車架上設(shè)有限位軸承座，后車架的轉(zhuǎn)軸兩端裝設(shè)有限位塊并通過軸承與限位軸承座定位。
所述轉(zhuǎn)軸的軸線跟左輪和右輪軸線的水平距離為U，轉(zhuǎn)軸的軸線跟前輪軸線的水平 距離為1>2， 2L尸L2。
所述前懸架系統(tǒng)和后懸架系統(tǒng)中連接機構(gòu)包括轉(zhuǎn)向電機套筒、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)向機構(gòu)包括轉(zhuǎn)向電機，轉(zhuǎn)向電機固定于轉(zhuǎn)向電機套筒內(nèi)，轉(zhuǎn)向電機的輸出軸 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與轉(zhuǎn)向電機輸出軸的軸心延長線不相交。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點就在于
1、 本實用新型被動搖臂式菱形四輪月球車移動系統(tǒng)的"三軸"確保良好的越野性能 和移動穩(wěn)定性；"四輪"確保比六輪系統(tǒng)更高程度的輕量化；"四輪菱形布置"保障了 鮮明的自主創(chuàng)新特點。
2、 本實用新型被動搖臂式菱形四輪月球車移動系統(tǒng)電機數(shù)最少，能耗低，控制最簡 單，驅(qū)動和轉(zhuǎn)向的可靠性更高.
3、 本實用新型被動搖臂式菱形四輪月球車移動系統(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。同時還可以實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，能夠?qū)崿F(xiàn)隨時避障，顯著提高月球車的適應(yīng)性。
4、 本實用新型被動搖臂式菱形四輪月球車移動系統(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；
5、 本實用新型被動搖臂式菱形四輪月球車移動系統(tǒng)通過前輪或后輪的轉(zhuǎn)向可實現(xiàn)重 心左右相對偏移，使得具有在坡面行駛或路面坍塌時的四轍穩(wěn)定性。
圖1是本實用新型的立體結(jié)構(gòu)示意圖2是本實用新型的俯視結(jié)構(gòu)示意圖3是本實用新型的后視結(jié)構(gòu)示意圖4是本實用新型的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖5是本實用新型中車架的俯視結(jié)構(gòu)示意圖6是本實用新型中車架的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖圖7是本實用新型中前懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖; 圖8是本實用新型在惡劣工況下行駛示意圖； 圖9是本實用新型在斜坡上橫向行駛示意圖； 圖IO是本實用新型在坍塌路面行駛示意圖； 圖11本實用新型在原地轉(zhuǎn)向的示意圖。 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
11、前車架12、后車架
13、轉(zhuǎn)軸14、限位軸承座
15、限位塊16、轉(zhuǎn)向電機套筒
17、軸承座18、緊固螺帽
19、角接觸軸承20、連接臂
具體實施方式
以下將結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細說明。
如圖l、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6和圖7所示，本實用新型的被動搖臂式菱形四 輪月球車移動系統(tǒng)，它包括可轉(zhuǎn)動的菱形車架9以及安裝于車架9上具有獨立驅(qū)動系統(tǒng) 的前輪l、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)9固定于車 架9上，前懸架系統(tǒng)5和后懸架系統(tǒng)6均由連接機構(gòu)和轉(zhuǎn)向機構(gòu)組成，左懸架系統(tǒng)7和 右懸架系統(tǒng)8只作連接機構(gòu)。車架9由前車架11、后車架12、轉(zhuǎn)軸13、限位軸承座14、 限位塊15組成。后車架12跟轉(zhuǎn)軸13通過螺栓固連，限位軸承座14跟前車架11通過螺 栓固連，限位塊15跟轉(zhuǎn)軸13兩端固連，轉(zhuǎn)軸13通過軸承與限位軸承座14定位，后車 架12可以通過轉(zhuǎn)軸13繞前車架11相對轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動角度范圍由限位塊15和限位軸承座 14之間的空隙決定。前后懸架由轉(zhuǎn)向電機套筒16、軸承座17、緊固螺帽18、角接觸軸 承19、連接臂20組成，其中轉(zhuǎn)向電機套筒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)向電機10 通過螺釘安裝在轉(zhuǎn)向電機套筒16內(nèi)，其輸出軸跟連接臂20通過鍵連接。轉(zhuǎn)向時其動力 通過連接臂20傳送到前后車輪上。由于前后車輪接地點與轉(zhuǎn)向電機10輸出軸軸心延長 線不相交，所以在轉(zhuǎn)向時前后車輪接地點是繞前后轉(zhuǎn)向電機10輸出軸軸心轉(zhuǎn)動的。轉(zhuǎn)向 電機10自帶暴剎裝置，通電轉(zhuǎn)向電機轉(zhuǎn)動，不通電時通過暴剎固定。在較佳實施例中， 轉(zhuǎn)軸13的軸線跟左輪3和右輪4軸線的水平距離為"，轉(zhuǎn)軸13的軸線跟前輪1軸線的 水平距離為L2， 2L尸L2。
在普通粗糙路面行駛時，直接驅(qū)動四輪，轉(zhuǎn)向通過前輪l、后輪2聯(lián)動轉(zhuǎn)向。
當遇到比較惡劣的工況時，如圖8所示，由于本實用新型車架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軸心相對轉(zhuǎn)動，這樣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，如圖8所示。
當車在斜坡上橫向行駛時，如圖9所示，圖中虛線表示各車輪接地點沿行駛方向的 位置。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的車輪重力要大于 其余各輪，而上邊輪子分擔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)揮電機的效率。由于轉(zhuǎn)向電機10軸線與地面交點與前后輪接地點不重合，所以前 后輪可以相對車架9改變布置方式。以圖9舉例，可以把后輪2轉(zhuǎn)向180度，從而使其 接地點相對下移，這樣既可以減少左輪3分擔的重力，又可以增加右輪4分擔的重力， 于是使得各車輪分擔的重力盡可能的均衡，最大程度上發(fā)揮驅(qū)動電機的效率。
當車在一邊路面容易坍塌的路況行駛時，如圖10所示，圖中虛線表示各車輪接地點 沿行駛方向的位置，其陰影部分表示易坍塌的路面。由于本實用新型前后輪可以通過轉(zhuǎn) 向相對車架9改變布置方式。以圖10所示舉例，右邊路面容易對塌，我們可以把后輪2 轉(zhuǎn)向180度，從而使其接地點相對右移，這樣使得原來的四輪三輒變?yōu)榱怂妮喫妮m，此 時車的重心位于前輪l、后輪2、左輪3各自接地點所組成的三角形中，這樣減輕了右輪 4分擔的車的重力，從而較少了右邊路面坍塌的可能性。即算是右邊路面對塌，由于重心 已經(jīng)相對左偏，所以車仍然能保持平穩(wěn)行駛。
當車遇到不可逾越的障礙時，此車可以發(fā)揮其360度原地轉(zhuǎn)向的超強避障功能，原 地轉(zhuǎn)向時只需將前后輪轉(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輪差速即可，如圖11所示。
權(quán)利要求1、一種被動搖臂式菱形四輪月球車移動系統(tǒng)，其特征在于它包括可轉(zhuǎn)動的菱形車架(9)以及安裝于車架(9)上具有獨立驅(qū)動系統(tǒng)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)均由連接機構(gòu)和轉(zhuǎn)向機構(gòu)組成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的被動搖臂式菱形四輪月球車移動系統(tǒng)，其特征在于所述 車架(9)包括安裝有前輪(1)的前車架(11)和安裝有后輪的后車架(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。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的被動搖臂式菱形四輪月球車移動系統(tǒng)，其特征在于所述 前車架(11)上設(shè)有限位軸承座(14)，后車架(12)的轉(zhuǎn)軸(13)兩端裝設(shè)有限位塊(15) 并通過軸承與限位軸承座(14)定位。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的被動搖臂式菱形四輪月球車移動系統(tǒng)，其特征在于所述 轉(zhuǎn)軸(13)的軸線跟左輪(3)和右輪(4)軸線的水平距離為L!，轉(zhuǎn)軸(13)的軸線跟 前輪(1)軸線的水平距離為L2， 2L產(chǎn)L2。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的被動搖臂式菱形四輪月球車移動系統(tǒng)，其特 征在于所述前懸架系統(tǒng)(5)和后懸架系統(tǒng)(6)中連接機構(gòu)包括轉(zhuǎn)向電機套筒(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。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的被動搖臂式菱形四輪月球車移動系統(tǒng)，其特征在于所述 轉(zhuǎn)向機構(gòu)包括轉(zhuǎn)向電機(10)，轉(zhuǎn)向電機(10)固定于轉(zhuǎn)向電機套筒(16)內(nèi)，轉(zhuǎn)向電機(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。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的被動搖臂式菱形四輪月球車移動系統(tǒng)，其特征在于所述 前輪(1)或后輪(2)的接地點與轉(zhuǎn)向電機(10)輸出軸的軸心延長線不相交。
專利摘要本實用新型公開了一種被動搖臂式菱形四輪月球車移動系統(tǒng)，它包括可轉(zhuǎn)動的菱形車架以及安裝于車架上具有獨立驅(qū)動系統(tǒng)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)均由連接機構(gòu)和轉(zhuǎn)向機構(gòu)組成。本實用新型采用四輪三軸菱形底盤的新型結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、輕量化程度高、耗能低、負載能力大、越野性能好、姿態(tài)調(diào)整方便、地形適應(yīng)能力強、車體姿態(tài)平穩(wěn)、可靠性高的優(yōu)點。
文檔編號B62D61/00GK201161536SQ200820052138
公開日2008年12月10日 申請日期2008年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月21日
發(fā)明者文桂林, 楊興發(fā), 勇 肖, 鐘志華, 馬傳帥 申請人:湖南大學