【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及星球车，更具体地说，涉及一种四轮高速星球车及其工作方法。
技术介绍
1、随着行星探测不断深入，对探测范围和效率的要求不断提高，提高巡视速度成为新型星球车的潜在性能要求。轮式星球车作为目前深空探测的主要平台和重要载体，其移动系统相关构型和理论的创新攻关非常关键。目前常规使用的星球车悬架构型多为通过差速器连接的六轮摇臂-转向架结构，可被动适应地形起伏，适合低速行驶。但随着行驶速度提高，其驱动的冗余性、缺乏减震结构和无法控制车身姿态的问题愈发显著。相比而言，四轮星球车的协调运动控制较简单，更加适合行星表面复杂地形上的高速行驶。
2、因此，如何设计四轮高速星球车的悬架结构，使其具备良好的地形适应性、缓冲减震性能，并可对车身姿态实现主动调控或多种工作模式切换，成为目前本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提出了一种四轮高速星球车及其工作方法，该构型方案可适用于星球表面复杂地形分布下的高速行驶，具备良好的地形适应性和缓冲减震性能；同时，该悬架可实现对车身姿态的主动调控和多种工作模式的切换，可完成复杂行驶场景或极端地形条件下的探测任务。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种四轮高速星球车，包括：
4、车体；
5、车身差动机构，位于车体内前部，并与车体间固定；车身差动机构通过离合器一控制车身的锁死模式和转动模式的切换；
6、前摇臂模式转换机构，位于车体前端，并
7、后摇臂地形适应机构，位于车体内后部，并连接在车身差动机构通过车体通孔二向后伸出的转轴二上；
8、车轮轮组，包括前轮轮组和后轮轮组，前轮轮组安装在前摇臂模式转换机构中的前摇臂上，后轮轮组安装在后摇臂地形适应机构中的后摇臂上，后摇臂通过车体后端开设的车体通孔三向后伸出车体；车身差动机构中的差动调整电机带动前摇臂、后摇臂旋转。
9、优选地，车身差动机构包括转轴一、转轴二、转轴三、转轴四、带座轴承、差动调整电机以及离合器一；转轴一与转轴二对向设置，转轴三与转轴四对向设置，转轴一、转轴二与转轴三、转轴四垂直排列，呈十字形，且四个转轴的近端分别各自连接一锥齿轮，相邻锥齿轮之间相互啮合；转轴三与转轴四的远端各自穿过一带座轴承的轴承孔后又在远端端部连接一离合器一的其中一端，差动调整电机的输出轴安装在相应离合器一的另一端；两个带座轴承下方的底部轴承座以及差动调整电机的底部均安装在车体上。
10、优选地，前摇臂模式转换机构包括前摇臂、摇臂槽、离合器二、串联弹性联轴器一以及前摇臂转向电机；前摇臂的两侧分别为一摇臂轴，两个摇臂轴的中间共同连接有与其相垂直的一根摇臂连接轴，摇臂连接轴置于摇臂槽内，且摇臂槽的两侧留有供摇臂连接轴端部伸出的圆形通孔；摇臂连接轴的两个端部分别连接离合器二和串联弹性联轴器一的输出端，离合器二与串联弹性联轴器一又分别与摇臂槽的相应侧固连；前摇臂转向电机竖直安装在摇臂槽的上方，前摇臂转向电机的输出轴与摇臂槽的顶面连接，前摇臂转向电机的侧面安装在车身差动机构伸出车体的转轴一上。
11、优选地，摇臂槽为倒“u”型结构，其两侧留有供摇臂连接轴端部伸出的圆形通孔，上方留有连接前摇臂转向电机输出轴的孔位；摇臂连接轴卡在摇臂槽内，并能绕圆形通孔的轴线旋转。
12、优选地，后摇臂地形适应机构包括后摇臂、后摇臂转轴、摇臂齿轮、中部齿轮、齿轮盒、串联弹性联轴器二；中部齿轮安装在车身差动机构伸到车体内后部的转轴二上；摇臂齿轮设有两个，分别位于中部齿轮左右两侧并与其啮合；中部齿轮和摇臂齿轮安装且限位在齿轮盒内；两个摇臂齿轮的同侧端均各自通过一后摇臂转轴连接串联弹性联轴器二的其中一端；后摇臂连接在串联弹性联轴器二的另一端，且后摇臂通过车体后端开设的车体通孔三向后伸出车体。
13、优选地，中部齿轮为削去上下两端的半齿轮；齿轮盒限制中部齿轮和摇臂齿轮的位置，使其相互啮合；车体通孔三为月牙形孔。
14、优选地，串联弹性联轴器一和串联弹性联轴器二均各自对应包括联轴器外壳以及设于联轴器外壳内部的弹性元件，弹性元件的端部连接外部相应的转轴；或者，串联弹性联轴器一与串联弹性联轴器二为电磁阻尼器、液压阻尼器中的任意一种。
15、优选地，前轮轮组包括前车轮、前车轮驱动电机、前车轮转向电机、前车轮转向臂，前车轮转向臂为“c”形臂，前车轮转向电机竖直安装在前车轮的正上方，且其输出轴连接在前车轮转向臂的一端上，前车轮转向电机的侧面连接前摇臂，前车轮转向臂的另外一端连接前车轮驱动电机的外侧面，前车轮驱动电机安装在前车轮轮心处；后轮轮组包括后车轮和后车轮驱动电机，后车轮驱动电机安装在后车轮轮心处，后车轮驱动电机的外侧面连接后摇臂。
16、优选地，后车轮的直径大于前车轮的直径。
17、一种四轮高速星球车的工作方法，应用于上述的一种四轮高速星球车，包括以下调控方式：
18、方式一：通过控制前摇臂模式转换机构中离合器二的连接或断开，实现控制前摇臂锁死模式和转动模式的切换，实现控制前摇臂所连接的前轮轮组能否被动适应地形；
19、方式二：通过控制前摇臂模式转换机构中前摇臂转向电机的旋转角度，实现控制前摇臂横向模式和纵向模式的切换，实现对前摇臂和所连接的前轮轮组姿态的主动调控；
20、方式三：通过控制车身差动机构中的离合器一的连接或断开，实现控制车身锁死模式和转动模式的切换，实现对车身姿态和前、后摇臂姿态角度关系的控制；
21、方式四：通过控制车身差动机构中的差动调整电机的旋转角度，带动前、后摇臂旋转，实现对车身姿态和前、后摇臂姿态角度的控制；
22、通过以上四种调控方式的结合使用，能够实现四轮高速星球车的多种行驶方式、地形适应的工作模式。
23、与现有技术相比，本专利技术一种四轮高速星球车及其工作方法的有益效果是：
24、本专利技术通过在车体内设置车身差动机构可实现对车身姿态和前、后摇臂姿态角度关系的控制，即使车身姿态变化处于前、后摇臂之间，避免复杂崎岖地形行驶时车身姿态变化过大；通过在车体前方设置前摇臂模式转换机构，实现对前摇臂横向模式和纵向模式的切换；通过在前摇臂和后摇臂处设置串联弹性联轴器，增强车轮的缓冲减震性能；通过在前摇臂和差动调整电机处设置离合器，控制前摇臂和车身的锁死和转动。
25、相对于现有技术而言，本专利技术通过前摇臂模式转换机构与车身差动机构、后摇臂地形适应机构相互配合，使四轮星球车具备了良好的地形适应性及缓冲减震性能，可适应行星表面的高速行驶；并通过调控方式的结合对车身姿态实现主动调控和多种工作模式切换，可更好的完成新型或特殊的探测任务。
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1.一种四轮高速星球车，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种四轮高速星球车，其特征在于，车身差动机构包括转轴一、转轴二、转轴三、转轴四、带座轴承、差动调整电机以及离合器一；转轴一与转轴二对向设置，转轴三与转轴四对向设置，转轴一、转轴二与转轴三、转轴四垂直排列，呈十字形，且四个转轴的近端分别各自连接一锥齿轮，相邻锥齿轮之间相互啮合；转轴三与转轴四的远端各自穿过一带座轴承的轴承孔后又在远端端部连接一离合器一的其中一端，差动调整电机的输出轴安装在相应离合器一的另一端；两个带座轴承下方的底部轴承座以及差动调整电机的底部均安装在车体上。
3.根据权利要求1所述的一种四轮高速星球车，其特征在于，前摇臂模式转换机构包括前摇臂、摇臂槽、离合器二、串联弹性联轴器一以及前摇臂转向电机；前摇臂的两侧分别为一摇臂轴，两个摇臂轴的中间共同连接有与其相垂直的一根摇臂连接轴，摇臂连接轴置于摇臂槽内，且摇臂槽的两侧留有供摇臂连接轴端部伸出的圆形通孔；摇臂连接轴的两个端部分别连接离合器二和串联弹性联轴器一的输出端，离合器二与串联弹性联轴器一又分别与摇臂槽的相应侧固连；前摇臂转向
4.根据权利要求3所述的一种四轮高速星球车，其特征在于，摇臂槽为倒“U”型结构，其两侧留有供摇臂连接轴端部伸出的圆形通孔，上方留有连接前摇臂转向电机输出轴的孔位；摇臂连接轴卡在摇臂槽内，并能绕圆形通孔的轴线旋转。
5.根据权利要求3所述的一种四轮高速星球车，其特征在于，后摇臂地形适应机构包括后摇臂、后摇臂转轴、摇臂齿轮、中部齿轮、齿轮盒、串联弹性联轴器二；中部齿轮安装在车身差动机构伸到车体内后部的转轴二上；摇臂齿轮设有两个，分别位于中部齿轮左右两侧并与其啮合；中部齿轮和摇臂齿轮安装且限位在齿轮盒内；两个摇臂齿轮的同侧端均各自通过一后摇臂转轴连接串联弹性联轴器二的其中一端；后摇臂连接在串联弹性联轴器二的另一端，且后摇臂通过车体后端开设的车体通孔三向后伸出车体。
6.根据权利要求5所述的一种四轮高速星球车，其特征在于，中部齿轮为削去上下两端的半齿轮；齿轮盒限制中部齿轮和摇臂齿轮的位置，使其相互啮合；车体通孔三为月牙形孔。
7.根据权利要求5所述的一种四轮高速星球车，其特征在于，串联弹性联轴器一和串联弹性联轴器二均各自对应包括联轴器外壳以及设于联轴器外壳内部的弹性元件，弹性元件的端部连接外部相应的转轴；或者，串联弹性联轴器一与串联弹性联轴器二为电磁阻尼器、液压阻尼器中的任意一种。
8.根据权利要求5所述的一种四轮高速星球车，其特征在于，前轮轮组包括前车轮、前车轮驱动电机、前车轮转向电机、前车轮转向臂，前车轮转向臂为“C”形臂，前车轮转向电机竖直安装在前车轮的正上方，且其输出轴连接在前车轮转向臂的一端上，前车轮转向电机的侧面连接前摇臂，前车轮转向臂的另外一端连接前车轮驱动电机的外侧面，前车轮驱动电机安装在前车轮轮心处；后轮轮组包括后车轮和后车轮驱动电机，后车轮驱动电机安装在后车轮轮心处，后车轮驱动电机的外侧面连接后摇臂。
9.根据权利要求8所述的一种四轮高速星球车，其特征在于，后车轮的直径大于前车轮的直径。
10.一种四轮高速星球车的工作方法，其特征在于，应用于权利要求1-9任一项所述的一种四轮高速星球车，包括以下调控方式：
...【技术特征摘要】
1.一种四轮高速星球车，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种四轮高速星球车，其特征在于，车身差动机构包括转轴一、转轴二、转轴三、转轴四、带座轴承、差动调整电机以及离合器一；转轴一与转轴二对向设置，转轴三与转轴四对向设置，转轴一、转轴二与转轴三、转轴四垂直排列，呈十字形，且四个转轴的近端分别各自连接一锥齿轮，相邻锥齿轮之间相互啮合；转轴三与转轴四的远端各自穿过一带座轴承的轴承孔后又在远端端部连接一离合器一的其中一端，差动调整电机的输出轴安装在相应离合器一的另一端；两个带座轴承下方的底部轴承座以及差动调整电机的底部均安装在车体上。
3.根据权利要求1所述的一种四轮高速星球车，其特征在于，前摇臂模式转换机构包括前摇臂、摇臂槽、离合器二、串联弹性联轴器一以及前摇臂转向电机；前摇臂的两侧分别为一摇臂轴，两个摇臂轴的中间共同连接有与其相垂直的一根摇臂连接轴，摇臂连接轴置于摇臂槽内，且摇臂槽的两侧留有供摇臂连接轴端部伸出的圆形通孔；摇臂连接轴的两个端部分别连接离合器二和串联弹性联轴器一的输出端，离合器二与串联弹性联轴器一又分别与摇臂槽的相应侧固连；前摇臂转向电机竖直安装在摇臂槽的上方，前摇臂转向电机的输出轴与摇臂槽的顶面连接，前摇臂转向电机的侧面安装在车身差动机构伸出车体的转轴一上。
4.根据权利要求3所述的一种四轮高速星球车，其特征在于，摇臂槽为倒“u”型结构，其两侧留有供摇臂连接轴端部伸出的圆形通孔，上方留有连接前摇臂转向电机输出轴的孔位；摇臂连接轴卡在摇臂槽内，并能绕圆形通孔的轴线旋转。
5.根据权利要求3所述的一种四轮高速星球车，其特征在于，后摇臂地形适应机构包括后摇臂、后摇臂转轴、摇臂齿轮、中部齿轮...
【专利技术属性】
技术研发人员：金敬福，贾志成，董新桔，陈廷坤，贺连彬，齐迎春，于庆宇，邹猛，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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