专利名称：具有中间两轮主动摆臂的路面自适应菱形月球车移动系统的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及到行走装置的设计领域，特指一种具有中间两轮主动摆臂的路面自 适应菱形月球车移动系统，可适用于恶劣环境下的无人探测和矿石采集领域。
技术背景对于月面环境来说，月球车要求适应不熟悉的地貌和多灰层、微重力等独特的月球 表面行驶环境以及实现地月转移，这对车辆的轻量化和行驶性能有着特殊的要求。从目 前国内研究月球车情况看，大家认为传统的两轴四轮机构具有结构紧凑、耗能低、负载 能力大、姿态调整方便的优点，缺点是车体的稳定性较差，爬坡和越障能力不强；六轮 机构由于具有三轴特性，越野性和稳定性较强的优点，缺点是难以实现轻量化，重力在 各车轮上的分配不均匀，不能发挥电机的效率。考虑到月球上特殊的工况，人们普遍认 为轮式月球车中六轮是最优的，而传统的四轮车尽管比六轮结构更简单、可靠，但由于 不具备好的越野性而不在选择范围之内。若要发挥四轮车的结构简单易于轻量化和可靠 性强的优势，又要使其拥有优越的越野性能，就必须通过新概念的创新设计提高其越野 性等行驶性能。 发明内容针对现有技术存在的技术问题，本发明要解决的问题就在于提供一种地形适应能 力强、越障性能好、车体姿态平稳、可靠性高、高轻量化的具有中间两轮主动摆臂的路 面自适应菱形月球车移动系统。为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为 一种具有中间两轮主动摆臂的路 面自适应菱形月球车移动系统，其特征在于它包括可转动的车架以及安装于车架上呈 菱形布置的前轮、后轮、左轮和右轮，所述前轮和后轮分别通过前悬架系统和后悬架系 统固定于车架上，左轮和右轮分别通过左悬架系统和右悬架系统固定于车架上，所述前 悬架系统和后悬架系统均由连接机构和转向机构组成，左悬架系统和右悬架系统均由连 接结构和摆臂电机组成，所述车架包括前车架和后车架，后车架的一端设有转轴，后车 架通过转轴与前车架铰接，所述转轴与电磁制动器相连。所述前车架上设有轴承座，电磁制动器外圈通过轴承座固定，电磁制动器内圈与转轴通过键相连。所述前悬架系统和后悬架系统中连接机构包括转向电机套筒、轴承座、角接触轴承、 锁紧螺帽和连接臂，所述连接臂与前轮或后轮固连，转向电机套筒与车架固连，角接触 轴承安装于轴承座内，轴承座与转向电机套筒固连，连接臂通过锁紧螺帽与角接触轴承 内圈定位。所述转向机构包括转向电机，转向电机固定于转向电机套筒内，转向电机的输出轴 通过键与连接臂上端相接，转向力矩通过连接臂输送到前轮或后轮上。 所述前轮或后轮的接地点与转向电机输出轴的轴心延长线不相交。 与现有技术相比，本发明的优点就在于1、 本发明具有中间两轮主动摆臂的路面自适应菱形月球车移动系统的"三轴"确 保良好的越野性能和移动稳定性；"四轮"确保比六轮系统更高程度的轻量化。2、 本发明具有中间两轮主动摆臂的路面自适应菱形月球车移动系统采用菱形底盘结 构，在同样的转向角度下，通过前后轮联动转向，可以显著减小月球车的转向半径，提 高月球车的转向灵活性。同时还可以实现原地转向，能够实现随时避障，显著提高月球 车的适应性。3、 本发明具有中间两轮主动摆臂的路面自适应菱形月球车移动系统具有路面自适应 性，尤其是月球坑和爬坡的接地性更好。4、 本发明具有中间两轮主动摆臂的路面自适应菱形月球车移动系统，具有中间两轮主动摆臂和前后车架可铰接也可固定的特点。同时，可以主动调节中间两轮悬臂来减少 崎岖路面的侧倾，同时在越障和越壕中可以通过左右摆臂和固定前后车架，大大提高其 通过能力。5、 本发明具有中间两轮主动摆臂的路面自适应菱形月球车移动系统通过前轮或后轮 的转向可实现重心左右相对偏移，使得具有在坡面行驶或路面坍塌时的四辙稳定性。
图1是本发明的三维结构示意图；图2是本发明的侧视结构示意图；图3是本发明中前悬架系统的结构示意图。图例说明1、前轮 2、后轮3、左轮 4、右轮5、前悬架系统6、后悬架系统7、左悬架系统8、右悬架系统9、车架10、转向电机11、前车架12、后车架13、转轴14、轴承座15、电磁制动器16、转向电机套筒17、轴承座18、锁紧螺帽19、角接触轴承20、连接臂21、摆臂电机具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。如图l、图2、图3所示，本发明的具有中间两轮主动摆臂的路面自适应菱形月球车 移动系统，它包括可转动的车架9以及安装于车架9上菱形布置的前轮1、后轮2、左轮 3和右轮4,前轮1和后轮2分别通过前悬架系统5和后悬架系统6固定于车架9上，左 轮3和右轮4分别通过左悬架系统7和右悬架系统8固定于车架9上，前悬架系统5和 后悬架系统6均由连接机构和转向机构组成，左悬架系统7和右悬架系统8均由连接机 构和摆臂机构组成。车架9由前车架11、后车架12、转轴13、轴承座14、电磁制动器 15组成。后车架12跟转轴13通过螺栓固连，轴承座14跟前车架11通过螺栓固连，电 磁制动器15外圈安装固定在轴承座上，其内圈跟转轴13通过键相连，转轴13通过轴承 与轴承座14定位，在电磁制动器15解锁时后车架12可以通过转轴13自由地绕前车架 11相对转动，在电磁制动器15制动时前车架12和后车架13相对锁住。前后悬架的连接 机构由转向电机套筒16、轴承座17、锁紧螺帽18、角接触轴承19、连接臂20组成，其 中转向电机套筒16通过螺栓跟车架9固连，轴承座17通过螺钉跟转向电机套筒16固连， 角接触轴承19安装在轴承座17内，其外圈分别通过轴承座17和转向电机套筒16定位， 内圈中安装连接臂20，连接臂20通过其自身的凸台和锁紧螺帽18跟角接触轴承19内圈 固定。连接臂20下端跟车轮轴通过销钉固连。转向机构的转向电机IO通过螺钉安装在 转向电机套筒16内，其输出轴跟连接臂20通过键连接。转向时其动力通过连接臂20传 送到前后车轮上。由于前后车轮接地点与转向电机10输出轴轴心延长线不相交，所以在 转向时前后车轮接地点是绕前后转向电机IO输出轴轴心转动的。转向电机10自带电磁 制动器，通电转向电机10转动，不通电时通过电磁制动器制动。摇臂电机21固定在前车架11的左右两端上，其输出法兰与左悬架7或右悬架8通过螺栓固连。左右悬架可通 过摇臂电机21通电输入脉冲从而摆动，摇臂电机21自带电磁制动器，断电时电磁制动 器制动。在普通粗糙路面行驶时，电磁制动器15解锁。直接驱动四轮，转向通过前轮l、后 轮2联动转向。当路面崎岖不平时，电磁制动器15解锁，由于本发明车架9分为前车架11和后车 架12两节，且两节可绕转轴13轴心相对转动，使得车轮有良好的接地性能，可以保持 车轮始终接地，这样可以使得车的重力可以由四轮平均承载，还可以获得更大的地面附 着力得以驱动。在越障或是走阴阳路面时，可通过左右摆臂电机21主动调整，以减少或消除车体的 侧倾。当遇到壕沟时，本发明越壕的具体过程如下1、当检测到前方有壕沟，停止四轮驱 动，电磁制动器15制动，使前车架11平面和后车架12相对锁住，左右臂摆为垂直位置， 然后将后轮2转向转至180度，使重心位于前轮l、左轮3、后轮2组成的三角形间。同 时将左轮摇臂7后摆一小角度，右轮摇臂8前摆一个相对比较大的角度，使得重心位于 左轮3、右轮4、后轮2组成的三角形间。2、驱动四轮，前轮l先遇到壕沟，由于重心 位于后面三轮之内，所以当前轮l悬空时，车还是能平稳的行使，这样前轮l能平稳的 越过壕沟。3、第二个到达壕沟的是前摆的右轮4，由于前轮l已到达对岸，重心又位于 前轮l、左轮3、后轮2组成的三角形内，所以当右轮4悬空时，车也一样能平稳行驶， 从而送右轮4安全越过壕沟。这时两轮处于壕沟对岸，两轮未过壕沟，但四轮都接地。4、 将右轮4解锁，前后轮转向至可以绕右轮4接地点做圆周运动，此时重心将处于前轮l、 右轮4、后轮2接地点所组成的三角形内，接下来驱动另外三轮，车体将绕右轮4做圆周 运动，左轮3将到达壕沟，但由于重心位于右轮4、前轮l、后轮2三角形之内，所以车 在左轮3悬空时仍然能平稳行驶，左轮3在其悬空的同时前摆摇臂7，使其摆至与右轮摆 臂8平齐，当左轮3越过壕沟时，停止驱动。5、此时前左右轮都己越过壕沟，此时只有 后轮2未越过壕沟，但是处于接地状态。将前后轮转向至正常行驶角度。6、此时，左右 轮摆臂都是前摆，重心处于左轮3、右轮4、后轮2的三角形中，为了使重心相对前移， 将左右两轮摇臂同时往后摆直至重心位于前面三轮接地点的三角之内。7、驱动四轮，由 于重心处于前部，后轮2悬于壕沟上时车仍然可以平稳行驶。8、继续驱动四轮，后轮6 即可以安全越过壕沟。即完成了越壕动作。当车在斜坡上横向行驶时，由于重力的原因，使得左轮3和右轮4中位于下边的轮 子分担的车轮重力要大于其余各轮，而上边轮子分担的重力要小于其他轮子。这样重力 在各车轮上的分配不均匀，不能发挥电机的效率。由于转向电机10轴线与地面交点与前 后轮接地点不重合，所以前后轮可以相对车架9改变布置方式。假设左轮3位于下部， 可以把后轮2转向180度，从而使其接地点相对下移，这样既可以减少左轮3分担的重 力，又可以增加右轮4分担的重力，于是使得各车轮分担的重力尽可能的均衡，最大程 度上发挥驱动电机的效率。当车在一边路面容易坍塌的路况行驶时，由于本发明前后轮可以通过转向相对车架9 改变布置方式假如右边路面容易坍塌，可以把后轮2转向180度，从而使其接地点相对 右移，这样使得原来的四轮三辄变为了四轮四辄，此时车的重心位于前轮l、后轮2、左 轮3各自接地点所组成的三角形中，这样减轻了右轮4分担的车的重力，从而较少了右 边路面坍塌的可能性。即算是右边路面坍塌，由于重心已经相对左偏，所以车仍然能保 持平稳行驶。当车遇到不可逾越的障碍时，此车可以发挥其360度原地转向的超强避障功能，原 地转向时只需将前后轮转向至各自轮轴线延长线通过车的重心，然后前轮1和后轮2差 速，左轮3和右轮4差速即可。
权利要求
1、一种具有中间两轮主动摆臂的路面自适应菱形月球车移动系统，其特征在于它包括可转动的车架(9)以及安装于车架(9)上呈菱形布置的前轮(1)、后轮(2)、左轮(3)和右轮(4)，所述前轮(1)和后轮(2)分别通过前悬架系统(5)和后悬架系统(6)固定于车架(9)上，左轮(3)和右轮(4)分别通过左悬架系统(7)和右悬架系统(8)固定于车架(9)上，所述前悬架系统(5)和后悬架系统(6)均由连接机构和转向机构组成，左悬架系统(5)和右悬架系统(6)均由连接结构和摆臂电机(21)组成，所述车架(9)包括前车架(11)和后车架(12)，后车架(12)的一端设有转轴(13)，后车架(12)通过转轴(13)与前车架(11)铰接，所述转轴(13)与电磁制动器(15)内圈相连。
2、 根据权利要求1所述的具有中间两轮主动摆臂的路面自适应菱形月球车移动系统， 其特征在于所述前车架(11)上设有轴承座(14)，电磁制动器(15)的外圈安装在轴 承座(14)上，电磁制动器(15)内圈与转轴(13)通过键相连。
3、 根据权利要求1或2所述的具有中间两轮主动摆臂的路面自适应菱形月球车移动 系统，其特征在于所述前悬架系统(5)和后悬架系统(6)中连接机构包括转向电机 套筒(16)、轴承座(17)、角接触轴承(19)、锁紧螺帽(18)和连接臂(20)，所述连 接臂(20)与前轮(1)或后轮(2)固连，转向电机套筒(16)与车架(9)固连，角接 触轴承(19)安装于轴承座(17)内，轴承座(17)与转向电机套筒(16)固连，连接 臂(20)通过锁紧螺帽(18)与角接触轴承(19)内圈定位。
4、 根据权利要求3所述的具有中间两轮主动摆臂的路面自适应菱形月球车移动系统， 其特征在于所述转向机构包括转向电机(IO)，转向电机(10)固定于转向电机套筒(16) 内，转向电机(10)的输出轴通过键与连接臂(20)上端相接，转向力矩通过连接臂(20) 输送到前轮(1)或后轮(2)上。
5、 根据权利要求4所述的具有中间两轮主动摆臂的路面自适应菱形月球车移动系统， 其特征在于所述前轮(1)或后轮(2)的接地点与转向电机(10)输出轴的轴心延长 线不相交。
全文摘要
一种具有中间两轮主动摆臂的路面自适应菱形月球车移动系统，它包括可转动的车架以及安装于车架上呈菱形布置的前轮、后轮、左轮和右轮，所述前轮和后轮分别通过前悬架系统和后悬架系统固定于车架上，左轮和右轮分别通过左悬架系统和右悬架系统固定于车架上，所述前悬架系统和后悬架系统均由连接机构和转向机构组成，左悬架系统和右悬架系统均由连接结构和摆臂电机组成，所述车架包括前车架和后车架，后车架的一端设有转轴，后车架通过转轴与前车架铰接，所述转轴与电磁制动器相连。本发明采用四轮三轴菱形底盘的新型结构，具有轻量化程度高、越野性能好、地形适应能力强、车体姿态平稳、可靠性高的优点。
文档编号B62D61/10GK101249853SQ200810030899
公开日2008年8月27日 申请日期2008年3月25日 优先权日2008年3月25日
发明者文桂林, 钟志华 申请人:湖南大学