一种可用于载人月球车主动式系统的悬架结构的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种可用于载人月球车主动式系统的悬架结构，其特征在于，包括电机、丝杠、活动轭、弹性部件、上连接臂、转动连接件、下连接臂、车体框架。所述电机与所述丝杠配合，且所述电机固定在所述车体框架上。所述电机与所述丝杠沿竖直方向设置。所述丝杠与所述活动轭相配合，所述活动轭可在所述丝杠旋转时沿所述丝杠上下移动。所述弹性部件的一端与所述活动轭铰接，所述弹性部件的另一端与所述上连接臂的一端铰接。所述上连接臂的中部与所述车体框架的顶部铰接。所述转动连接件的一端与所述上连接臂远离所述弹性部件的一端铰接，所述转动连接件的另一端与所述下连接臂的一端铰接。所述下连接臂远离所述转动连接件的一端与所述车体框架铰接。
【专利说明】—种可用于载人月球车主动式系统的悬架结构
【技术领域】
[0001]本发明属于航天【技术领域】，具体涉及一种可用于载人月球车主动式系统的悬架结构。
【背景技术】
[0002]载人月球车是人类载人登月过程中不可或缺的代步工具。然而，由于月面环境复杂，月壤松软而易沉陷，陨石坑与岩石块遍地，环形山和岩石块共同形成大片坡地、阶梯、陡坡上的岩屑(堆)，载人月球车在月面行驶时，月面作用于车轮上的垂直反力往往是冲击性的，冲击力传到车身上时，可能引起车体部件的损坏，还将使宇航员感到极其不适。
[0003]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载人月球车采用被动适应悬架，该悬架只能被动地适应月面环境的变化，当LRV行驶在斜坡上或崎岖不平的月面时，振动非常剧烈，这让乘坐月球车的宇航员感到极其不适。
[0004]悬架系统在载人月球车月面行驶过程中起到了减震和承力的作用。现有的地面车辆悬架结构多使用气压弹簧和液压弹簧作为缓冲部件，但应用这些原理的弹性元件都无法用于航天领域中舱外作业的环境。而现有的大部分悬架也仅适用于相对平坦的路面，无法达到在月面复杂地形地貌上使用的要求。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种可用于载人月球车主动式系统的悬架结构，具体的技术方案如下:
一种可用于载人月球车主动式系统的悬架结构，其特征在于，包括电机、丝杠、活动轭、弹性部件、上连接臂、转动连接件、下连接臂、车体框架。
[0006]所述电机与所述丝杠配合，且所述电机固定在所述车体框架上。所述电机与所述丝杠沿竖直方向设置。所述丝杠与所述活动轭相配合，所述活动轭可在所述丝杠旋转时沿所述丝杠上下移动。所述弹性部件的一端与所述活动轭铰接，所述弹性部件的另一端与所述上连接臂的一端铰接。所述上连接臂的中部与所述车体框架的顶部铰接。所述转动连接件的一端与所述上连接臂远离所述弹性部件的一端铰接，所述转动连接件的另一端与所述下连接臂的一端铰接。所述下连接臂远离所述转动连接件的一端与所述车体框架铰接。
[0007]进一步地，所述丝杠表面设置有外螺纹，所述丝杠远离所述活动轭的一端通过一减速器与电机连接。
[0008]进一步地，在所述活动轭上设置有一个沿竖直方向的螺纹孔，与所述丝杠上的外螺纹相配合。
[0009]进一步地，所述电机远离所述减速器的一端与一信号接收器相连。
[0010]进一步地，所述电机为可充电电机。
[0011]进一步地，所述活动轭与一导轨滑动连接，可沿所述导轨在竖直方向上来回滑动。所述导轨与所述车体框架固定连接。
[0012]进一步地，所述弹性部件的数量为两个，两个弹性部件对称设置。
[0013]进一步地，所述弹性部件包含一伸缩杆和一弹簧。所述伸缩杆的一端与所述活动轭铰接，所述伸缩杆的另一端与所述上连接臂铰接。所述弹簧活动地套在所述伸缩杆上。
[0014]进一步地，所述伸缩杆包含一圆筒形套杆和一直径更小的内杆。所述筒形套杆套在内杆上。所述筒形套杆的直径小于所述弹簧直径。
[0015]进一步地，所述上连接臂与所述下连接臂都是双臂式结构。
[0016]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
本发明为一种可用于载人月球车自适应系统的悬架，完全适应航天领域中舱外作业的环境。本发明可与相关控制系统相配合完成对单个车轮的抬高降低动作，或者是通过对四个轮子的调整以达到对车身高度的控制。本发明也可以与可充电电机相配合，在经过凹凸不平地面时，车轮上下震动带动了悬架上丝杠的旋转，丝杠旋转对电机充电，在抬高或降低车身的时候可以无需使用车载电源的电能。本发明可以为载人月球车的月面行驶节约电能消耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的侧视图。
[0018]图中序号为:1-电机、2-弹性部件、3-活动轭、4-上连接臂、5-转动连接件、6-下连接臂、7-导轨、8-丝杠、9-减速器、10-信号接收器、11-车体框架、12-滑动连接部分。
[0019]
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图以实施例的方式详细描述本发明。
[0021]图1和图2展示了一个用于载人月球车的主动式系统的悬架结构，悬架总体上包括电机1、丝杠8、活动轭3、弹性部件2、上连接臂4、转动连接件5、下连接臂6、车体框架11。所述电机I与所述丝杠8配合，且所述电机I固定在所述车体框架11上。所述电机I与所述丝杠8沿竖直方向设置。所述丝杠8与所述活动轭3相配合，所述活动轭3可在所述丝杠8旋转时沿所述丝杠8上下移动。所述弹性部件2的一端与所述活动轭3铰接，所述弹性部件2的另一端与所述上连接臂4的一端铰接。所述上连接臂4的中部与所述车体框架11的顶部铰接。所述转动连接件5的一端与所述上连接臂4远离所述弹性部件2的一端铰接，所述转动连接件5的另一端与所述下连接臂6的一端铰接。所述下连接臂6远离所述转动连接件5的一端与所述车体框架11铰接。其中，转动连接件5与载人月球车的车轮(未示出)配合，车体框架11为车身固定部件。
[0022]本实施例中的弹性部件2采用的是螺旋弹簧和一根伸缩杆的结构，但本发明不限于此类，也可以采用其他类型的弹性部件。本实施例中采用的方案是将一螺旋弹簧活动地套在一伸缩杆上，伸缩杆的一端与上连接臂4铰接，另一端与活动轭3铰接。伸缩杆采用的是一圆筒形套杆和一直径更小的内杆的组合。筒形套杆套在内杆上。筒形套杆的直径应小于弹簧直径，以便将伸缩杆置于弹簧中。本实施例中的弹性部件2采用这种伸缩杆与弹簧的组合，可用于月球表面环境，伸缩杆在此处起到了对弹簧受力方向的引导和与其他部件连接的作用，同时增加了弹性部件与其他结构的连接刚度。
[0023]本实施例采用了双臂式上、下连接臂(4，6 )与双弹簧连接的对称结构，这种设计有利于上、下连接臂(4，6)的受力平衡，不仅能够使整个机械系统具有较好的稳定性，还增强了悬架的承载能力。但本发明不限于此类，例如采用单臂式上连接臂和单个弹性部件组合的结构、双臂式上连接臂和四个弹性部件组合的结构都可以完成同样的动作，本实施例只是实现该技术效果的一种方式。
[0024]其中所述单臂式结构是指连接臂的两端都是只有一只力臂；双臂式结构(如图1所示)是指连接臂的两端各设置有两个分叉的力臂。
[0025]本实施例中的活动轭3采用的是图1所示的倒“U”形设计。活动轭3两端左右对称地各铰接一个弹性部件2。活动轭3水平方向上一端的前侧位置设置有一延伸部分与弹性部件铰接，该位置的后侧设置有一滑动连接部分12。在滑动连接部分12的相对位置设置有一竖直方向的导轨7，导轨7与车体框架11固定连接，滑动连接部分12与导轨7相配合使滑动连接部分12可沿导轨7上下滑动。活动轭3水平方向的另一端具有与前述一端相同的结构，以形成左右两边轴对称的结构。本发明的活动轭不限于图1所示的倒“U”形结构，也可采用“V”形结构或“一”字形结构等本领域技术人员为实现此处连动效果可想到的结构。
[0026]本实施例中的导轨7沿竖直方向设置，与丝杠8设置方向相同。活动轭3在沿丝杠上下移动的同时，也同时沿着导轨7上下滑动。本实施例中设置导轨7是为了抵消活动轭3受到的弹性部件对其所施加的压力，进一步为整个机械结构增加了承载能力和稳定性。本发明不限于本实施例中滑动连接部分12和导轨7的组合，也可以使用其他有引导方向作用的结构。
[0027]在活动轭3的水平中心处设置有一螺纹孔。丝杠8与活动轭3配合的一端设置有外螺纹，该外螺纹与活动轭3的螺纹孔中的内螺纹相配合，丝杠8上外螺纹的行程大于活动轭3的可移动距离。当丝杠8旋转时，活动轭3在螺纹的作用下沿丝杠8上下移动。本发明的螺纹孔的位置并不限于活动轭的水平中心位置，也可设置在其他位置处，但本实施例为最佳方案。本实施例将螺纹孔设置在活动轭的中心位置，有利于左右受力平衡，避免螺纹受力不均而引起的不必要的机械损耗。
[0028]丝杠8远离外螺纹的一端与减速器9连接。电机I 一端与减速器9连接，另一端与信号接收器10连接。由于电机I的转速快、输出扭矩小，如果直接与丝杠8连接，很可能会导致本发明的机械结构在运动过程中，无法得到需要的转速和扭矩，使整个机械结构无法正常运行，所以在此设置一减速器9，以便能与机械结构更好地配合。
[0029]由于月面行驶经常是处于无太阳照射的状态，没有太阳能可供获取，月球车只能依靠自带的储蓄池电量工作。为了节约能量，本发明电机I为可充电电机，可以实现电机的自动储能。月球车在凹凸不平的月面行驶过程中，车轮不停地上下振动，使得弹性部件2 —直处于伸缩振动状态。弹性部件2的振动在为车身起到缓冲减震作用的同时也在不停地对活动轭3上下施力。由于连接的是可充电电机，即丝杠8可带动电机I旋转，弹性部件2上下振动的作用力导致活动轭3上下移动，与活动轭3螺纹连接的丝杠8在活动轭3上下移动的作用下旋转，并带动电机I转动充电。这是一个机械能转化为电能的过程。电机在储电之后，在进行抬高、降低车身的操作时就无需使用车载电源，该设计有节约能量的作用。
[0030]本发明可与一控制系统相配合，信号接收器10用于接收控制系统发送的对电机I的控制信号，对电机I的动作进行控制。
[0031]例如在遇到过斜坡或者驾驶员下车，需要降低车身的情况。检测控制系统发来的降低车身的指令，信号接收器10接收到信号并对电机I的动作进行控制。电机I开始正向转动，经过减速器9减速作用后带动连接的丝杠8旋转。与丝杠8螺纹连接的活动轭3在丝杠8的旋转作用下沿丝杠8向下移动。活动轭3下降时，与其连接的弹性部件2也随之下移。由于有车体重量，弹簧部件2—直保持压缩受力状态。上连接臂4与弹性部件2铰链的一端相对于转动连接件5下移。然后，与上连接臂4铰链的车体框架11位置相对于转动连接件5下移。实现了车身的降低。
[0032]遇到前方有障碍物，需要抬高车身的情况。检测控制系统发来的抬高车身的指令，信号接收器10接收到信号并对电机I的动作进行控制。电机I开始反向转动，经过减速器9减速作用后带动连接的丝杠8反向旋转。与丝杠8螺纹连接的活动轭3在丝杠8的旋转作用下沿丝杠8向上移动。活动轭3上升时，与其连接的弹性部件2也随之上移。由于有车体重量，弹簧部件2 —直保持压缩受力状态。上连接臂4与弹性部件2铰链的一端相对于转动连接件5上移。与上连接臂4铰链的车体框架11在上连接臂4的作用下，位置相对于转动连接件5上移。实现了车身的抬高。
[0033]由于本发明是独立式悬架，所以在与控制系统配合的情况下可以实现对单个车轮的控制操作。在月球车配置有多个车轮并且在减少单个车轮还能正常行驶的前提下，宇航员发现某个车轮出现故障影响月球车行驶，可以单独控制该车轮悬挂起来，保证载人月球车的正常行驶。
[0034]将本发明用于主动式系统中，可方便地实现对悬架的主动控制。本发明在主动式悬架系统中的应用，能够满足月面复杂地形环境中载人月球车的行驶要求，以及为宇航员提升乘坐舒适度的要求。
[0035]以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。
【权利要求】
1.一种可用于载人月球车主动式系统的悬架，其特征在于，包括电机、丝杠、活动轭、弹性部件、上连接臂、转动连接件、下连接臂、车体框架； 所述电机与所述丝杠配合，且所述电机固定在所述车体框架上；所述电机与所述丝杠沿竖直方向设置；所述丝杠与所述活动轭相配合，所述活动轭可在所述丝杠旋转时沿所述丝杠上下移动；所述弹性部件的一端与所述活动轭铰接，所述弹性部件的另一端与所述上连接臂的一端铰接；所述上连接臂的中部与所述车体框架的顶部铰接；所述转动连接件的一端与所述上连接臂远离所述弹性部件的一端铰接，所述转动连接件的另一端与所述下连接臂的一端铰接；所述下连接臂远离所述转动连接件的一端与所述车体框架铰接。
2.如权利要求1所述的一种可用于载人月球车主动式系统的悬架结构，其特征在于，所述丝杠表面设置有外螺纹，所述丝杠远离所述活动轭的一端通过一减速器与电机连接。
3.如权利要求2所述的一种可用于载人月球车主动式系统的悬架结构，其特征在于，在所述活动轭上设置有沿竖直方向的螺纹孔，与所述丝杠上的外螺纹相配合。
4.如权利要求2所述的一种可用于载人月球车主动式系统的悬架结构，其特征在于，所述电机远离所述减速器的一端与一信号接收器相连。
5.如权利要求2所述的一种可用于载人月球车主动式系统的悬架结构，其特征在于，所述电机为可充电电机。
6.如权利要求1所述的一种可用于载人月球车主动式系统的悬架结构，其特征在于，所述活动轭与一导轨滑动连接，可沿所述导轨在竖直方向上来回滑动；所述导轨与所述车体框架固定连接。
7.如权利要求1所述的一种可用于载人月球车主动式系统的悬架结构，其特征在于，所述弹性部件的数量为两个，两个弹性部件对称设置。
8.如权利要求7所述的一种可用于载人月球车主动式系统的悬架结构，其特征在于，所述弹性部件包含一伸缩杆和一弹簧；所述伸缩杆的一端与所述活动轭铰接，所述伸缩杆的另一端与所述上连接臂铰接；所述弹簧活动地套在所述伸缩杆上。
9.如权利要求8所述的一种可用于载人月球车主动式系统的悬架结构，其特征在于，所述伸缩杆包含一圆筒形套杆和一直径更小的内杆；所述筒形套杆套在内杆上；所述筒形套杆的直径小于所述弹簧直径。
10.如权利要求1所述的一种可用于载人月球车主动式系统的悬架结构，其特征在于，所述上连接臂与所述下连接臂都是双臂式结构。
【文档编号】B64G1/16GK104176274SQ201410375821
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2014年8月1日
【发明者】姬鸣, 肖杰, 邱宝贵, 胡震宇, 张晓伟, 罗小桃 申请人:上海宇航系统工程研究所