专利名称：被动摇臂式菱形四轮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，特指一种被动摆臂式可变菱形四轮移动系 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本发明提供一种结构 简单紧凑、耗能低、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 化的被动摇臂式菱形四轮月球车移动系统。为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为 一种被动摇臂式菱形四轮月球车 移动系统，其特征在于它包括可转动的菱形车架以及安装于车架上具有独立驱动系统 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。所述车架包括安装有前轮的前车架和安装有后轮的后车架，后车架的一端设有转轴， 后车架通过转轴与前车架铰接。所述前车架上设有限位轴承座，后车架的转轴两端装设有限位块并通过轴承与限位轴承座定位。所述转轴的轴线跟左轮和右轮轴线的水平距离为Li，转轴的轴线跟前轮轴线的水平 距离为L2， 2L产L2。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、 本发明被动摇臂式菱形四轮月球车移动系统的"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；"四轮菱形布置"保障了鲜明 的自主创新特点。2、 本发明被动摇臂式菱形四轮月球车移动系统电机数最少，能耗低，控制最简单， 驱动和转向的可靠性更高.3、 本发明被动摇臂式菱形四轮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。4、 本发明被动摇臂式菱形四轮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；5、 本发明被动摇臂式菱形四轮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枬塌时的四辙稳定性。
图1是本发明的立体结构示意图；图2是本发明的俯视结构示意图；图3是本发明的后视结构示意图；图4是本发明的侧视结构示意图；图5是本发明中车架的俯视结构示意图；图6是本发明中车架的侧视结构示意7是本发明中前悬架系统的结构示意图; 图8是本发明在恶劣工况下行驶示意图； 图9是本发明在斜坡上横向行驶示意图； 图IO是本发明在坍塌路面行驶示意图； 图11本发明在原地转向的示意图。 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、限位轴承座15、限位块16、转向电机套筒17、轴承座18、紧固螺帽19、角接触轴承20、连接臂具体实施方式
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、图4、图5、图6和图7所示，本发明的被动摇臂式菱形四轮月 球车移动系统，它包括可转动的菱形车架9以及安装于车架9上具有独立驱动系统的前 轮l、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9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只作连接机构。车架9由前车架11、后车架12、转轴13、限位轴承座14、限 位块15组成。后车架12跟转轴13通过螺栓固连，限位轴承座14跟前车架11通过螺栓 固连，限位块15跟转轴13两端固连，转轴13通过轴承与限位轴承座14定位，后车架 12可以通过转轴13绕前车架11相对转动，转动角度范围由限位块15和限位轴承座14 之间的空隙决定。前后悬架由转向电机套筒16、轴承座17、紧固螺帽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。转向电机10 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10输出轴轴心转动的。转向 电机10自带暴剎装置，通电转向电机转动，不通电时通过暴剎固定。在较佳实施例中， 转轴13的轴线跟左轮3和右轮4轴线的水平距离为Li，转轴13的轴线跟前轮1轴线的 水平距离为L2， 2L产U。在普通粗糙路面行驶时，直接驱动四轮，转向通过前轮l、后轮2联动转向。当遇到比较恶劣的工况时，如图8所示，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，这样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，如图8所示。当车在斜坡上横向行驶时，如图9所示，图中虚线表示各车轮接地点沿行驶方向的 位置。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。以图9举例，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枬塌的路况行驶时，如图10所示，图中虚线表示各车轮接地点 沿行驶方向的位置，其阴影部分表示易坍塌的路面。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。以图10所示举例，右边路面容易坍塌，我们可以把后轮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轮差速即可，如图11所示。
权利要求
1、一种被动摇臂式菱形四轮月球车移动系统，其特征在于它包括可转动的菱形车架(9)以及安装于车架(9)上具有独立驱动系统的前轮(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。
2、 根据权利要求l所述的被动摇臂式菱形四轮月球车移动系统，其特征在于所述 车架(9)包括安装有前轮(1)的前车架(11)和安装有后轮的后车架(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。
3、 根据权利要求2所述的被动摇臂式菱形四轮月球车移动系统，其特征在于所述 前车架(11)上设有限位轴承座(14),后车架(12)的转轴(13)两端装设有限位块(15) 并通过轴承与限位轴承座(14)定位。
4、 根据权利要求3所述的被动摇臂式菱形四轮月球车移动系统，其特征在于所述 转轴(13)的轴线跟左轮(3)和右轮(4)轴线的水平距离为L4，转轴(13)的轴线跟 前轮(1)轴线的水平距离为L2， 2L产L2。
5、 根据权利要求1或2或3或4所述的被动摇臂式菱形四轮月球车移动系统，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。
6、 根据权利要求5所述的被动摇臂式菱形四轮月球车移动系统，其特征在于所述 转向机构包括转向电机(10)，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。
7、 根据权利要求6所述的被动摇臂式菱形四轮月球车移动系统，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
本发明公开了一种被动摇臂式菱形四轮月球车移动系统，它包括可转动的菱形车架以及安装于车架上具有独立驱动系统的前轮、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。本发明采用四轮三轴菱形底盘的新型结构，具有结构紧凑、轻量化程度高、耗能低、负载能力大、越野性能好、姿态调整方便、地形适应能力强、车体姿态平稳、可靠性高的优点。
文档编号B60G3/14GK101214783SQ20081003051
公开日2008年7月9日 申请日期2008年1月21日 优先权日2008年1月21日
发明者文桂林, 杨兴发, 勇 肖, 钟志华, 马传帅 申请人:湖南大学