一种用于星球探测的小型可折叠轮式机器人的制作方法

[0001]
本发明涉及深空探测技术领域，具体涉及一种用于星球探测的小型可折叠轮式机器人。


背景技术：

[0002]
随着深空探测领域研究的不断深入，星表高科研价值区域逐渐成为深空探测重点，这些区域主要存在于陨石坑、熔岩管、洞穴、极冠等狭窄、崎岖地形形态附近。目前对于航天环境下的星球探索、未知区域勘察等作业任务主要由大型轮式巡视器完成，移动效率高，控制策略简单，但接近或者进入高科研价值区域十分困难，探测任务设计难度和风险巨大。与大型巡视器相比，小型可折叠轮式机器人可以通过自主折叠调整包络尺寸和运动性能，有效适应各种复杂地形形貌与极端空间要求，同时轮式结构又具备在开阔、平坦地形中的高速运动特性。因此，对小型星表可折叠轮式机器人的耦合系统进行设计，能够灵活地通过平整地面以及狭窄、崎岖地形，实现在复杂星表环境下的高效移动。
[0003]
现有技术中，虽然许多机器人同时具备可折叠与轮式移动功能，但多数机器人都因自身结构设计原因，在折叠构型下不具备移动能力，即轮式运动与折叠构型不兼容，仅支持完全展开构型下的移动。


技术实现要素：

[0004]
有鉴于此，本发明提供了一种用于星球探测的小型可折叠轮式机器人，能够提升机器人在折叠模式下的机身移动性能，可以有效提高机器人的移动探测效率和范围。
[0005]
本发明采用了以下技术方案：
[0006]
一种用于星球探测的小型可折叠轮式机器人，包括可折叠机身、两个驱动车轮以及尾部支承结构；
[0007]
所述可折叠机身包括用于实现折叠功能的折叠驱动电机；
[0008]
两个所述驱动车轮对称安装于所述可折叠机身的两侧，用于带动所述可折叠机身移动；
[0009]
所述尾部支承结构固定安装于所述可折叠机身的顶部；
[0010]
两个所述驱动车轮与所述尾部支承结构形成所述可折叠机身的三个支承点，并且三个支承点成三角形分布。
[0011]
优选地，所述可折叠机身为多面体结构，并包括前罩板、前挡板、后挡板、底部机架、侧板、梯形连接板以及上表面板；
[0012]
所述前罩板的底端通过铰链连接于所述底部机架的前端部，顶端通过铰链与所述前挡板的一端连接；
[0013]
所述前挡板的另一端通过铰链与所述上表面板的前端连接；
[0014]
所述上表面板的后端通过铰链连接于所述后挡板的顶端，并且所述上表面板罩设于所述底部机架的顶部；
[0015]
所述后挡板的底端固定连接于所述底部机架的后端部；
[0016]
在所述底部机架的两侧均设置有用于固定安装所述驱动车轮的侧板；
[0017]
所述侧板的底端通过铰链连接于所述底部机架、且顶端通过铰链连接有梯形连接板；
[0018]
所述梯形连接板的另一端通过铰链连接于所述上表面板；
[0019]
所述折叠驱动电机固定安装于所述底部机架的底板上，用于驱动所述侧板摆动。
[0020]
优选地，所述驱动车轮包括转接件、轮毂电机、轮圈、轮胎以及轮胎保护罩；
[0021]
所述转接件固定安装于所述侧板和所述轮毂电机之间；
[0022]
所述轮毂电机的输出端固定连接有所述轮圈；
[0023]
所述轮圈的外周面固定安装有所述轮胎，并在所述轮圈的外侧面固定安装有用于密封所述轮毂电机的所述轮胎保护罩。
[0024]
优选地，所述转接件为安装法兰，并在所述转接件上设置有电接口；
[0025]
所述轮胎保护罩通过铆钉连接于所述轮圈上。
[0026]
优选地，所述轮胎的外周面分布有“人”字形胎花。
[0027]
优选地，所述尾部支承结构包括尾部连接盒、天线以及尾部支承杆；
[0028]
所述尾部连接盒固定连接于所述上表面板的后端部；
[0029]
所述天线固定安装于所述尾部连接盒的顶部，用于通信信号的发射和接收；
[0030]
所述尾部支承杆固定安装于所述尾部连接盒的后端面，用于形成一个支承点。
[0031]
优选地，所述尾部连接盒通过铆钉铆接于所述上表面板；
[0032]
所述尾部支承杆通过铆钉铆接于所述尾部连接盒。
[0033]
优选地，还包括安装于所述底部机架和所述尾部支承结构的探测器。
[0034]
优选地，所述折叠驱动电机与所述侧板一一对应连接。
[0035]
有益效果：
[0036]
上述小型可折叠轮式机器人用于星球探测，通过折叠驱动电机实现机器人整体构型和运动性能的变换，使得机器人兼具在平坦地面快速行驶的高效性和在星表狭窄、崎岖环境中稳定通过的能力；利用折叠驱动电机与驱动车轮之间的适应性设计，采用两轮配合尾部支承结构实现机身可折叠机身的三点支承，大幅提升了机器人的可连续折叠特性，使得机器人可以以任意折叠构型进行移动，有效提升了机器人的移动能力，同时降低了控制难度；因此，采用上述结构能够提升机器人在折叠模式下的机身移动性能，并能够有效提高机器人的移动探测效率和范围。
附图说明
[0037]
图1为本发明用于星球探测的小型可折叠轮式机器人的立体结构示意图；
[0038]
图2为本发明小型可折叠轮式机器人的可折叠机身的拆解结构示意图；
[0039]
图3为本发明小型可折叠轮式机器人的可折叠机身的折叠示意图；
[0040]
图4为本发明小型可折叠轮式机器人的驱动车轮的结构示意图；
[0041]
图5为图4中驱动车轮的侧视图；
[0042]
图6为本发明小型可折叠轮式机器人的尾部支承结构的立体结构示意图；
[0043]
图7为本发明小型可折叠轮式机器人处于半折叠移动模式时的示意图；
[0044]
图8为本发明小型可折叠轮式机器人处于折叠移动模式时的示意图。
[0045]
其中，1-可折叠机身，2-驱动车轮，3-尾部支承结构，101-前罩板，102-前挡板，103-后挡板，104-底部机架，105-侧板，106-梯形连接板，107-折叠驱动电机，108-上表面板，201-安装法兰，202-电接口，203-轮毂电机，204-轮圈，205-轮胎，206-胎花，207-轮胎保护罩，301-尾部连接盒，302-天线，303-尾部支承杆
具体实施方式
[0046]
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0047]
本发明提供了一种用于星球探测的小型可折叠轮式机器人，如图1结构所示，小型可折叠轮式机器人包括可折叠机身1、两个驱动车轮2以及尾部支承结构3；所述可折叠机身1包括用于实现折叠功能的折叠驱动电机107；两个所述驱动车轮2对称安装于所述可折叠机身1的两侧，用于带动所述可折叠机身1移动；所述尾部支承结构3固定安装于所述可折叠机身1的顶部；两个所述驱动车轮2与所述尾部支承结构3形成所述可折叠机身1的三个支承点，并且三个支承点成三角形分布。其中，可折叠机身1可以由壳体板组件通过铰链连接组成，驱动车轮2固定在可折叠机身1的左右两侧的侧板105中部，可折叠机身1上表面后端边线中点安装有尾部支承结构3，方向为可折叠机身1的长度方向，通过可折叠机身1和驱动车轮2的协调运动，可以实现可折叠轮式机器人的任意折叠形态移动。小型可折叠轮式机器人处于半折叠移动模式时的结构示意图可以参考图7；小型可折叠轮式机器人处于折叠移动模式时的示意图可以参考图8。
[0048]
上述机器人采用可折叠机身1实现折叠功能，通过可折叠机身1的折叠能够减小体积，两个驱动车轮2与尾部支承结构3形成机器人的三个支承点，使得机器人能够适应狭窄、崎岖环境，实现机器人在平坦地面快速行驶的高效性和在星表狭窄、崎岖环境中稳定通过的能力；同时，通过对称设置在可折叠机身1两侧的驱动车轮2能够带动整个机器人进行移动，实现机器人的任意折叠构型轮式移动能力。
[0049]
如图2和图3结构所示，所述可折叠机身1为多面体结构，并包括前罩板101、前挡板102、后挡板103、底部机架104、侧板105、梯形连接板106以及上表面板108；在本发明实施例中，可折叠机身1以11面体结构为例进行说明，但是可折叠机身1不限于11面体，也可以为其它多面体；
[0050]
如图2结构所示，所述前罩板101的底端通过铰链连接于所述底部机架104的前端部，顶端通过铰链与所述前挡板102的一端连接；所述前挡板102的另一端通过铰链与所述上表面板108的前端连接；所述上表面板108的后端通过铰链连接于所述后挡板103的顶端，并且所述上表面板108罩设于所述底部机架104的顶部；所述后挡板103的底端固定连接于所述底部机架104的后端部；在所述底部机架104的两侧均设置有用于固定安装所述驱动车轮2的侧板105，即，在底部机架104上设置有两个侧板105和两个梯形连接板106；所述侧板105的底端通过铰链连接于所述底部机架104、且顶端通过铰链连接有梯形连接板106；所述梯形连接板106的另一端通过铰链连接于所述上表面板108；所述折叠驱动电机107固定安装于所述底部机架104的底板上，用于驱动所述侧板105摆动。所述折叠驱动电机107与所述侧板105一一对应连接。
[0051]
可折叠机身1的折叠过程为：折叠驱动电机107驱动侧板105向内翻转，车轮跟随内
翻，由于机构几何约束，板间铰链联动，上表面板108绕与底部机架104铰链向下翻转，前罩板101绕与底部机架104铰链向下翻转，前挡板102和梯形连接板106随动向内翻折，实现可折叠机身1纵向整体尺寸的压缩。
[0052]
如图4和图5结构所示，所述驱动车轮2包括转接件、轮毂电机203、轮圈204、轮胎205以及轮胎保护罩207；所述转接件固定安装于所述侧板105和所述轮毂电机203之间，转接件可以为安装法兰201，并在所述转接件上设置有电接口202；安装法兰201与侧板105之间可以通过螺栓或铆钉进行固定连接；所述轮毂电机203的输出端固定连接有所述轮圈204；所述轮圈204的外周面固定安装有所述轮胎205，并在所述轮圈204的外侧面固定安装有用于密封所述轮毂电机203的所述轮胎保护罩207。所述轮胎保护罩207可以通过铆钉铆接于所述轮圈204上。
[0053]
驱动车轮2通过转接件固定安装于侧板105上，驱动车轮2可以随侧板105的折叠运动而带动整个驱动车轮2进行折叠；轮毂电机203用于驱动轮圈204转动，从而实现轮胎205的转动，驱动整个机器人移动。通过轮胎保护罩207能够将轮毂电机203进行密封，以防止沙土颗粒落入轮毂电机203内，从而保证了轮毂电机203的工作可靠性。
[0054]
为了增加轮胎205的摩擦力，如图5结构所示，在所述轮胎205的外周面分布有“人”字形胎花206。
[0055]
如图6结构所示，所述尾部支承结构3包括尾部连接盒301、天线302以及尾部支承杆303；所述尾部连接盒301固定连接于所述上表面板108的后端部；所述天线302固定安装于所述尾部连接盒301的顶部，用于通信信号的发射和接收；所述尾部支承杆303固定安装于所述尾部连接盒301的后端面，用于形成一个支承点。尾部支承结构3的尾部连接盒301可以通过铆钉铆接在可折叠机身1上表面后端边线中点处，即，尾部连接盒301通过铆钉铆接于所述上表面板108；所述尾部支承杆303可以通过铆钉铆接于所述尾部连接盒301。在图6中，在尾部连接盒301的顶部安装有三根天线302，通过天线302可以辅助机器人进行通信和传输；尾部支撑杆起到支撑机器人的作用，从而降低机器人的运动控制难度，增强地形适应性。
[0056]
在上述各种实施例的基础上，上述小型可折叠轮式机器人还可以包括安装于所述底部机架104和所述尾部支承结构3的探测器(图中未示出)。通过可折叠机身1内部有效空间与尾部支撑结构搭载的探测器等小型化探测工具，可以满足移动、探测、数据传输一体化集成功能，适应未来机器人的发展需求。
[0057]
上述用于星球探测的小型可折叠轮式机器人对机身结构进行了可连续折叠设计，使其具有可折叠的特点，通过可折叠机身1两侧的侧板105带动驱动车轮2完成展开与折叠动作，实现机器人在展开构型(包络尺寸大、速度快)与折叠构型(包络尺寸小、速度慢)之间连续切换，以适应星表的复杂形貌条件，可同时兼具在星表平坦地面快速行驶的高效性和在狭窄、崎岖环境中稳定通过的适应性特点，解决了星球探测器在崎岖星表的移动问题。同时，折叠驱动电机107与两个轮毂电机203之间均独立控制，控制策略简单，鲁棒性好，可根据地形环境实际情况选择运动构型，具有极强的运动能力和环境适应能力。
[0058]
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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