一种多功能载人月球车的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种多功能载人月球车，具有三种探测模式：宇航员驾驶模式、自主巡视探测模式以及机器人驾驶探测模式。该载人月球车底盘采用可自由组装的两段式结构，可根据需要组装和分开。底盘上安装有中心计算机、天线设备、乘务站部分等设备；底盘上还安装有月面样本采集分析设备，主要包括双目视觉系统、机械臂和月面样本分析仪；在月面上，利用双目视觉系统与两机械臂的协调合作，将采集到得月面样本送入月面样本分析仪，直接就地探测，然后通过天线设备，将分析数据传回地面。该载人月球车结构紧凑、质量轻便、功能集成、乘坐舒适，满足载人月面巡视探测的要求，并且能够就地探测。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及月球车设计【技术领域】，尤其涉及一种集宇航员驾驶模式、自主巡视探 测模式以及机器人驾驶探测模式于一体的多功能载人月球车。 一种多功能载人月球车
【背景技术】
[0002] 载人月球车肩负扩展航天员活动范围，运输科学载荷、采样工具和各类月球样品， 以及保障航天员安全、高效完成月面探测的任务。因此，载人月球车需要具有良好的月面移 动能力、人机交互能力、装载运输能力和安全保障能力。
[0003] 目前，我国探月二期研制的"玉兔号"无人月球车已经成功实现月面软着陆并进行 了为期三个月的月面巡视，"玉兔号"无人月球车突破了月面移动技术、导航控制技术、综合 电子技术、月面生存技术以及地面试验技术，为后续载人月球车研制提供了技术保障和经 验支持，但是无人月球车与载人月球车有着本质性的区别，无人月球车类似月面机器人，载 人月球车更接近地面车辆，所以，载人月球车的研制面临着更大的挑战。
[0004] 载人月球车是人类载人登月过程中不可或缺的代步工具。目前，已经成功发射的 载人月球车只有美国的阿波罗15号、16号、17号所携带的LRV，LRV载人月球车底盘采用 三段折叠式，并采用传统车辆的阿克曼转向方式，由于LRV底盘结构设计不妥，当车子行驶 在陡峭斜坡或者交叉斜坡的时候，存在乘坐不舒服等问题。
【发明内容】
[0005] 为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种多功能载人月球车，包括底盘，所述 底盘上安装有中心计算机、天线设备、乘务站部分和月面样本采集分析设备，其中， 地面站和月面着陆器通过所述天线设备对所述中心计算机发送操作指令以及进行数 据资料的传输； 所述乘务座部分包括控制手柄，宇航员或机器人通过所述操作手柄对中心计算机发送 操作指令； 所述中心计算机根据所述地面站或所述月面着陆器或所述宇航员或所述机器人发送 的指令，来控制所述底盘上的驱动机构以及所述月面样本采集分析设备进行工作。
[0006] 较佳地，所述底盘包括前部底盘和后部底盘，所述前部底盘与所述后部底盘之间 可拆卸连接；所述前部底盘的两侧分别设置有两个车轮，所述后部底盘的两侧分别设置有 一个车轮。
[0007] 较佳地，所述前部底盘和所述后部底盘上的车轮上均设置有所述驱动机构，所述 驱动机构包括转向驱动机构和行进驱动机构。
[0008] 较佳地，所述底盘上还设置有电源，所述电源为所述多功能载人月球车上的各设 备提供电能。
[0009] 较佳地，所述底盘上还设置有柔性太阳翼，所述柔性太阳翼与所述电池相连，并为 所述电池充电。
[0010] 较佳地，所述天线设备包括高增益天线和低增益天线，所述地面站通过所述高增 益天线实现与所述中心计算机进行通讯，所述月面着陆器通过所述低增益天线与与所述中 心计算机进行通讯。
[0011] 较佳地，所述月面样本采集分析设备包括双目视觉系统、机械臂和月面样本分析 仪，所述双目视觉系统、机械臂和月面样本分析仪均与所述中心计算机相连；在所述中心计 算机的控制下，所述机械臂与所述双目视觉系统相配合获取月面上的样本并送入所述月面 样本分析仪内，所述月面样本分析仪将分析获得的数据通过所述中心计算机传输给所述地 面站或所述月面着陆器。
[0012] 较佳地，所述机械臂采用双机械臂，且每个所述双机械臂均具有五个自由度。
[0013] 本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效 果： 1)本发明提供的多功能载人月球车具有宇航员驾驶模式、自主巡视探测模式以及机器 人驾驶探测模式三种探测模式，三种探测模式保证了功能的多样性和集成性。
[0014] 2)本发明提供的多功能载人月球车采用两段式底盘设计，两段底盘可自由组装和 分开，当遇到紧急情况时，后部底盘可以与前部底盘分开，宇航员可直接驾驶前部底盘部分 行驶到安全区域，且减少能量损耗，便于宇航员逃生。
[0015] 3)本发明提供的多功能载人月球车上设置有月面样本采集分析设备，能够直接对 月面样本就地进行研究和分析，然后通过天线设备，将分析数据传回地面，就地进行样本分 析能够减轻宇航员的工作量，给月面探测带来便利。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 结合附图，通过下文的述详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和 优点，其中： 图1为本发明的总体结构组成示意图； 图2为宇航员驾驶模式示意图； 图3为自主巡视探测模式示意图； 图4为机器人驾驶探测模式示意图； 1- 车轮 2- 前部底盘 3_控制手柄 4- 生保系统 5- 中心计算机 6.后部底盘 机械臂 8_月面样本分析仪 9_双目视觉系统 10- 高增益天线 11- 电源 12- 低增益天线 13- 乘务座椅 14- 仪表显示台 15- 转向驱动机构 16- 相机 17- 行进驱动机构 18- 柔性太阳翼 19- 机器人。
【具体实施方式】
[0017] 参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以 许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是 为了达成充分及完整公开，并且使本【技术领域】的技术人员完全了解本发明的范围。这些附 图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。
[0018] 参考图1-4,本发明提供的一种多功能载人月球车，可搭载宇航员，支持宇航员进 行各种月面试验，并作为宇航员与月面着陆器和地面站通信的工具。该月球车包括底盘以 及设置在底盘上的乘务站、电源、电子设备、天线设备、月面样本采集分析设备等；该载人月 球车适用于载人或无人月面巡视探测，具体能够实现三种探测工作模式：宇航员驾驶模式、 自主巡视探测模式以及机器人驾驶探测模式。
[0019] 在本实施例中,底盘采用两段式结构，其包括前部底盘2、后部底盘6和车轮1，前 部底盘2与后部底盘6之间可拆卸连接，可根据具体情况自由进行组装和分开；前部底盘2 的两侧分别设置有两个车轮1，后部分底盘6的两侧分别设置有一个车轮1 ;车轮1上设置 有驱动机构，驱动机构包括行进驱动机构17和转向驱动机构15 ;在本实施例中优选每个车 轮1上均设置有驱动机构17和转向机构15,使得月球车即能够实现传统车辆的阿克曼转 向，又能够实现车体的转向，两种转向方式起到相互备份的作用。本发明提供的底盘采用两 段式结构，在发射过程中，前部底盘2与后部底盘6分开，便于放置，减少占地空间，到达月 面后由宇航员将两者组装起来；当多功能载人月球车遇到紧急情况的时候，后部底盘6可 以与前部底盘2分开，减少了月球车的能量损耗，宇航员可以直接驾驶前部底盘2部分返回 着陆舱区域。
[0020] 在本实施例中，前部底盘2上设置有乘务站、天线设备、中心计算机5、生保系统4、 相机16等设备。其中，乘务站包括乘务座椅13、控制手柄3和仪表显示台，其中仪表显示 台能够显示车体的一些运行参数，显示车辆行驶速度、航向、位姿、里程和异常警示等信息； 坐在乘务座椅13上的宇航员或机器人操纵控制手柄3,控制手柄3将指令传输给中心计算 机5,中心计算机5再根据指令控制车轮1上的驱动机构，从而实现载人月球车的前进、后退 或者转向等运动。天线设备包括高增益天线10和低增益天线12,月面着陆器可通过低增 益天线12实现对中心计算机5的控制以及信息传输，当月球车无人驾驶的时候，月面着陆 器可通过低增益天线12控制中心计算机5,从而实现对月球车的控制；地面站的人员可通 过高增益天线实现对中心计算机5的控制以及信息的传输，同样的当月球车无人驾驶的时 候，地面站的人员可控制月球车进行行驶等功能。另外，前部底盘2的上设置的相机16,用 于对月球表面进行拍照，并将照片资料通过中心计算机5传输给地面站。
[0021] 在本实施例中，前部底盘上还设置有电源11和柔性太阳能翼18,电源11与月球车 上的各设备相连并为其提供能源使其工作；柔性太阳能翼18与电源11相连，柔性太阳能翼 18将太阳能转化为电能给电池11充电，从而保证了月球车可持续的运行。另外，柔性太阳 能翼18是可展开和收起的，如图2中所示的为柔性太阳能翼18展开的时候，形成一类似外 壳的形状，扩大了吸收太阳能的面积，同时可作为月球车的外壳使用。
[0022] 在本实施例中，月面样本采集分析设备安装在后部底盘6上，其主要包括机械臂 7、双目视觉系统9和月面样本分析仪8 ;机械臂7、双目视觉系统9和样本分析仪8均与中 心计算机5相连，中心计算机5控制机械臂7、双目视觉系统9和样本分析仪8进行工作。 其中，机械臂7采用双机械臂，且具有五个自由度；一方面双机械臂能够满足无人探测的需 求，当月面车进行无人巡视探测时，月球车可以向月面投放双机械臂，对月面进行探测；另 一方面，双机械臂更加灵活，能实现一只机械臂抓取样本，另一只机械臂可以对样本进行钻 磨等操作。双目视觉系统采用立体成像的原理，配合双机械臂对月面进行探测。
[0023] 在月面上，利用双目视觉系统9配合机械臂7协调工作，使机械臂7从月面上采集 月面样本并送入到月面样本分析仪8内；月面样本分析仪8对样本进行就地研究和分析，月 面样本分析仪8将分析出得到的数据传输给中心计算机5,中心计算机5再将数据传回地面 站或月面着落器。本发明通过月面样本采集分析设备就地进行采样分析，大大减轻了宇航 员的工作量，给月面探测带来方便。
[0024] 本发明提供的一种多功能载人月球车采用以上技术方案，能够实现宇航员驾驶模 式、自主巡视探测模式以及机器人驾驶探测模式三种工作模式，其具体工作过程如下： 一、宇航员驾驶模式 如图2所示，在宇航员驾驶模式下，月球车作为宇航员的代步工具，扩展了航天员的活 动范围；球车可搭载科学载荷、采样工具和月壤样品，支持宇航员进行各种月面试验，并作 为航天员与着陆器和地面通信的工具。具体的，宇航员操纵控制手柄3发出指令，通过中 心计算机5,指令传达到底盘的驱动机构，在驱动机构的驱动下，使月球车前进、后退或者转 弯；当需要原地转向的时候，由宇航员操纵控制手柄3发出指令，通过中心计算机5,前后四 个车轮在转向驱动机构的驱动下，摆成原地转向的状态，接着在行进驱动机构的驱动下，进 行原地转向动作。当月球车要对陡坡或者陨石较多的区域进行探测时，宇航员可以通过操 作控制手柄3来控制月球车上的月面样本采集分析设备进行探测。
[0025] 二、自主巡视探测模式 如图3所示，宇航员返回地球后，月球车切换为自主巡视探测模式。首先，为减轻月球 车重量，宇航员在离开月面之前，将乘务座椅13、生保系统4、仪表显示台14、控制手柄3等 与宇航员相关的装置从月球车上拆下；为了给月球车提供能量，给电源11充电，将月球车 的柔性太阳翼18展开；然后，由地面站发送指令，通过中继通讯，月球车上的高增益天线10 接收指令，通过中心计算机5处理，控制月球车上的驱动机构；在驱动机构的驱动下，车轮1 转动，从而使车体前进、后退或转弯；同时地面站也可以控制月球车上的月面样本采集分析 设备进行工作，对月面样本继续进行探测。
[0026] 三、机器人驾驶探测模式 如图4所示，在机器人驾驶探测下，机器人可以通过操作控制手柄3,并将指令传到的 中心计算机5上，通过中心计算机5的分析，一方面控制驱动机构运行月球车能够实现在月 面移动；另一方面，可以控制月面样本采集分析设备工作，利用双目视觉系统，两个机械臂 相互配合，协同工作，将采集到的月壤送到样本分析仪进行分析，然后通过高增益天线将样 本数据和相机拍到的照片资料传回地面。当机器人驾驶探测时，月球车可以不用考虑乘坐 舒适性问题，可以相对的加快行驶速度，并且可以在路况及其崎岖的月面上行驶，这样扩大 了探测范围和提1? 了续航时间。
[0027] 综上所述，本发明有以下优点： 1、针对月球车的探测模式：该载人月球车有宇航员驾驶模式、自主巡视探测模式以及 机器人驾驶探测模式三种探测模式，三种探测模式保证了功能的多样性和集成性。宇航员 可以直接驾驶月球车在月面行驶，扩大探测区域；当宇航员返回地面时，该月球车可以继续 进行巡视探测，延长了月球车的寿命；而且该月球车能够实现机器人驾驶探测，机器人驾驶 探测时，月球车可以不用考虑乘坐舒适性问题，可以相对的加快行驶速度，并且可以在路况 及其崎岖的月面上行驶，这样扩大了探测范围和提高了续航时间。
[0028] 2、针对载人月球车底盘设计：采用两段式底盘设计，两段底盘可自由组装和分开， 发射过程中可以将两段底盘拆开，减少发射空间；到达月面后，可以将两段底盘组装，组装 后使月球车具有原地探测和样本分析的能力，当遇到紧急情况时，后部底盘可以与前部底 盘分开，减少能量损耗，使车体快速行驶到安全区域，便于宇航员逃生。
[0029] 3、针对月面样本分析：载人月球车尾部装有月面样本分析仪，月面样本分析仪能 够直接对月面样本就地进行研究和分析，然后通过天线设备，将分析数据传回地面，就地进 行样本分析能够减轻宇航员的工作量，给月面探测带来便利。
[0030] 4、针对样本采集和探测：载人月球车尾部设置有双机械臂，双机械臂具有五个自 由度；一方面，双机械臂能够满足无人探测的需要，当月球车进行无人巡视探测时，月球车 可以向月面投放双机械臂，对月面进行探测；另一方面，双机械臂更加灵活，能够实现一只 机械臂抓取样本，另一只机械臂进行可以对样本进行钻磨加工等操作。
[0031] 5、载人月球车尾部设置有双目视觉系统，采用立体成像原理，使工作人员在地面 站能够更直观的远程操作机械臂进行月面探测。
[0032] 本【技术领域】的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离本 发明的精神或范围。尽管已描述了本发明的实施例，应理解本发明不应限制为这些实施例， 本【技术领域】的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明精神和范围之内作出变化和修 改。
【权利要求】
1. 一种多功能载人月球车，其特征在于，包括底盘，所述底盘上安装有中心计算机、天 线设备、乘务站部分和月面样本采集分析设备，其中， 地面站和月面着陆器通过所述天线设备对所述中心计算机发送操作指令以及进行数 据资料的传输； 所述乘务座部分包括控制手柄，宇航员或机器人通过所述操作手柄对中心计算机发送 操作指令； 所述中心计算机根据所述地面站或所述月面着陆器或所述宇航员或所述机器人发送 的指令，来控制所述底盘上的驱动机构以及所述月面样本采集分析设备进行工作。
2. 据权利要求1所述的多功能载人月球车，其特征在于，所述底盘包括前部底盘和后 部底盘，所述前部底盘与所述后部底盘之间可拆卸连接；所述前部底盘的两侧分别设置有 两个车轮，所述后部底盘的两侧分别设置有一个车轮。
3. 据权利要求2所述的多功能载人月球车，其特征在于，所述前部底盘和所述后部底 盘上的车轮上均设置有所述驱动机构，所述驱动机构包括转向驱动机构和行进驱动机构。
4. 据权利要求1所述的多功能载人月球车，其特征在于，所述底盘上还设置有电源，所 述电源为所述多功能载人月球车上的各设备提供电能。
5. 据权利要求4所述的多功能载人月球车，其特征在于，所述底盘上还设置有柔性太 阳翼，所述柔性太阳翼与所述电池相连，并为所述电池充电。
6. 据权利要求1所述的多功能载人月球车，其特征在于，所述天线设备包括高增益天 线和低增益天线，所述地面站通过所述高增益天线实现与所述中心计算机进行通讯，所述 月面着陆器通过所述低增益天线与与所述中心计算机进行通讯。
7. 据权利要求1所述的多功能载人月球车，其特征在于，所述月面样本采集分析设备 包括双目视觉系统、机械臂和月面样本分析仪，所述双目视觉系统、机械臂和月面样本分析 仪均与所述中心计算机相连；在所述中心计算机的控制下，所述机械臂与所述双目视觉系 统相配合获取月面上的样本并送入所述月面样本分析仪内，所述月面样本分析仪将分析获 得的数据通过所述中心计算机传输给所述地面站或所述月面着陆器。
8. 据权利要求7所述的多功能载人月球车，其特征在于，所述机械臂采用双机械臂，且 每个所述双机械臂均具有五个自由度。
【文档编号】B64G1/16GK104108475SQ201410303217
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】姬鸣, 肖杰, 邱宝贵, 胡震宇, 张晓伟, 罗小桃, 曾占魁 申请人:上海宇航系统工程研究所