CN101214783B - 被动摇臂式菱形四轮月球车移动*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种被动摇臂式菱形四轮月球车移动***，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***的前轮、后轮、左轮和右轮，所述前轮和后轮分别通过前悬架***和后悬架***固定于车架上，左轮和右轮分别通过左悬架***和右悬架***固定于车架上，所述前悬架***和后悬架***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。

Description

被动摇臂式菱形四轮月球车移动***

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***，可适用于恶劣环境下的无人探测和矿石采集领域。

背景技术

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***。

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***，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***的前轮、后轮、左轮和右轮，所述前轮和后轮分别通过前悬架***和后悬架***固定于车架上，左轮和右轮分别通过左悬架***和右悬架***固定于车架上，所述前悬架***和后悬架***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L₁，转轴的轴线跟前轮轴线的水平距离为L₂，2L₁＝L₂。

所述前悬架***和后悬架***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***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***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***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***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***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***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。

附图说明

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图

图7是本发明中前悬架***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10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***    6、后悬架***

7、左悬架***    8、右悬架***

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1、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***，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***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***5和后悬架***6固定于车架9上，左轮3和右轮4分别通过左悬架***7和右悬架***9固定于车架9上，前悬架***5和后悬架***6均由连接机构和转向机构组成，左悬架***7和右悬架***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L₁，转轴13的轴线跟前轮1轴线的水平距离为L₂，2L₁＝L₂。

在普通粗糙路面行驶时，直接驱动四轮，转向通过前轮1、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坍塌的路况行驶时，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1、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。

Claims (5)

1.一种被动摇臂式菱形四轮月球车移动***，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***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***(5)和后悬架***(6)固定于车架(9)上，左轮(3)和右轮(4)分别通过左悬架***(7)和右悬架***(8)固定于车架(9)上，所述前悬架***(5)和后悬架***(6)均由连接机构和转向机构组成；所述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；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。

2.根据权利要求1所述的被动摇臂式菱形四轮月球车移动***，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***，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***，其特征在于：所述转轴(13)的轴线到左轮(3)轴线的水平距离以及所述转轴(13)的轴线到右轮(4)轴线的水平距离均为L₁，转轴(13)的轴线到前轮(1)轴线的水平距离为L₂，2L₁＝L₂。

5.根据权利要求1所述的被动摇臂式菱形四轮月球车移动***，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。

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