双子星八轮月球车的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种双子星月球车，包括“双子星”车体结构及协调控制系统、驱动系统、转向系统、八轮臂协调垂直伸缩运动系统、摄像与红外温湿度探测系统、远程监控及控制系统、混合能源供给系统。控制系统稳定性及可操作性强、能量利用率高、动力强大、机动灵活性强、环保节能、双重行走系统。其各种独特机构及控制系统，提高了车的适应能力，可作为月球车行走系统;由于其具备优越的灵活性，强大的驱动力，亦能适应沙漠环境；“双子星”车体结构可在一定空间内调整相对位置，在很大程度上提高了车体的灵活性，可应用于专用重量级运输车。
【专利说明】双子星八轮月球车
【技术领域】
[0001]本发明涉及探月器械领域，特别是一种具备强大的驱动力、优越的越障爬坡性能、平稳运动功能及很强的通过性能的双子星八轮月球车。
【背景技术】
[0002]月球车(亦称“月球探测远程控制机器人”)是在月球表面行驶并对月球考察和收集分析样品的专用车辆。
[0003]为了使月球车在月面上能够顺利行驶，美国、前苏联曾发射了一系列的卫星探测，并对月面环境进行了反复的科学实验，为在探测器上携带月球车的成功打下了可靠的基础。科学家对经由月球车月面的实地考察所带回的宝贵资料进行了分析研究，大大深化了人类对月球的认识。1970年11月17日，苏联发射的“月球”17号探测器把世界上第一台无人驾驶的月球车——“月球车”1号送上月球。此车约重1.8吨，在月面上行驶了 10.5公里，考察了 8万平方米的月面。此后苏联送上月球的“月球车”2号行驶了 37公里，并向地球发回了 88幅月面全景图。1971年9月30日，美国“阿波罗” 15号飞船登上月球，两名宇航员驾驶月球车行驶了 27.9公里；“阿波罗” 16号、17号携带的月球车，分别在月面上行驶了 27公里和35公里，并利用月球车上的彩色摄像机和传输设备，向地球实时地发回宇航员在月面上活动的情景及离开月球返回环月轨道时登月舱上升级发动机喷气的景象。
[0004]目前各国相继开始增强空间技术的投资力度，努力争取在不久的未来在外太空占有自己的一席之地，美国的空间技术一直处于世界前列，2008年6月，为了尽快重返月球，美国宇航局推出了首辆月球车样品，名为“战车”(Chariot)。“战车”从开始研发到完工只花了一年时间，有12个轮子，由2个电动马达驱动，可两级变速。欧洲航天局也在不断加强对月球车研制技术的深入。
[0005]我国的嫦娥工程已经启动，月球车在空间探索中起着重要作用。国内已有近20所高校及相关科研院所对我国月球车进行了研究，有些已经取得了一定的成果，但是此前所设计的月球车基本都是在传统月球车的基础上进行了一定的改进，但并没有打破传统的设计模式，以致无法突破技术壁垒，在实际运用过程中出现很多问题。例如某月球车在陷入月球撞击坑时失去联系，导致一次探月行动的重大损失。针对以上问题，本发明提供了一种双子星八轮月球车，“双子星”车体结构及协调控制系统，在遇到障碍时可通过计算机监测并调整运行路线实现避障及相互救助。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是:针对目前月球车存在的问题，提供一种双子星八轮月球车，打破了传统汽车和越野车的设计模式，针对月球表面复杂环境而设计各种独特机构和控制系统，具备强大的驱动力、优越的越障爬坡性能、平稳运动功能及很强的通过性倉泛。
[0007]本发明所采用的技术方案是:一种双子星八轮月球车，包括“双子星”车体结构及协调控制系统、驱动系统、转向系统、八轮臂协调垂直伸缩运动系统、摄像与红外温湿度探测系统、远程监控及控制系统、混合能源供给系统。“双子星”车体结构及协调控制系统包括车体、球铰链、轴承、液压连杆；驱动系统包括驱动电机、车轮、主动齿轮、从动齿轮、车轮支架、支轴；八轮臂协调垂直伸缩运动系统包括连接架和液压缸；远程监控及控制系统包括传感器部分、双车体、操作控制台；摄像与红外温湿度探测系统包括两个CMU 2+摄像头、视觉传感器、温湿度传感器、温湿度探头、遥控接收收器、发射器、驱动电路；混合能源供给系统包括太阳能电池板和充放电锂电池。
[0008]机器人采用双车体结构，车体主要用于固定其他系统，球铰链通过轴承安装在车体上，液压连杆通过连接杆固定在球铰链的末端，两个液压连杆通过中间的连接块将两个车体连接在一起。两节车体可以在一定空间范围内自由运动，实时调整相对位置，在遇到障碍时通过将传感器所获得信息经无线传输至主控PC机，主控PC机使用图像识别和分析技术获得对象物体的形状和位置信息，在人工指明目标物后，主控PC机经人工智能(模式识另Ij、路径规划、轨迹避碰等)计算；将控制指令通过无线传输给车体嵌入式控制计算机，自动控制车体运动，可实施相互救助。另外，可以根据实验的需要增加相应的车厢，犹如火车的车厢挂接，由于每节车厢的驱动系统是相对独立的单元，即使其中某个车厢动力发生问题，也不会影响整个车体的正常运行。
[0009]八轮臂协调垂直伸缩液压缸通过安装架固定在车体上，通过轮臂自动伸缩调节车体高度，达到了间接调节底盘的目的，在一定范围内可保持车体的水平，实现减震功能；该系统亦能保证每个轮子在凸起或凹陷的环境条件下做仿形运动，实现了主动控制，提高了车对月面的适应性能，即整车通过性能。
[0010]独立转向装置固定在垂直伸缩液压缸的底端，每个轮子都可独立任何角度转向，亦可整体协调一致转向，实现了车体的零转弯半径转弯，很大程度上提高了月球车的转向运动灵活性及整体运动灵活性。
[0011]支轴安装在转向装置的下端，车轮支架固定在支轴的下面，电机固定在车轮支架上，通过电机带动主动齿轮，主动齿轮和从动齿轮啮合，进而带动车轮运动。本发明精简传统汽车复杂的传动机构，直接由电动机输入动力，采用动力轮独立驱动机构进行传动，每个轮子都有一个驱动电机驱动，电动机经过减速器直接将动力传送到轮上，可大大提高车速及马力，减少了复杂传动机构的能量损失，从而提高了能量利用效率，从而充分地利用了能源，并且解决了传统电动汽车速度偏慢的问题。CMU 2+摄像头安装在车体上，并通车体内部的转向机构可以保证在360度内转动，视觉传感器、温湿度传感器、温湿度探头、遥控接收收器、发射器、驱动电路都安装在车体内部。能够能够跟踪和监视高对比度的区域，运动监测，颜色识别以及检测，跟踪。同时还能输出不同的视频格式到计算机进行额外的图像处理。
[0012]控制系统的传感器和各模块安装在车体内部，传感器部分包含宽接入、多信息融合器。宽接入、多信息融合基于ARM9系统，由12位精度以上A/D、32路I/O、RS232通讯接口组成，能融合多种传感器信号；双车体包含嵌入式控制计算机和各关节伺服电机，能驱动各轴，分配各轴运动，处理和控制各种状态量；操作控制台部分包含主控PC机、指令解码器、图像解码器、无线接收发射器等。CCD摄像机和超声波传感器所获得的图像信息、障碍物信息，经无线传输至主控PC机。在人工指明目标物后，主控PC机将控制指令通过无线传输给双车体嵌入式控制计算机，自动控制双车体协调运动。
[0013]太阳能电池板通过转轴和旋转机构安装在车体上面，锂电池位于车体内部。电池板的伸展方向始终与太阳光直射方向保持垂直，保证最大的光照面积，有太阳能自动追踪系统控制；在白天可有效补充能量，超容量锂电池可间断的充电放电，提供充足的能量供给。并且不产生任何废弃物，体现了太空环保的理念。
[0014]本月球车采用六自由度机械臂，适用可作为月球车行走工具，亦可为月球车排除障碍物、开辟道路，增强了月球车对复杂环境的适应能力。另外，双连杆柔性机械臂通过计算机控制实施采样工作，故还可作为采样工具使用。
[0015]本发明所具有的技术优势是:控制系统稳定性及可操作性强、能量利用率高、动力强大、机动灵活性强、环保节能、双重行走系统。其各种独特机构及控制系统，提高了车的适应能力，可作为月球车行走系统；由于其具备优越的灵活性，强大的驱动力，亦能适应沙漠环境；独立驱动与独立转向系统具有很大的研发前景，其应用于电动汽车可有效提高速度的限制双子星”车体结构可在一定空间内调整相对位置，在很大程度上提高了车体的灵活性，可应用于专用重量级运输车。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是月球车结构图
其中:1.安装架2.垂直伸缩液压缸3.独立转向机构4.支轴5.驱动电机6.车轮支架7.车轮8.从动齿轮9.主动齿轮10.车体11.球铰链12.摄像头支架13.摄像头14.太阳能电池板15.转轴16.旋转机构17.液压连杆连接块18.液压连杆19.连接块
【具体实施方式】
[0017]如图所示，本发明包括“双子星”车体结构及协调控制系统、驱动系统、转向系统、八轮臂协调垂直伸缩运动系统、摄像与红外温湿度探测系统、远程监控及控制系统、混合能源供给系统。“双子星”车体结构及协调控制系统包括车体、球铰链、轴承、液压连杆；驱动系统包括驱动电机、车轮、主动齿轮、从动齿轮、车轮支架、支轴；八轮臂协调垂直伸缩运动系统包括连接架和液压缸；远程监控及控制系统包括传感器部分、双车体、操作控制台；摄像与红外温湿度探测系统包括两个CMU 2+摄像头、视觉传感器、温湿度传感器、温湿度探头、遥控接收收器、发射器、驱动电路；混合能源供给系统包括太阳能电池板和充放电锂电池。
[0018]机器人采用双车体结构，车体10主要用于固定其他系统，球铰链11通过轴承安装在车体10上，液压连杆18通过连接杆19固定在球铰链11的末端，两个液压连杆18通过中间的连接块19将两个车体10连接在一起。
[0019]八轮臂协调垂直伸缩液压缸2通过安装架I固定在车体10上，通过轮臂自动伸缩调节车体高度，达到了间接调节底盘的目的，在一定范围内可保持车体的水平，实现减震功能；该系统亦能保证每个轮子在凸起或凹陷的环境条件下做仿形运动，实现了主动控制，提高了车对月面的适应性能，即整车通过性能。
[0020]独立转向装置3固定在垂直伸缩液压缸的底端，每个轮子都可独立任何角度转向，亦可整体协调一致转向，实现了车体的零转弯半径转弯，很大程度上提高了月球车的转向运动灵活性及整体运动灵活性。[0021]支轴4安装在转向装置3的下端，车轮支架6固定在支轴4的下面，电机5固定在车轮支架6上，通过电机5带动主动齿轮9，主动齿轮9和从动齿轮8啮合，进而带动车轮7运动。
[0022]CMU 2+摄像头13通过安装架12安装在车体10上，并通车体内部的转向机构可以保证在360度内转动，视觉传感器、温湿度传感器、温湿度探头、遥控接收收器、发射器、驱动电路都安装在车体10内部。
[0023]控制系统的传感器和各模块安装在车体10内部。
[0024]太阳能电池板14通过转轴15和旋转机构16安装在车体10上面，锂电池位于车体10内部。电池板的伸展方向始终与太阳光直射方向保持垂直，保证最大的光照面积，有太阳能自动追踪系统控制；在白天可有效补充能量，超容量锂电池可间断的充电放电，提供充足的能量供给。并且不产生任何废弃物，体现了太空环保的理念。
[0025]
该月球车可为月球车行走系统、未来电动汽车、专用重量级运输车、电动沙漠车的发展方向提供了一种崭新的思路，存在广阔的开发前景。
【权利要求】
1.一种双子星月球车，包括“双子星”车体结构及协调控制系统、驱动系统、转向系统、八轮臂协调垂直伸缩运动系统、摄像与红外温湿度探测系统、远程监控及控制系统、混合能源供给系统；“双子星”车体结构及协调控制系统包括车体、球铰链、轴承、液压连杆；驱动系统包括驱动电机、车轮、主动齿轮、从动齿轮、车轮支架、支轴；八轮臂协调垂直伸缩运动系统包括连接架和液压缸；远程监控及控制系统包括传感器部分、双车体、操作控制台；摄像与红外温湿度探测系统包括两个CMU 2+摄像头、视觉传感器、温湿度传感器、温湿度探头、遥控接收收器、发射器、驱动电路；混合能源供给系统包括太阳能电池板和充放电锂电池。
2.根据权利要求1所述的双子星月球车，其特征在于:采用双车体结构，车体(10)主要用于固定其他系统，球铰链(11)通过轴承安装在车体(10)上，液压连杆(18)通过连接杆(19)固定在球铰链(11)的末端，两个液压连杆(18)通过中间的连接块(19)将两个车体(10)连接在一起。
3.根据权利要求2所述的双子星球车，其特征在于:八轮臂协调垂直伸缩液压缸(2)通过安装架(I)固定在车体(10)上，通过轮臂自动伸缩调节车体高度，达到了间接调节底盘的目的，在一定范围内可保持车体的水平，实现减震功能。
【文档编号】B64G1/16GK103803100SQ201210446844
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月11日 优先权日:2012年11月11日
【发明者】王也 申请人:上海市闵行区知识产权保护协会