[發明專利]一種可重復飛行輪腿復合移動機器人

有效

• 申請號: 201810331539.3
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108839822B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 邢琰;解永春;胡勇;滕寶毅;文聞;吳云;林震;孫鯤
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: B64G1/16
• 分類號: B64G1/16;B60F5/02;B62D57/028
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

一種可重復飛行輪腿復合移動機器人，包括主艙體、輪腿復合移動機構、推進系統、測控和載荷；主艙體作為機器人的主承力結構，為輪腿復合移動機構、推進系統、制導導航與控制系統、電源、測控和載荷提供安裝接口；輪腿復合移動機構作為機器人的移動裝置，安裝在主艙體上；推進系統布局采用主推力器中心安裝和輔推力器邊緣對稱安裝的方式安裝在主艙體上。該機器人能夠以輪腿聯動、輪式或足式等方式實現非結構化地形表面移動，又能夠噴氣低空飛行，解決單純輪式、足式機器人在移動能力上的局限性，實現星球表面復雜地形的全地形通過。

技術領域

本發明涉及一種可重復飛行輪腿復合移動機器人技術。

背景技術

面向未來月球基地建設和探測的月面移動機器人需要長時間工作(月球車應具備在月球表面工作至少數月的能力)，探測范圍要求顯著增加(行駛距離要達到數百公里)，需要適應大部分月球表面大部分地形。同時月球原位資源利用需要移動機器人具有較高的移動效率。已有月球/火星探測主要采用純輪式或搖臂-懸架式移動機構。純輪式移動速度快，但越障能力弱；搖臂—懸架機構雖然能使月面輪式移動機器人在移動過程中被動適應地形，保持一定的越障能力(具有相同車輪尺寸情況下，采用搖臂-轉向架式系統的六輪月球車能夠跨越的障礙尺寸，約是四輪無懸掛系統月球車的三倍。)，但限于搖臂長度和轉動角度等約束，越障能力仍很有限，且需要較強的障礙識別和避障規劃能力，使自主避障時的平均移動速度非常低(勇氣號和機遇號平均移動速度為40m/h，好奇號平均移動速度為30m/h)，輪式移動機構速度快的優勢沒有得到發揮。一旦障礙識別和避障規劃失誤，會導致移動機器人沉陷或卡住，而被動適應地形的搖臂—懸架機構脫困能力非常有限，特別是在松軟的月球表面。

增大車輪或采用主動搖臂-懸架方式是提高越障能力的技術途徑。其中增大車輪直徑會導致重量提升，且越障能力提高有限，若采用車輪輕薄減重設計，會導致在復雜地面被尖銳突起障礙扎破；主動搖臂懸架方式一定程度上增強了火星車的脫困能力，但對正常移動能力沒有提高，面對陡坡、密集巖石和溝壑等地形仍然無法駛入探測。

綜上，我國未來月球基地探測任務需要研究一種具有能夠適應更復雜地形，并能有效提高探測效率的新型移動機器人。針對上述需求和面臨的問題，本項目提出了具有可重復飛行能力的輪腿復合移動機器人。與已有月球/火星車的輪式移動機構相比，足式機器人具有障礙跨越、沙地及崎嶇等特殊路面行走能力，其運動的盲區遠小于輪式或履帶式。足式移動機器人既能以靜態方式在復雜地形上行走，又能以動態方式(步行過程任意時刻均少于三條腿同時處于支撐狀態的步行方式)實現高速行走。足式運動的缺點是結構復雜，對控制的要求比較高。另外，在現有技術條件下，足式機器人的能耗會高于輪式結構，不適合長時和長距離探測，輪腿復合移動機構能夠結合兩種運動機構的優點，是一種兼顧運動高效能與環境適應性的運動模式，可以實現良好的運動靈活性和較高的移動速度。據調研，具有相同通過能力的要求下，輪腿式運動系統預計比輪式運動系統的重量減少約25％，是月面機器人的一種優選機構。

輪腿式移動機構基本可以實現大部分復雜地形探測。月面上除了環形山、月海、月坑等地理特征外，還存在大小不一的溝谷。較寬的稱為月谷，較細長的稱為月溪。輪腿式移動機構在遇到這類地形時，只能繞行或停止探測，無法越過。此外月球南極地區存在較大月球坑，坑壁外沿陡峭，坑底為永久陰影區，所以僅靠輪腿移動方式難以到達對月球坑進行探測。

發明內容

本發明技術解決問題：克服復雜地形下輪式、足式和輪足機器人在移動效率方面的，提出一種可重復飛行輪腿復合移動機器人，同時具有重復噴氣飛行和復雜地形表面高效移動能力。

本發明采用的技術方案：一種可重復飛行輪腿復合移動機器人，包括主艙體、輪腿復合移動機構、推進系統、測控和載荷；主艙體作為機器人的主承力結構，為輪腿復合移動機構、推進系統、制導導航與控制系統、電源、測控和載荷提供安裝接口；輪腿復合移動機構作為機器人的移動裝置，安裝在主艙體上；推進系統布局采用主推力器中心安裝和輔推力器邊緣對稱安裝的方式安裝在主艙體上。

所述主艙體采用中心對稱蝶形或半錐形結構。