雙子星八輪月球車的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙子星月球車，包括“雙子星”車體結(jié)構(gòu)及協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、八輪臂協(xié)調(diào)垂直伸縮運動系統(tǒng)、攝像與紅外溫濕度探測系統(tǒng)、遠程監(jiān)控及控制系統(tǒng)、混合能源供給系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)穩(wěn)定性及可操作性強、能量利用率高、動力強大、機動靈活性強、環(huán)保節(jié)能、雙重行走系統(tǒng)。其各種獨特機構(gòu)及控制系統(tǒng)，提高了車的適應(yīng)能力，可作為月球車行走系統(tǒng);由于其具備優(yōu)越的靈活性，強大的驅(qū)動力，亦能適應(yīng)沙漠環(huán)境；“雙子星”車體結(jié)構(gòu)可在一定空間內(nèi)調(diào)整相對位置，在很大程度上提高了車體的靈活性，可應(yīng)用于專用重量級運輸車。
【專利說明】雙子星八輪月球車
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及探月器械領(lǐng)域，特別是一種具備強大的驅(qū)動力、優(yōu)越的越障爬坡性能、平穩(wěn)運動功能及很強的通過性能的雙子星八輪月球車。
【背景技術(shù)】
[0002]月球車(亦稱“月球探測遠程控制機器人”)是在月球表面行駛并對月球考察和收集分析樣品的專用車輛。
[0003]為了使月球車在月面上能夠順利行駛，美國、前蘇聯(lián)曾發(fā)射了一系列的衛(wèi)星探測，并對月面環(huán)境進行了反復(fù)的科學(xué)實驗，為在探測器上攜帶月球車的成功打下了可靠的基礎(chǔ)?？茖W(xué)家對經(jīng)由月球車月面的實地考察所帶回的寶貴資料進行了分析研究，大大深化了人類對月球的認識。1970年11月17日，蘇聯(lián)發(fā)射的“月球”17號探測器把世界上第一臺無人駕駛的月球車——“月球車”1號送上月球。此車約重1.8噸，在月面上行駛了 10.5公里，考察了 8萬平方米的月面。此后蘇聯(lián)送上月球的“月球車”2號行駛了 37公里，并向地球發(fā)回了 88幅月面全景圖。1971年9月30日，美國“阿波羅” 15號飛船登上月球，兩名宇航員駕駛月球車行駛了 27.9公里；“阿波羅” 16號、17號攜帶的月球車，分別在月面上行駛了 27公里和35公里，并利用月球車上的彩色攝像機和傳輸設(shè)備，向地球?qū)崟r地發(fā)回宇航員在月面上活動的情景及離開月球返回環(huán)月軌道時登月艙上升級發(fā)動機噴氣的景象。
[0004]目前各國相繼開始增強空間技術(shù)的投資力度，努力爭取在不久的未來在外太空占有自己的一席之地，美國的空間技術(shù)一直處于世界前列，2008年6月，為了盡快重返月球，美國宇航局推出了首輛月球車樣品，名為“戰(zhàn)車”(Chariot)?！皯?zhàn)車”從開始研發(fā)到完工只花了一年時間，有12個輪子，由2個電動馬達驅(qū)動，可兩級變速。歐洲航天局也在不斷加強對月球車研制技術(shù)的深入。
[0005]我國的嫦娥工程已經(jīng)啟動，月球車在空間探索中起著重要作用。國內(nèi)已有近20所高校及相關(guān)科研院所對我國月球車進行了研究，有些已經(jīng)取得了一定的成果，但是此前所設(shè)計的月球車基本都是在傳統(tǒng)月球車的基礎(chǔ)上進行了一定的改進，但并沒有打破傳統(tǒng)的設(shè)計模式，以致無法突破技術(shù)壁壘，在實際運用過程中出現(xiàn)很多問題。例如某月球車在陷入月球撞擊坑時失去聯(lián)系，導(dǎo)致一次探月行動的重大損失。針對以上問題，本發(fā)明提供了一種雙子星八輪月球車，“雙子星”車體結(jié)構(gòu)及協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，在遇到障礙時可通過計算機監(jiān)測并調(diào)整運行路線實現(xiàn)避障及相互救助。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:針對目前月球車存在的問題，提供一種雙子星八輪月球車，打破了傳統(tǒng)汽車和越野車的設(shè)計模式，針對月球表面復(fù)雜環(huán)境而設(shè)計各種獨特機構(gòu)和控制系統(tǒng)，具備強大的驅(qū)動力、優(yōu)越的越障爬坡性能、平穩(wěn)運動功能及很強的通過性倉泛。
[0007]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種雙子星八輪月球車，包括“雙子星”車體結(jié)構(gòu)及協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、八輪臂協(xié)調(diào)垂直伸縮運動系統(tǒng)、攝像與紅外溫濕度探測系統(tǒng)、遠程監(jiān)控及控制系統(tǒng)、混合能源供給系統(tǒng)?！半p子星”車體結(jié)構(gòu)及協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)包括車體、球鉸鏈、軸承、液壓連桿；驅(qū)動系統(tǒng)包括驅(qū)動電機、車輪、主動齒輪、從動齒輪、車輪支架、支軸；八輪臂協(xié)調(diào)垂直伸縮運動系統(tǒng)包括連接架和液壓缸；遠程監(jiān)控及控制系統(tǒng)包括傳感器部分、雙車體、操作控制臺；攝像與紅外溫濕度探測系統(tǒng)包括兩個CMU 2+攝像頭、視覺傳感器、溫濕度傳感器、溫濕度探頭、遙控接收收器、發(fā)射器、驅(qū)動電路；混合能源供給系統(tǒng)包括太陽能電池板和充放電鋰電池。
[0008]機器人采用雙車體結(jié)構(gòu)，車體主要用于固定其他系統(tǒng)，球鉸鏈通過軸承安裝在車體上，液壓連桿通過連接桿固定在球鉸鏈的末端，兩個液壓連桿通過中間的連接塊將兩個車體連接在一起。兩節(jié)車體可以在一定空間范圍內(nèi)自由運動，實時調(diào)整相對位置，在遇到障礙時通過將傳感器所獲得信息經(jīng)無線傳輸至主控PC機，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(模式識另Ij、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，自動控制車體運動，可實施相互救助。另外，可以根據(jù)實驗的需要增加相應(yīng)的車廂，猶如火車的車廂掛接，由于每節(jié)車廂的驅(qū)動系統(tǒng)是相對獨立的單元，即使其中某個車廂動力發(fā)生問題，也不會影響整個車體的正常運行。
[0009]八輪臂協(xié)調(diào)垂直伸縮液壓缸通過安裝架固定在車體上，通過輪臂自動伸縮調(diào)節(jié)車體高度，達到了間接調(diào)節(jié)底盤的目的，在一定范圍內(nèi)可保持車體的水平，實現(xiàn)減震功能；該系統(tǒng)亦能保證每個輪子在凸起或凹陷的環(huán)境條件下做仿形運動，實現(xiàn)了主動控制，提高了車對月面的適應(yīng)性能，即整車通過性能。
[0010]獨立轉(zhuǎn)向裝置固定在垂直伸縮液壓缸的底端，每個輪子都可獨立任何角度轉(zhuǎn)向，亦可整體協(xié)調(diào)一致轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)了車體的零轉(zhuǎn)彎半徑轉(zhuǎn)彎，很大程度上提高了月球車的轉(zhuǎn)向運動靈活性及整體運動靈活性。
[0011]支軸安裝在轉(zhuǎn)向裝置的下端，車輪支架固定在支軸的下面，電機固定在車輪支架上，通過電機帶動主動齒輪，主動齒輪和從動齒輪嚙合，進而帶動車輪運動。本發(fā)明精簡傳統(tǒng)汽車復(fù)雜的傳動機構(gòu)，直接由電動機輸入動力，采用動力輪獨立驅(qū)動機構(gòu)進行傳動，每個輪子都有一個驅(qū)動電機驅(qū)動，電動機經(jīng)過減速器直接將動力傳送到輪上，可大大提高車速及馬力，減少了復(fù)雜傳動機構(gòu)的能量損失，從而提高了能量利用效率，從而充分地利用了能源，并且解決了傳統(tǒng)電動汽車速度偏慢的問題。CMU 2+攝像頭安裝在車體上，并通車體內(nèi)部的轉(zhuǎn)向機構(gòu)可以保證在360度內(nèi)轉(zhuǎn)動，視覺傳感器、溫濕度傳感器、溫濕度探頭、遙控接收收器、發(fā)射器、驅(qū)動電路都安裝在車體內(nèi)部。能夠能夠跟蹤和監(jiān)視高對比度的區(qū)域，運動監(jiān)測，顏色識別以及檢測，跟蹤。同時還能輸出不同的視頻格式到計算機進行額外的圖像處理。
[0012]控制系統(tǒng)的傳感器和各模塊安裝在車體內(nèi)部，傳感器部分包含寬接入、多信息融合器。寬接入、多信息融合基于ARM9系統(tǒng)，由12位精度以上A/D、32路I/O、RS232通訊接口組成，能融合多種傳感器信號；雙車體包含嵌入式控制計算機和各關(guān)節(jié)伺服電機，能驅(qū)動各軸，分配各軸運動，處理和控制各種狀態(tài)量；操作控制臺部分包含主控PC機、指令解碼器、圖像解碼器、無線接收發(fā)射器等。CCD攝像機和超聲波傳感器所獲得的圖像信息、障礙物信息，經(jīng)無線傳輸至主控PC機。在人工指明目標(biāo)物后，主控PC機將控制指令通過無線傳輸給雙車體嵌入式控制計算機，自動控制雙車體協(xié)調(diào)運動。
[0013]太陽能電池板通過轉(zhuǎn)軸和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)安裝在車體上面，鋰電池位于車體內(nèi)部。電池板的伸展方向始終與太陽光直射方向保持垂直，保證最大的光照面積，有太陽能自動追蹤系統(tǒng)控制；在白天可有效補充能量，超容量鋰電池可間斷的充電放電，提供充足的能量供給。并且不產(chǎn)生任何廢棄物，體現(xiàn)了太空環(huán)保的理念。
[0014]本月球車采用六自由度機械臂，適用可作為月球車行走工具，亦可為月球車排除障礙物、開辟道路，增強了月球車對復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力。另外，雙連桿柔性機械臂通過計算機控制實施采樣工作，故還可作為采樣工具使用。
[0015]本發(fā)明所具有的技術(shù)優(yōu)勢是:控制系統(tǒng)穩(wěn)定性及可操作性強、能量利用率高、動力強大、機動靈活性強、環(huán)保節(jié)能、雙重行走系統(tǒng)。其各種獨特機構(gòu)及控制系統(tǒng)，提高了車的適應(yīng)能力，可作為月球車行走系統(tǒng)；由于其具備優(yōu)越的靈活性，強大的驅(qū)動力，亦能適應(yīng)沙漠環(huán)境；獨立驅(qū)動與獨立轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有很大的研發(fā)前景，其應(yīng)用于電動汽車可有效提高速度的限制雙子星”車體結(jié)構(gòu)可在一定空間內(nèi)調(diào)整相對位置，在很大程度上提高了車體的靈活性，可應(yīng)用于專用重量級運輸車。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是月球車結(jié)構(gòu)圖
其中:1.安裝架2.垂直伸縮液壓缸3.獨立轉(zhuǎn)向機構(gòu)4.支軸5.驅(qū)動電機6.車輪支架7.車輪8.從動齒輪9.主動齒輪10.車體11.球鉸鏈12.攝像頭支架13.攝像頭14.太陽能電池板15.轉(zhuǎn)軸16.旋轉(zhuǎn)機構(gòu)17.液壓連桿連接塊18.液壓連桿19.連接塊
【具體實施方式】
[0017]如圖所示，本發(fā)明包括“雙子星”車體結(jié)構(gòu)及協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、八輪臂協(xié)調(diào)垂直伸縮運動系統(tǒng)、攝像與紅外溫濕度探測系統(tǒng)、遠程監(jiān)控及控制系統(tǒng)、混合能源供給系統(tǒng)?！半p子星”車體結(jié)構(gòu)及協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)包括車體、球鉸鏈、軸承、液壓連桿；驅(qū)動系統(tǒng)包括驅(qū)動電機、車輪、主動齒輪、從動齒輪、車輪支架、支軸；八輪臂協(xié)調(diào)垂直伸縮運動系統(tǒng)包括連接架和液壓缸；遠程監(jiān)控及控制系統(tǒng)包括傳感器部分、雙車體、操作控制臺；攝像與紅外溫濕度探測系統(tǒng)包括兩個CMU 2+攝像頭、視覺傳感器、溫濕度傳感器、溫濕度探頭、遙控接收收器、發(fā)射器、驅(qū)動電路；混合能源供給系統(tǒng)包括太陽能電池板和充放電鋰電池。
[0018]機器人采用雙車體結(jié)構(gòu)，車體10主要用于固定其他系統(tǒng)，球鉸鏈11通過軸承安裝在車體10上，液壓連桿18通過連接桿19固定在球鉸鏈11的末端，兩個液壓連桿18通過中間的連接塊19將兩個車體10連接在一起。
[0019]八輪臂協(xié)調(diào)垂直伸縮液壓缸2通過安裝架I固定在車體10上，通過輪臂自動伸縮調(diào)節(jié)車體高度，達到了間接調(diào)節(jié)底盤的目的，在一定范圍內(nèi)可保持車體的水平，實現(xiàn)減震功能；該系統(tǒng)亦能保證每個輪子在凸起或凹陷的環(huán)境條件下做仿形運動，實現(xiàn)了主動控制，提高了車對月面的適應(yīng)性能，即整車通過性能。
[0020]獨立轉(zhuǎn)向裝置3固定在垂直伸縮液壓缸的底端，每個輪子都可獨立任何角度轉(zhuǎn)向，亦可整體協(xié)調(diào)一致轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)了車體的零轉(zhuǎn)彎半徑轉(zhuǎn)彎，很大程度上提高了月球車的轉(zhuǎn)向運動靈活性及整體運動靈活性。[0021]支軸4安裝在轉(zhuǎn)向裝置3的下端，車輪支架6固定在支軸4的下面，電機5固定在車輪支架6上，通過電機5帶動主動齒輪9，主動齒輪9和從動齒輪8嚙合，進而帶動車輪7運動。
[0022]CMU 2+攝像頭13通過安裝架12安裝在車體10上，并通車體內(nèi)部的轉(zhuǎn)向機構(gòu)可以保證在360度內(nèi)轉(zhuǎn)動，視覺傳感器、溫濕度傳感器、溫濕度探頭、遙控接收收器、發(fā)射器、驅(qū)動電路都安裝在車體10內(nèi)部。
[0023]控制系統(tǒng)的傳感器和各模塊安裝在車體10內(nèi)部。
[0024]太陽能電池板14通過轉(zhuǎn)軸15和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)16安裝在車體10上面，鋰電池位于車體10內(nèi)部。電池板的伸展方向始終與太陽光直射方向保持垂直，保證最大的光照面積，有太陽能自動追蹤系統(tǒng)控制；在白天可有效補充能量，超容量鋰電池可間斷的充電放電，提供充足的能量供給。并且不產(chǎn)生任何廢棄物，體現(xiàn)了太空環(huán)保的理念。
[0025]
該月球車可為月球車行走系統(tǒng)、未來電動汽車、專用重量級運輸車、電動沙漠車的發(fā)展方向提供了一種嶄新的思路，存在廣闊的開發(fā)前景。
【權(quán)利要求】
1.一種雙子星月球車，包括“雙子星”車體結(jié)構(gòu)及協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、八輪臂協(xié)調(diào)垂直伸縮運動系統(tǒng)、攝像與紅外溫濕度探測系統(tǒng)、遠程監(jiān)控及控制系統(tǒng)、混合能源供給系統(tǒng)；“雙子星”車體結(jié)構(gòu)及協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)包括車體、球鉸鏈、軸承、液壓連桿；驅(qū)動系統(tǒng)包括驅(qū)動電機、車輪、主動齒輪、從動齒輪、車輪支架、支軸；八輪臂協(xié)調(diào)垂直伸縮運動系統(tǒng)包括連接架和液壓缸；遠程監(jiān)控及控制系統(tǒng)包括傳感器部分、雙車體、操作控制臺；攝像與紅外溫濕度探測系統(tǒng)包括兩個CMU 2+攝像頭、視覺傳感器、溫濕度傳感器、溫濕度探頭、遙控接收收器、發(fā)射器、驅(qū)動電路；混合能源供給系統(tǒng)包括太陽能電池板和充放電鋰電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙子星月球車，其特征在于:采用雙車體結(jié)構(gòu)，車體(10)主要用于固定其他系統(tǒng)，球鉸鏈(11)通過軸承安裝在車體(10)上，液壓連桿(18)通過連接桿(19)固定在球鉸鏈(11)的末端，兩個液壓連桿(18)通過中間的連接塊(19)將兩個車體(10)連接在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙子星球車，其特征在于:八輪臂協(xié)調(diào)垂直伸縮液壓缸(2)通過安裝架(I)固定在車體(10)上，通過輪臂自動伸縮調(diào)節(jié)車體高度，達到了間接調(diào)節(jié)底盤的目的，在一定范圍內(nèi)可保持車體的水平，實現(xiàn)減震功能。
【文檔編號】B64G1/16GK103803100SQ201210446844
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月11日
【發(fā)明者】王也 申請人:上海市閔行區(qū)知識產(chǎn)權(quán)保護協(xié)會