行星轮式星球车行走系统的制作方法

专利名称：行星轮式星球车行走系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种航天用地外车，特别是涉及一种行星轮式星球车行走系统。
背景技术：
目前的外星探测车辆多采用多轮并列的摇臂悬架机构作为行走系统的主要构型。如苏联发射的"月球车1号"釆用的为单侧双摇臂悬架的并列8轮结 构。而美国发射的火星车"索杰纳"和"机遇号"则采用的是单侧布置由2轮 摇臂悬架发展而来的3轮摇臂悬架的结构。但这种悬架对于外星体未知的复杂 环境来讲，通过能力是远远不够的。2005年4月底，美国"机遇号"火星车由 于开上了 1个30厘米高的沙堆而动弹不得，受困达1个月之久。
又如，公开号为CN1597416A的中国发明专利申请公开说明书于2005年 3月23日公开了一种八轮对称悬架式车载机构，它由两个单侧独立悬架机构、 主车体组成，两个单侧独立悬架机构设置在主车体的左右两侧，副摇臂的前侧 下端与中前轮铰接，前主摇臂的前端与前轮铰接，前主摇臂的后端与副摇臂的 前侧铰接，后主摇臂的后端与后轮交接。该发明专利申请公布的八轮对称悬架 式车载机构虽对摇臂式悬架有所改进，却并没有大幅提高车辆的通过能力，而 且不便于实现星际探测车辆所必需的伸缩和扩展能力。
再如，公开号为CN1718509A的中国发明专利申请公开说明书于2006年 1月11日公开了一种月球探测车六轮对称主动式悬架机构，该机构包括两组悬 架机构、车体、车体平衡机构，两组悬架机构对称设在车体的两侧，两组悬架 机构与车体铰接，车体平衡机构设在车体内部并与悬架机构铰接。该发明申请 采用六轮独立驱动、前后四轮独立转向的方式移动，前轮通过前摇臂相对于后 摇臂的电动驱动伸缩实现收拢和展开，转摆臂通过电动驱动180度转动实现后 轮向车体中轴线收拢，转摆臂还通过电动驱动上摆使车体下降高度直至车体底 部与地面接触，从而实现高度方向的收拢。该结构虽然在类似于美国"机遇号"的摇臂悬架上实现了伸縮和扩展，却并未获得更大的通过能力。 发明内容为克服现有行星轮式车辆的不足，本发明提供一种行星轮式星球车行走系 统，既具有很高的通过能力，又具有收拢扩展能力。 本发明是通过如下技术方案来实现的一种行星轮式星球车行走系统，包括车体，还包括两个行星轮和前后辅助 轮，所述行星轮分别设置于车体左右两侧，中间由同步装置相连；所述前后辅 助轮分别设置于车体的前后，中间通过设置于车体中央的联动装置相连。所述行星轮包括双轮轮架、单轮轮架、及分别安装于双轮轮架和单轮轮架 上的行星轮车轮，双轮轮架和单轮轮架安装于同一旋转轴线上，且双轮轮架相 对于车体、单轮轮架相对于双轮轮架，均能围绕该轴线旋转。所述行星轮的双轮轮架的车轮安装架安装在齿轮心套上，单轮轮架安装在心轴的外端上；齿轮心套通过心套轴承支撑在车体形成的安装腔里，齿轮心套 外端有密封装置；心轴支撑在齿轮心套的内腔里，心轴里端与可变车轮支架驱 动器相连，可变车轮支架驱动器固定安装在齿轮心套里端面上；整体转动驱动 器固定在车体上，驱动齿轮连接在整体驱动器上，并与齿轮心套上的齿轮啮合。 所述联动装置包括顺次连接的前辅助轮轮架、前带驱动器摇臂、前拉杆、 双摇臂、后拉杆、后带驱动器摇臂、后辅助轮轮架，前、后辅助轮分别连接在 前辅助轮轮架和后辅助轮轮架上，前辅助轮轮架和前带驱动器摇臂之间设有前 扭杆，后辅助轮轮架和后带驱动器摇臂之间设有后扭杆。 所述车轮、前辅助轮和后辅助轮均为独立驱动的车轮。 所述双轮轮架的两个臂的夹角a为120度，所述单轮轮架与双轮轮架的1 个臂的旋转夹角e范围为60-195度；双轮轮架为可相对于车体多圈连续旋转 的车轮安装架。所述单轮轮架与双轮轮架的1个臂的夹角6为60度。 所述单轮轮架与双轮轮架的1个臂的夹角8为195度。 所述单轮轮架与双轮轮架的1个臂的夹角0为120度。 本发明与现有技术相比具有以下有益效果 1、 本发明在车轮均布的情况下，行星轮整体转动可大幅提升车辆的行驶通过能力和越障能力；2、 本发明在改变含2个车轮支架的车轮安装架和含1个车轮支架的车轮安装架之间的角度后，可实现车辆距地高度的调节；3、 本发明在改变含2个车轮支架的车轮安装架和含1个车轮支架的车轮 安装架之间的角度后，还可实现车辆的收拢和展开；4、 本发明在正常行驶过程中接地两轮中的1个车轮发生故障时，可将另 一个车轮旋转至接触地面，作为行驶轮使用，从而为车辆提供了一定的备选行 驶方案，增加了车辆的风险抵御能力。5、 本发明的行星轮式星球车行走系统带弹性装置及驱动器的前后辅助轮 联动机构的存在也使得车辆的稳定性及受载均匀性大大增加。6、 本发明既实现了车辆软地与障碍通过能力的提高，又使得车辆具备了 收拢展开、车体距地高调节、整车侧倾及具有备选行驶方案的能力。


图1是本发明的基本组成结构示意图；图2是本发明行星轮中间旋转部分的剖视图；图3是本发明前后轮联动装置的机械原理图；图4是由图1中前带驱动器摇臂、前辅助轮轮架和前扭杆组成的带弹性驱动装置的剖视图；图5是本发明整车收拢起来的状态图；图6是本发明整车调整成最大离地间隙状态的外形图；图7是本发明整车调整成最小离地间隙状态的外形图；图8是本发明整车分别调节车厢两侧的车体距地高，从而在斜坡上保持平衡的示意图；图9是本发明中同步装置的一个实施例剖视图。 图中l一行星轮车轮2 —双轮轮架3 —前拉杆4一前带驱动器摇臂5 —前 辅助轮轮架6 —前辅助轮7 —前扭杆8 —同步装置 9一双摇臂IO —单 轮轮架ll一后辅助轮12 —后辅助轮轮架13 —后扭杆14一后带驱动器
摇臂15 —后拉杆16 —旋转部分17 —行星轮2-l —车轮安装架2-2 —密封装置2-3 —齿轮心套2-4—心轴2-5 —心 套轴承2-6 —心轴密封装置2-7—整体转动驱动器2-8 —驱动齿轮2-9— 心轴轴承2-10 —可变车轮支架驱动器2-11 —心套轴承2-12 —车体4- l一前摇臂4-2 —前摇臂锁圈4-3 —驱动器安装架4-4 —驱动器4-5 一驱动齿轮5- l —内轴承顶圈5-2.外轴承顶圈5-3 —外轴承 5-4 —外轴承密封 5-5 —车体5-6 —前辅助轮安装架5-7—内轴承5-8 —轴套5-9—内齿圈 5-10—内轴承密封7-1 _扭杆7-2 —扭杆套7-3 —滑动轴承7-4 —锁紧螺栓具体实施方式
如图1所示，是本发明的基本组成结构示意图。三个行星轮车轮1分别安 装在双轮轮架2和单轮轮架10上，双轮轮架2和单轮轮架10安装在旋转部分 16上，且均能围绕车体上的旋转轴线旋转，由此形成一个行星轮17。两个行 星轮分列于车体左右两侧，中间由同步装置8相连。各车轮均为独立驱动，驱动器与车轮作为一体。如图2所示，是本发明行星轮中间旋转部分的剖视图。在图2中，双轮轮 架的车轮安装架2-1安装在齿轮心套2-3上，单轮轮架10安装在心轴2-4上； 齿轮心套2-3通过心套轴承2-11支撑在车体2-12形成的安装腔里，齿轮心套 2-3外端有密封装置2-2，心套轴承2-5与心轴2-4之间有心轴密封装置2-6， 密封装置如骨架式橡胶密封圈、B型橡胶防尘密封圈、旋转轴唇形密封圈等； 心轴2-4通过心轴轴承2-9支撑在齿轮心套2-3的内腔里，心轴2-4通过其里 端的内花键与可变车轮支架驱动器2-10相连，可变车轮支架驱动器2-10通过 螺栓安装在齿轮心套2-3里端面上；整体转动驱动器2-7固定在车体2-12上， 驱动齿轮2-8连接在整体驱动器2-7上，并与齿轮心套2-3上的齿轮啮合，由 整体转动驱动器2-7驱动它们转动。双轮轮架2的两个车轮安装架2-l之间的角度ct不变，为120度。单轮轮 架10相对于双轮轮架2可转动，且旋转夹角e为60-195度中的任意角度，如 60度、120度、180度、195度等，转动的驱动力来自可变车轮支架驱动器2-10。
整体转动驱动器2-7固定在车体2-12上，通过驱动齿轮2-8输出动力；可 变车轮支架驱动器2-10固定在齿轮心套2-3上，通过心轴2-4输出动力。在可变车轮支架驱动器2-10锁死时，双轮轮架2和单轮轮架10之间角度 保持120度不变，成为一个行星轮。整体转动驱动器2-7转动时，驱动齿轮2-8 带动齿轮心套2-3转动，双轮轮架2和单轮轮架10组成的行星轮架整体转动。在整体转动驱动器2-7处于解锁状态，可变车轮支架驱动器2-10转动时， 双轮轮架2和单轮轮架10之间角度发生变化，此时因为重力的原因，接地两 车轮对称分布在行星轮中心两侧。如图3所示，是本发明前后轮联动装置的机械原理图。联动装置包括顺次 连接的前辅助轮轮架5、前带驱动器摇臂4、前拉杆3、双摇臂9、后拉杆15、 后带驱动器摇臂14、后辅助轮轮架12，前辅助轮6和后辅助轮11分别连接在 前辅助轮轮架5和后辅助轮轮架12上，前辅助轮轮架5和前带驱动器摇臂4 之间连接有前扭杆7，后辅助轮轮架12和后带驱动器摇臂14之间连接有后扭 杆13。在图3中，前带驱动器摇臂4上的驱动器可以带动前辅助轮轮架5和前辅 助轮6绕固定在车体上的轴线转动；后带驱动器摇臂14上的驱动器可以带动 后辅助轮轮架12和后辅助轮11绕固定在车体上的轴线转动；前带驱动器摇臂 4和后带驱动器摇臂14通过前后拉杆3和15与双摇臂9相连；前带驱动器摇 臂4和后带驱动器摇臂14均通过弹性装置-前后扭杆7和13组成相近的结构 与车体相连。如图4所示，是由图1中前带驱动器摇臂、前辅助轮轮架和前扭杆组成的 带弹性驱动装置的剖视图。在图4中，前辅助轮安装架5-6通过两个外轴承5-3 及其外轴承密封5-4、外轴承顶圈5-2安装在车体上的同心孔上，前扭杆7的 扭杆套7-2通过两个内轴承5-7及相应的内轴承密封5-10、内轴承顶圈5-1、 轴套5-8安装在前辅助轮安装架5-6的与其旋转轴线同心的孔里。在前辅助轮 安装架5-6的孔的一端有内齿圈5-9通过螺栓与其相连。在扭杆套的同一端， 带驱动齿轮4-5的驱动器4-4通过驱动器安装架4-3与扭杆套7-2相连，连接 方式为花键；与前拉杆3连接的前摇臂以同样的连接方式与扭杆套7-2相连； 两者通过前摇臂锁圈4-2固定。扭杆7-1的同一端通过锁紧螺栓7-4锁死在车 体上。扭杆7-1和扭杆套7-2共同组成车辆的前部弹性元件。2-12车体与5-5
车体为车辆车厢的不同部位。当前后辅助轮均着地时，旋转前后两个驱动器4-4，使得图3中前后带驱 动器摇臂4和14分别按照顺时针和逆时针方向旋转。弹性元件产生扭曲，当 前后辅助轮对地面压力的大小等于整车重量的1/6时，锁死电机，联动装置在 两个相反力作用下实现平衡，从而实现对前后辅助轮的加载。如图5所示，是本发明整车收拢起来的状态图。单轮轮架10的车轮和双 轮轮架2的一个车轮接地，接地的双轮轮架2的一个臂与单轮轮架10之间的 夹角为0=195° ，双轮轮架悬空的一个车轮与单轮轮架的车轮接近相切，同时 前后辅助轮在驱动器的作用下向上收起，这时，整车呈收拢状态。图6是本发明整车调整成最大离地间隙状态的外形图。当单轮轮架旋转至 与双轮轮架接地的1个臂之间的角度为0=60°时，星球车的离地间隙为最大。图7是本发明整车调整成最小离地间隙状态的外形图。当单轮轮架旋转至 与双轮轮架接地的1个臂之间的角度为6=180°时，星球车的离地间隙为最 小。图8是本发明整车分别调节车厢两侧的车体距地高，使得车厢与地面保持 平行，从而在斜坡上保持平衡的示意图。图9是同步装置的一个实施例的剖视图，采用的是牙嵌式电磁离合器。 本发明的工作过程如下正常行驶时，可变车轮支架驱动器2-10把行星轮锁止至均布状态，整体 转动驱动器2-7处于解锁状态，两行星轮间的同步装置8处于分离状态，这样 就保证了中间四轮处于均匀受载的状态。此时调整前后带驱动器摇臂4和14 的驱动器使得前后辅助轮6和11下压，因为驱动器安装架4-3与扭杆套7-2 连接，当车轮接触地面不能继续下压后，在驱动器4-4的作用下，扭杆套7-2、 扭杆7-1组成的弹性环节受载。根据车辆的情况调节前后辅助轮6和11的载 荷后，驱动器4-4处于锁止状态。当车辆遇到较小突起障碍时，前辅助轮6在地形的作用下抬起，前部弹性 环节载荷增加，此时联动装置向后推动，后部弹性环节受载增加，起到了缓冲 前部载荷的作用。在遇到较大障碍时，前辅助轮6可在驱动器4-4的作用下抬 起，搭上障碍，然后再加载实现爬越障碍。当遇到较松软地面时，可变车轮支架驱动器2-10把行星轮锁止至均布状
态，两行星轮间的同步装置8处于结合状态，行星轮各车轮处于锁止状态。驱 动整体转动驱动器2-7转动，行星轮整体转动，使得整车的软地通过能力大大 增加。当需要收拢时，整体转动驱动器2-7处于解锁状态，两行星轮间的同步装 置8处于分离状态，可变车轮支架驱动器2-10转动，单轮轮架10的车轮和双 轮轮架2的一个车轮接地，接地的双轮轮架2的一个臂与单轮轮架10之间的 夹角为0=195° ，双轮轮架悬空的一个车轮与单轮轮架的车轮接近相切，同时 前后辅助轮在驱动器的作用下向上收起，这时，整车呈收拢状态。同时前后辅 助轮6和11在驱动器的作用下，向上收起，从而实现整车的收拢。当需要降低车体距地高时，按照前面所述收拢时的方法，把接地两轮之间 的角度0调整为120-180度之间的实际需要的任意角度，同时保证前后辅助轮 6和11接地并加载。调整完毕后，可变车轮支架驱动器2-10与前后辅助轮6 和11的驱动器4-4均锁止。车辆即可以低于正常行驶车体距地高(双轮轮架 的两个安装架与单轮轮架的角度均为120度)的状态行驶。当需要抬升车体距地高时，按照前面所述收拢时的方法，可以把接地两轮 之间的角度调整为60-120度之间的任意角度，角度的大小依据实际需要车辆 以多高的距地高行驶来确定。同时保证前后辅助轮6和11接地并加载。调整 完毕后，可变车轮支架驱动器2-10与前后辅助轮6和11的驱动器4-4均锁止。 车辆即可以高于正常行驶车体距地高的状态行驶。当车辆在斜坡上时，按照前面调节车体距地高的方法，分别将两侧的行星 轮接地两轮之间的角度分别调整为60-120度和120-180度之间的一个角度，直 至整车车体与地面平行，从而实现了整车的倾斜。在把在某一斜坡上横行的车 辆调整为车体接近水平后，可变车轮支架驱动器2-10与前后辅助轮6和11的 驱动器4-4均锁止，车辆即可在横坡上行驶。当车辆接地2轮中的一个发生故障时，旋转整体转动驱动器2-7，使行星 轮的另一轮和接地两轮中的未发生故障的车轮接地，整车仍能正常行驶。当辅 助轮发生故障时，把前后辅助轮6和11收起，整体转动驱动器2-7锁止，整 车仍具有行驶能力。
权利要求
1、一种行星轮式星球车行走系统，包括车体(2-12)，其特征在于，还包括两个行星轮(17)和前、后辅助轮(6，11)，所述行星轮(17)分别设置于车体左右两侧，中间由同步装置相连；所述前后辅助轮(6，11)分别设置于车体的前后，中间通过设置于车体中央的联动装置相连。
2、 根据权利要求1所述的行星轮式星球车行走系统，其特征在于，所述 行星轮(17)包括双轮轮架(2)、单轮轮架(10)、及分别安装于双轮轮架(2) 和单轮轮架(10)上的行星轮车轮(1)，双轮轮架(2)和单轮轮架(10)安 装于同一旋转轴线上，且双轮轮架(2)相对于车体、单轮轮架(10)相对于 双轮轮架(2)，均能围绕该轴线旋转。
3、 根据权利要求2所述的行星轮式星球车行走系统，其特征在于所述 行星轮的双轮轮架的车轮安装架(2-1)安装在齿轮心套(2-3)上，单轮轮架(10)安装在心轴(2-4)的外端上；齿轮心套(2-3)通过心套轴承(2-11) 支撑在车体(2-12)形成的安装腔里，齿轮心套(2-3)外端有密封装置(2-2); 心轴(2-4)支撑在齿轮心套(2-3)的内腔里，心轴(2-4)里端与可变车轮支 架驱动器(2-10)相连，可变车轮支架驱动器(2-10)固定安装在齿轮心套(2-3) 里端面上；整体转动驱动器(2-7)固定在车体(2-12)上，驱动齿轮(2-8) 连接在整体驱动器(2-7)上，并与齿轮心套(2-3)上的齿轮啮合。
4、 根据权利要求1所述的行星轮式星球车行走系统，其特征在于，所述 联动装置包括顺次连接的前辅助轮轮架(5)、前带驱动器摇臂(4)、前拉杆G)、 双摇臂(9)、后拉杆(15)、后带驱动器摇臂(14)、后辅助轮轮架(12)，前、 后辅助轮(6、 11)分别连接在前辅助轮轮架(5)和后辅助轮轮架(12)上， 前辅助轮轮架(5)和前带驱动器摇臂(4)之间设有前扭杆(7)，后辅助轮轮 架(12)和后带驱动器摇臂(14)之间设有后扭杆(13)。
5、 根据权利要求1所述的行星轮式星球车行走系统，其特征在于，所述 车轮(1)、前辅助轮(6)和后辅助轮(11)均为独立驱动的车轮。
6、 根据权利要求1所述的行星轮式星球车行走系统，其特征在于，所述 双轮轮架(2)的两个臂的夹角ct为120度，所述单轮轮架(10)与双轮轮架(2)的1个臂的旋转夹角9范围为60-195度；双轮轮架(2)为可相对于车 体多圈连续旋转的车轮安装架。
7、 根据权利要求6所述的行星轮式星球车行走系统，其特征在于，所述 单轮轮架(10)与双轮轮架(2)的l个臂的夹角e为60度。
8、 根据权利要求6所述的行星轮式星球车行走系统，其特征在于，所述 单轮轮架(10)与双轮轮架(2)的1个臂的夹角e为195度。
9、 根据权利要求6所述的行星轮式星球车行走系统，其特征在于，所述 单轮轮架(10)与双轮轮架(2)的1个臂的夹角e为120度。
全文摘要
本发明公开了一种行星轮式星球车行走系统，包括车体，还包括两个行星轮和前后辅助轮，所述行星轮分别设置于车体左右两侧，中间由同步装置相连；所述前后辅助轮分别设置于车体的前后，中间通过设置于车体中央的联动装置相连。本发明既实现了车辆软地与障碍通过能力的提高，又使得车辆具备了收拢展开、车体距地高调节、整车侧倾及具有备选行驶方案的能力。
文档编号B62D57/00GK101130375SQ20061011138
公开日2008年2月27日 申请日期2006年8月25日 优先权日2006年8月25日
发明者卢国轩, 杨树岭, 磊 江, 波 苏, 许大浦 申请人:中国北方车辆研究所