[發(fā)明專利]一種四輪行星車移動(dòng)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410077530.6
• 申請(qǐng)日: 2014-03-05
• 公開（公告）號(hào): CN103802656A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 居鶴華;趙東暢;詹偉;張良坪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B60K7/00
• 分類號(hào): B60K7/00;B60L15/00
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)器人自動(dòng)化領(lǐng)域，涉及一種新型四輪行星車的分布式驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，人類的探索步伐已經(jīng)延伸到了地外星球。行星車是人類用來進(jìn)行無人星際探索，探測(cè)地外行星物質(zhì)的有利武器。

目前已經(jīng)應(yīng)用或即將應(yīng)用于深空探測(cè)工程的行星車以六輪機(jī)器人系統(tǒng)為主，結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜，導(dǎo)致體積和質(zhì)量龐大，影響了可靠性和靈活性。四輪行星車比傳統(tǒng)的六輪行星車結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、輕便，降低了功耗，提高了機(jī)動(dòng)性。申請(qǐng)?zhí)枮?00910172652.2的專利公開了一種月球車結(jié)構(gòu)，車體采用八角形設(shè)置，車體下部采用四套輪臂、車輪的正四角形主動(dòng)仿形機(jī)構(gòu)分布。該設(shè)計(jì)使用了4個(gè)轉(zhuǎn)臂電機(jī)、4個(gè)轉(zhuǎn)向電機(jī)，4個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和4個(gè)升降電機(jī)。雖提高了月球車的平穩(wěn)性和地形適應(yīng)性，但是除驅(qū)動(dòng)電機(jī)外的其他電機(jī)均置于裸露環(huán)境中，由于月球復(fù)雜的地貌，月塵大量聚集月面，使得電機(jī)工作的可靠性受到了極大挑戰(zhàn)。因此減少電機(jī)個(gè)數(shù)并將電機(jī)置于車輪內(nèi)部密閉空間是提升行星車在惡劣環(huán)境中可靠工作的新思路。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有四輪行星車電機(jī)裸露在惡劣環(huán)境中可能引起可靠性降低的缺陷，本發(fā)明公開了一種新型四輪行星車移動(dòng)系統(tǒng)，采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊的機(jī)構(gòu)，將電機(jī)置于車輪內(nèi)部密閉空間，能適應(yīng)在惡劣環(huán)境下作業(yè)。

一種四輪行星車移動(dòng)系統(tǒng)，由上位機(jī)和下位機(jī)組成。其中，上位機(jī)為PC機(jī)，采用無線方式與下位機(jī)通信；下位機(jī)由移動(dòng)子系統(tǒng)、下位機(jī)控制模塊和CAN總線系統(tǒng)組成。

移動(dòng)子系統(tǒng)包括：四個(gè)車輪2，四個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)4，四個(gè)搖臂3，四個(gè)搖臂與車體的連接裝置6，四個(gè)鉸鏈5，一個(gè)橫軸7以及一個(gè)行星車車廂1。其中，

車輪2采用中空式剛性輪，四個(gè)車輪為獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。每個(gè)車輪包括：一個(gè)輪體201，一個(gè)輪轂202，一套減速機(jī)構(gòu)203，一個(gè)制動(dòng)器204，一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)205，一個(gè)方向電機(jī)206，一個(gè)與搖臂相連的法蘭207和一個(gè)電機(jī)套法蘭盤208。其中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)205和方向電機(jī)206均采用高精度無刷直流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)精確的位置和速度控制。驅(qū)動(dòng)電機(jī)205輸出轉(zhuǎn)速和扭矩，通過控制其轉(zhuǎn)速和扭矩控制車輪的轉(zhuǎn)速和扭矩，通過控制其正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)整車的前進(jìn)與后退。方向電機(jī)206輸出轉(zhuǎn)動(dòng)位置，通過控制其轉(zhuǎn)動(dòng)角度控制車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，通過控制其正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)整車的轉(zhuǎn)向。制動(dòng)器204用于驅(qū)動(dòng)輪的制動(dòng)。減速機(jī)構(gòu)203用于降低電機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速，同時(shí)提高輸出扭矩。電機(jī)套法蘭盤208和與搖臂相連的法蘭207齒合，從而將車輪固定在搖臂3上，起到車輪2與搖臂3之間的連接作用。輪轂202用于連接輪圈，通過輪轂202的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)整個(gè)車輪2的轉(zhuǎn)動(dòng)。

轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)4一端鉸接在搖臂3上，另一端則與車輪電機(jī)套法蘭盤208相連。通過方向電機(jī)206的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)整車的轉(zhuǎn)向功能。

搖臂3的前端通過搖臂與車體的連接裝置6與行星車車廂1相連，搖臂3的后端通過鉸鏈5連接一個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)4。通過搖臂3的控制可以實(shí)現(xiàn)整車的重心調(diào)整，維持車體的平衡，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的最優(yōu)化。

搖臂與車體的連接裝置6安裝于車體上，用于實(shí)現(xiàn)移動(dòng)子系統(tǒng)與車體之間的連接。

橫軸7安裝于車體中心，用于搖臂與車體的連接裝置6的安裝與固定。

行星車車廂1置于橫軸7之上，并與橫軸7組成上部車體，用于搭載儀器設(shè)備。

整車移動(dòng)系統(tǒng)車廂由一根橫軸7支持，另有四個(gè)搖臂3保證車廂的穩(wěn)定性。行星車總重50kg，車輪采用剛性輪，車輪直徑車輪寬度b=150mm，正常行駛車速為v=60m/h。行星車可實(shí)現(xiàn)直線前進(jìn)和后退運(yùn)動(dòng)，圓弧運(yùn)動(dòng)和圓周轉(zhuǎn)動(dòng)功能。

下位機(jī)控制模塊由主處理器模塊、無線通信模塊、運(yùn)動(dòng)控制器和編碼器組成。其中，

主處理器模塊為中央控制單元，其功能是根據(jù)不同狀況發(fā)送任務(wù)，與運(yùn)動(dòng)控制模塊、上位PC機(jī)通信，接收上位PC機(jī)的指令并執(zhí)行，分析編碼器獲得的車輪信息，并將整理后獲得的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位PC機(jī)。

無線通信模塊采用基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)，是上位PC機(jī)和主處理器模塊之間數(shù)據(jù)通信的接口。作用是接收上位PC機(jī)發(fā)送的控制信息，同時(shí)向上位PC機(jī)上傳行星車車輪位置、速度信息，實(shí)現(xiàn)上位PC機(jī)對(duì)于行星車的實(shí)時(shí)操作。

運(yùn)動(dòng)控制器包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器和方向電機(jī)控制器，每個(gè)車輪都有一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器和一個(gè)方向電機(jī)控制器，分別控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)206和方向電機(jī)208。

編碼器是采用CAN接口的絕對(duì)編碼器，每個(gè)車輪都安裝一個(gè)編碼器，用于檢測(cè)車輪的初始角度信息。