專利名稱：一種月球車的制作方法
一種月球車
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種月球車，尤其是一種在低氣壓狀態(tài)下具有主動仿形機構(gòu)、緊急攀
爬機構(gòu)、隨風(fēng)風(fēng)箏飄行機構(gòu)的月球車。背景技術(shù)：
由于月球具有一定軍事目的和開發(fā)價值，月球探測對月球車的移動性能要求非常 高，主要體現(xiàn)在地面自適應(yīng)性、行駛平順性、越障性、連續(xù)工作時間、自主行駛功能方面。傳 統(tǒng)的四輪車因為地面自適應(yīng)能力差，特別是不能很好的適應(yīng)不可預(yù)知的地況，翻越障礙和 爬長坡性能較差和轉(zhuǎn)向不靈活等缺陷，由于這些缺陷均是在沙漠或地勢復(fù)雜的模擬狀態(tài)并 根據(jù)設(shè)計者想象設(shè)計出的，而真正的不可預(yù)知狀態(tài)被設(shè)計者所忽略。目前國內(nèi)所研制的月 球車中，六輪懸架機構(gòu)仍為研究的主流，各類月球車采用了不同的懸架結(jié)構(gòu)，這些懸架系統(tǒng) 各有特點，但也存在各種缺陷或不足；通過技術(shù)檢索發(fā)現(xiàn)"尚建忠等"在"輪式月球車懸架方 案及其虛擬樣機仿真"(中國機械工程2006年01期第49頁)提到日本宇航中心、梅基大 學(xué)等單位聯(lián)合研制的Micro5采用的是一種五點接觸懸吊結(jié)構(gòu)；鄧宗全等提出的行星越障 輪式月球車越障功能很強，但這種結(jié)構(gòu)在跨越較大障礙時對行駛平順性的影響較大；劉方 湖等設(shè)計的五輪鉸接式月球機器人具有與美國節(jié)式空間探測機器人B lueRover相同的特 點，地面自適應(yīng)能力很好，但行駛平順性與抗翻穩(wěn)定性上有缺陷。由于目前研發(fā)受到在先設(shè) 計的思維禁錮要突破傳統(tǒng)月球車的懸架機構(gòu)設(shè)計思維模式，使四輪月球車具備優(yōu)越的性能 以完成復(fù)雜的探測任務(wù)，就必須嘗試新概念的創(chuàng)新設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有月球車的不能適應(yīng)多種行走路況的缺陷，本發(fā)明公開了一種月球
車，本發(fā)明所述的月球車利用行走系統(tǒng)的主動仿形機構(gòu)通過四個可任意變換寬窄、高低、方
向的車輪連接活動關(guān)節(jié)支撐機構(gòu)，控制車輪在除了大于千分之五百的坡道順利行走；并且
在遇到不能翻越的障礙時可以緊急啟動攀爬機構(gòu)翻越障礙；當(dāng)遇有月球風(fēng)時可打開風(fēng)箏機
構(gòu)，使本發(fā)明所述的月球車隨風(fēng)飄行，以便節(jié)約能源和工作時長。 為了實現(xiàn)上述發(fā)明的目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案； —種月球車，包括用于行走的主動仿形機構(gòu)；用于翻越巨型障礙物的緊急攀爬機 構(gòu)；用于利用月球風(fēng)的風(fēng)箏飄行機構(gòu)；所述用于行走的主動仿形機構(gòu)包括四個相同配置的 輪臂、車輪機構(gòu)，所述車體的下部設(shè)有四個輪臂，輪臂包括下長桿、上長桿，輪臂的上長桿一 端設(shè)有延伸架，延伸架由鉸接機構(gòu)與轉(zhuǎn)臂電機連接，輪臂的下長桿連接在升降渦輪蝸桿減 速器下部的升降電機上，所述升降渦輪蝸桿減速器的上部設(shè)有轉(zhuǎn)臂電機和轉(zhuǎn)臂渦輪蝸桿減 速器，轉(zhuǎn)臂渦輪蝸桿減速器的上端與車體內(nèi)下部的滾動軸承連接并滑動配合；所述輪臂的 上長桿、下長桿的另一端分別與彎桿的上下部連接，由上長桿、下長桿及兩端的彎桿、延伸 架和升降渦輪蝸桿減速器形成所述可移動的平行四邊形鉸鏈機構(gòu)，轉(zhuǎn)向電機與彎桿下部由 鉸接機構(gòu)鉸接，在轉(zhuǎn)向電機下部內(nèi)的軸承連接轉(zhuǎn)向渦輪蝸桿減速器，在轉(zhuǎn)向渦輪蝸桿減速器兩側(cè)設(shè)有向下延伸的輪叉，輪叉下端連接車輪的輪軸，所述驅(qū)動電機套接在輪軸上并與 與車輪齒和形成一輪臂、車輪機構(gòu)，由四套輪臂、車輪機構(gòu)構(gòu)成完整的用于行走的主動仿形 機構(gòu)。 所述的月球車，車體呈八角形設(shè)置。 所述的月球車，在車體下部的四套輪臂、車輪機構(gòu)呈正四角分布。 所述的月球車，用于翻越巨型障礙物的緊急攀爬機構(gòu)，在車體上部中心位置設(shè)有
一孔，孔內(nèi)設(shè)有勾槍，所述勾槍插在槍口中，勾槍的下端連接拉線的一端，拉線的另一端纏
繞在收放滑輪上形成翻越巨型障礙物的緊急攀爬機構(gòu)。 所述的月球車，所述利用月球風(fēng)的風(fēng)箏飄行機構(gòu)，在車體的上部面設(shè)置一環(huán)形槽，
所述環(huán)形槽內(nèi)部呈放大的環(huán)形軌道，所述環(huán)形軌道內(nèi)設(shè)有由兩個軸承和兩個支撐桿及兩個
軸承之間設(shè)置的連接板構(gòu)成的滑動體，其中風(fēng)袋的下部固定在連接板上，風(fēng)袋兩側(cè)下部分
別固定在兩個支撐桿上形成利用月球風(fēng)的風(fēng)箏飄行機構(gòu)。 所述的月球車，風(fēng)袋的口部邊緣設(shè)有加厚層。
由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)越性 本發(fā)明所述的月球車為四輪行走系統(tǒng)主動仿形機構(gòu)設(shè)置，由于輪臂、升降裝置和
轉(zhuǎn)向機構(gòu)所構(gòu)成的主動仿形機構(gòu)，在復(fù)雜地面環(huán)境下，不是隨地形產(chǎn)生被動的俯仰或扭轉(zhuǎn)，
而是主動的仿照地形特征行駛，提高了月球車的平穩(wěn)性和地形適應(yīng)性；本發(fā)明四輪月球車
行走系統(tǒng)主動仿形機構(gòu)采用主動仿形機構(gòu)，不但充分利用輪式行走系統(tǒng)的高效移動性能，
也實現(xiàn)了足式行走系統(tǒng)的爬行功能，形成了具備雙重行走功能的輪足式月球車。 本發(fā)明所述的月球車行走系統(tǒng)主動仿形機構(gòu)采用正八棱柱形車體，各裝置分布嚴
格對稱，結(jié)構(gòu)簡單，輪臂可實現(xiàn)折疊，從而提高了行走系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性；本發(fā)明所述
的月球車行走系統(tǒng)主動仿形機構(gòu)的四個轉(zhuǎn)臂，實現(xiàn)了每個輪臂都可獨立轉(zhuǎn)向，從而可以調(diào)
節(jié)月球車相對應(yīng)車輪的跨度，提高了行走系統(tǒng)的通過性能。 本發(fā)明所述的月球車行走系統(tǒng)主動仿形機構(gòu)的四個升降裝置，可通過升降調(diào)節(jié)車 體的高度，調(diào)整月球車的重心位置，增強了月球車的抗顛覆性能；本發(fā)明所述的月球車行走 系統(tǒng)主動仿形機構(gòu)的四個轉(zhuǎn)向裝置，使每個車輪都可獨立轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)了月球車的零半徑轉(zhuǎn) 彎，提高了月球車的轉(zhuǎn)向靈活性。 本發(fā)明所述的月球車在遇到不能翻越的巨石、隕石坑、裂縫等依靠自身難以翻越 的障礙時，可以緊急啟動攀爬機構(gòu)，由所述發(fā)射出去的勾槍的回勾勾住任意借力點，由收放 滑輪的拉線回拉從而實現(xiàn)翻越障礙的目的。 已知月球上有時會出現(xiàn)大風(fēng)，所以本發(fā)明給出了借用月球風(fēng)行進的方案，在所述 車體上部設(shè)置風(fēng)袋，并利用月球的低氣壓，很容易的帶動所述月球車的前進，最大化的減少 所述月球車自身能量的損耗，有效地延長了能量的使用時限。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明的車體俯視示意圖； 圖4是本發(fā)明的車體上部風(fēng)箏展開示意 圖5是本發(fā)明的其中一個車輪翻越障礙示意圖；
圖6是本發(fā)明的遇見突變下坡示意圖；
圖7是本發(fā)明在坡道緩行示意圖；
圖8是本發(fā)明變換為較窄行走示意圖；
圖9是本發(fā)明變換為較寬行走示意圖； 在圖中1、轉(zhuǎn)臂電機；2、轉(zhuǎn)臂渦輪蝸桿減速器；3、升降電機；4、下長桿；5、彎桿； 6、鉸接機構(gòu)；7、轉(zhuǎn)向電機；8、軸承蓋；9、車體；10、延伸架；11 、升降渦輪蝸桿減速器；12、上 長桿；13、驅(qū)動電機；14、轉(zhuǎn)向渦輪蝸桿減速器；15、車輪；16、滾動軸承；17、勾槍；18、收放 滑輪；19、槍口 ；20、環(huán)形槽；21、拉線；22、風(fēng)袋；23、支撐桿；24、軸承；25、環(huán)形軌道；26、障 礙物；27、坡道；28、波浪形坡道；29、彈射機構(gòu)；30、輪叉。
具體實施方式
公開本發(fā)明的目的旨在保護本發(fā)明范圍內(nèi)的一切變化和改進，下面的實施例并不 是本發(fā)明的具體限定； 通過下面的實施例可以更詳細的解釋本發(fā)明； 結(jié)合附圖1 9所述的月球車，包括用于行走的主動仿形機構(gòu)；用于翻越巨型障礙 物的緊急攀爬機構(gòu)；用于利用月球風(fēng)的風(fēng)箏飄行機構(gòu)；所述用于行走的主動仿形機構(gòu)包括 四個相同配置的輪臂、車輪15機構(gòu)，所述車體9的下部設(shè)有四個輪臂，輪臂包括下長桿4、上 長桿12，輪臂的上長桿12 —端設(shè)有延伸架IO，延伸架10由鉸接機構(gòu)6與轉(zhuǎn)臂電機1連接， 輪臂的下長桿4連接在升降渦輪蝸桿減速器11下部的升降電機3上，所述升降渦輪蝸桿減 速器11的上部設(shè)有轉(zhuǎn)臂電機1和轉(zhuǎn)臂渦輪蝸桿減速器2，轉(zhuǎn)臂渦輪蝸桿減速器2的上端與 車體9內(nèi)下部的滾動軸承16連接并滑動配合；所述輪臂的上長桿12、下長桿4的另一端分 別與彎桿5的上下部連接，由上長桿12、下長桿4及兩端的彎桿5、延伸架10和升降渦輪蝸 桿減速器11形成所述可移動的平行四邊形鉸鏈機構(gòu)，轉(zhuǎn)向電機7與彎桿5下部由鉸接機構(gòu) 6鉸接，在轉(zhuǎn)向電機7下部內(nèi)的軸承8連接轉(zhuǎn)向渦輪蝸桿減速器14，在轉(zhuǎn)向渦輪蝸桿減速器 14兩側(cè)設(shè)有向下延伸的輪叉30，輪叉30下端連接車輪15的輪軸，所述驅(qū)動電機13套接在 輪軸上并與與車輪15齒和形成一輪臂、車輪15機構(gòu)，由四套輪臂、車輪15機構(gòu)構(gòu)成完整的 用于行走的主動仿形機構(gòu)；所述的月球車的車體9呈八角形設(shè)置；在車體9下部的四套輪 臂、車輪15機構(gòu)呈正四角分布。 所述的月球車，用于翻越巨型障礙物的緊急攀爬機構(gòu)，在車體上部中心位置設(shè)有 一孔，孔內(nèi)設(shè)有勾槍17，所述勾槍17插在槍口 19的彈射機構(gòu)29上部，勾槍17的下端連接 拉線21的一端，拉線21的另一端纏繞在收放滑輪18上形成翻越巨型障礙物的緊急攀爬機 構(gòu)。 所述的月球車，所述利用月球風(fēng)的風(fēng)箏飄行機構(gòu)，在車體的上部面設(shè)置一環(huán)形槽 20，所述環(huán)形槽20內(nèi)部呈放大的環(huán)形軌道25，所述環(huán)形軌道25內(nèi)設(shè)有由兩個軸承24和兩 個支撐桿23及兩個軸承24之間設(shè)置的連接板構(gòu)成的滑動體，其中風(fēng)袋22的下部固定在連 接板上，風(fēng)袋22兩側(cè)下部分別固定在兩個支撐桿23上形成利用月球風(fēng)的風(fēng)箏飄行機構(gòu)；為 了防止風(fēng)袋22 口部位的損壞，在風(fēng)袋22的口部邊緣設(shè)置為回折的雙層加厚層。
實施本發(fā)明所述的月球車，結(jié)合圖1和圖2，本發(fā)明的四個主動仿形機構(gòu)具有獨立驅(qū)動系統(tǒng)的車輪、四個轉(zhuǎn)臂裝置、四個升降裝置和四個轉(zhuǎn)向裝置。其中所述四個轉(zhuǎn)臂裝置均 布與車體底部正八邊形的任意四個頂點上，利用鉸接機構(gòu)6與車體9鉸接，升降裝置的彎桿 5與轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)向渦輪蝸桿加速器14固接，具有獨立驅(qū)動系統(tǒng)的車輪15輪軸與輪叉30 鉸接。所述轉(zhuǎn)臂裝置包括轉(zhuǎn)臂電機1、轉(zhuǎn)臂渦輪蝸桿減速器2、滾動軸承16、車體9、軸承，所 述轉(zhuǎn)臂電機1的輸出軸通過轉(zhuǎn)臂渦輪蝸桿減速器2與轉(zhuǎn)臂電機1下部傳動連接。轉(zhuǎn)臂電機 1下端與升降渦輪蝸桿減速器上端固接，轉(zhuǎn)臂渦輪蝸桿減速器固定在車體上，轉(zhuǎn)臂電機1上 端的車體裝有滾動軸承，并由軸承蓋密封后與車體固接。所述升降裝置包括升降電機3，升 降渦輪蝸桿減速器11、延伸架10、上長桿12、下長桿4和彎桿5，所述升降電機3的輸出軸 通過升降渦輪蝸桿減速器11與下長桿4傳動連接。所述轉(zhuǎn)向裝置包括轉(zhuǎn)向電機、轉(zhuǎn)向渦輪 蝸桿減速器、滾動軸承、軸承蓋和輪叉30，所述轉(zhuǎn)向電機的輸出軸通過轉(zhuǎn)向渦輪蝸桿減速器 與輪叉30傳動連接。轉(zhuǎn)向電機與轉(zhuǎn)向渦輪蝸桿減速器固接，內(nèi)置于彎桿下端的轉(zhuǎn)向渦輪蝸 桿減速器與彎桿固接，彎桿與輪叉30之間裝有滾動軸承，軸承蓋與彎桿下端面固接，輪叉 30與車輪輪軸鉸接。 結(jié)合圖3、4本發(fā)明在遇到不能翻越的巨石、隕石坑、裂縫等依靠自身難以翻越的 障礙時，可以緊急啟動攀爬機構(gòu)，由所述發(fā)射出去的勾槍17的回勾勾住任意借力點，由收 放滑輪18的拉線21回拉來翻越障礙，這是本發(fā)明借用了電影中的攀爬特技中使用的道具， 經(jīng)過改進實現(xiàn)發(fā)射。已知月球上有時會出現(xiàn)大風(fēng)，通過控制啟動風(fēng)袋22，所以本發(fā)明給出了 借用月球風(fēng)行進的方案，在所述車體9上部設(shè)置風(fēng)袋22，平時收縮在環(huán)形槽20內(nèi)，需要時 由控制機構(gòu)尋找風(fēng)向并定位，然后啟動兩根支撐桿23撐起風(fēng)袋22便可；并利用月球的低氣 壓，很容易的帶動所述月球車的前進，最大化的減少所述月球車自身能量的損耗，有效地延 長了能量的使用時限。 結(jié)合圖5，當(dāng)月球車檢測到前面有障礙物26時，通過控制實現(xiàn)主動仿形機構(gòu)執(zhí)行
相應(yīng)的指令，可實時調(diào)整各個車輪高度，使月球車沿著障礙物表面平穩(wěn)的行駛。 具體過程為由于月球車行走系統(tǒng)速度極其緩慢，當(dāng)月球車檢測到前面有障礙物
26時，通過將傳感器所獲得信息經(jīng)無線傳輸至主控PC機"圖中未顯示，需要說明的是控制
機構(gòu)不是本發(fā)明的保護范圍，因此為給與詳細的解釋"，主控PC機使用圖像識別和分析技術(shù)
獲得對象物體的形狀和位置信息，在人工指明目標(biāo)物后，主控PC機經(jīng)人工智能(模式識別、
路徑規(guī)劃、軌跡避碰等)計算；將控制指令通過無線傳輸給車體嵌入式控制計算機，控制各
個升降電機執(zhí)行相應(yīng)的指令，驅(qū)動升降渦輪蝸桿減速器帶動平行四邊形鉸鏈運動，實時調(diào)
節(jié)各個車輪的高度與速度，使之始終與障礙物表面接觸，保持月球車的相對水平。由于渦輪
蝸桿減速器具有反行程自鎖功能，在電機沒有驅(qū)動的時候，各種機構(gòu)將保持穩(wěn)定，這樣就提
高了月球車的穩(wěn)定性。 本發(fā)明升降裝置中巧妙地設(shè)計了延伸架和彎桿構(gòu)成的平行四邊形鉸鏈機構(gòu)，目的 是為了充分的發(fā)揮平行四邊形鉸鏈機構(gòu)對邊移動的平行性，增大車輪的最大垂直高度差， 垂直高度差越大，越野性能就越好。 結(jié)合圖6圖7，當(dāng)月球車爬越坡道27或波浪形坡道28時，為使月球車保持相對水 平，通過控制將四個車輪15的其中一個車輪15升高，同時另外的車輪15降低，使月球車的 重心始終保持在車體中心，這樣就提高了月球車行走系統(tǒng)的行駛平順性及抗顛覆性能。
結(jié)合圖8所述，通過控制將其中的一個輪臂和另一個輪臂分別以順時針方向轉(zhuǎn)45°將相應(yīng)的其它輪臂分別以逆時針方向轉(zhuǎn)45度，這樣就減小了月球車相對應(yīng)車輪15的 跨度，結(jié)合圖9，同時將四個車輪向相同的方向轉(zhuǎn)90° ，這樣就增大了相對應(yīng)車輪的跨度， 因此提高了月球車的通過性能。
權(quán)利要求
一種月球車，包括用于行走的主動仿形機構(gòu)；用于翻越巨型障礙物的緊急攀爬機構(gòu)；用于利用月球風(fēng)的風(fēng)箏飄行機構(gòu)，其特征是所述用于行走的主動仿形機構(gòu)包括四個相同配置的輪臂、車輪機構(gòu)，所述車體(9)的下部設(shè)有四個輪臂，輪臂包括下長桿(4)、上長桿(12)，輪臂的上長桿(12)一端設(shè)有延伸架(10)，延伸架(10)由鉸接機構(gòu)(6)與轉(zhuǎn)臂電機(1)連接，輪臂的下長桿(4)連接在升降渦輪蝸桿減速器(11)下部的升降電機(3)上，所述升降渦輪蝸桿減速器(11)的上部設(shè)有轉(zhuǎn)臂電機(1)和轉(zhuǎn)臂渦輪蝸桿減速器(2)，轉(zhuǎn)臂渦輪蝸桿減速器(2)的上端與車體(9)內(nèi)下部的滾動軸承(16)連接并滑動配合；所述輪臂的上長桿(12)、下長桿(4)的另一端分別與彎桿(5)的上下部連接，由上長桿(12)、下長桿(4)及兩端的彎桿(5)、延伸架(10)和升降渦輪蝸桿減速器(11)形成所述可移動的平行四邊形鉸鏈機構(gòu)，轉(zhuǎn)向電機(7)與彎桿(5)下部由鉸接機構(gòu)(6)鉸接，在轉(zhuǎn)向電機(7)下部內(nèi)的軸承(8)連接轉(zhuǎn)向渦輪蝸桿減速器(14)，在轉(zhuǎn)向渦輪蝸桿減速器(14)兩側(cè)設(shè)有向下延伸的輪叉(30)，輪叉(30)下端連接車輪(15)的輪軸，所述驅(qū)動電機(13)套接在輪軸上并與與車輪(15)齒和形成一輪臂、車輪(15)機構(gòu)，由四套輪臂、車輪(15)機構(gòu)構(gòu)成完整的用于行走的主動仿形機構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的月球車，其特征是車體(9)呈八角形設(shè)置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的月球車，其特征是在車體(9)下部的四套輪臂、車輪 (15)機構(gòu)呈正四角分布。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的月球車，其特征是所述用于翻越巨型障礙物的緊急攀爬機 構(gòu)，在車體上部中心位置設(shè)有一孔，孔內(nèi)設(shè)有勾槍(17)，所述勾槍(17)插在槍口 (19)中，勾 槍(17)的下端連接拉線(21)的一端，拉線(21)的另一端纏繞在收放滑輪(18)上形成翻 越巨型障礙物的緊急攀爬機構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的月球車，其特征是所述利用月球風(fēng)的風(fēng)箏飄行機構(gòu)，在車體 的上部面設(shè)置一環(huán)形槽(20)，所述環(huán)形槽(20)內(nèi)部呈放大的環(huán)形軌道(25)，所述環(huán)形軌道 (25)內(nèi)設(shè)有由兩個軸承(24)和兩個支撐桿(23)及兩個軸承(24)之間設(shè)置的連接板構(gòu)成 的滑動體，其中風(fēng)袋(22)的下部固定在連接板上，風(fēng)袋(22)兩側(cè)下部分別固定在兩個支撐 桿(23)上形成利用月球風(fēng)的風(fēng)箏飄行機構(gòu)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的月球車，其特征是風(fēng)袋(22)的口部邊緣設(shè)有加厚層。
全文摘要
一種月球車，包括四個相同配置的輪臂、車輪機構(gòu)，所述車體(9)的下部設(shè)有四個輪臂，輪臂的上長桿、下長桿(4)及兩端的彎桿(5)、延伸架和升降渦輪蝸桿減速器(11)形成所述可移動的平行四邊形鉸鏈機構(gòu)，在車體上部孔內(nèi)設(shè)有勾槍(17)，勾槍(17)的下端連接拉線(21)的一端，拉線(21)的另一端纏繞在收放滑輪(18)上，在車體的上部面設(shè)置的環(huán)形槽(20)內(nèi)部呈放大的環(huán)形軌道(25)，風(fēng)袋(22)兩側(cè)下部分別固定在兩個支撐桿(23)上；本發(fā)明利用行走系統(tǒng)的主動仿形機構(gòu)在坡道順利行走；并設(shè)有緊急啟動攀爬機構(gòu)翻越障礙和風(fēng)箏機構(gòu)，使本發(fā)明所述的月球車隨風(fēng)飄行，以便節(jié)約能源和工作時長。
文檔編號B64G1/16GK101704416SQ20091017265
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者劉萬強, 呂鋒, 張書濤, 張海英, 李建廷 申請人:河南科技大學(xué)