辅助宇航员作业及搭建月球基地的四履带式月球车装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910336772.5 (22)申请日 2019.04.25 (71)申请人 北京工业大学 地址 100124 北京市朝阳区平乐园100号 (72)发明人 王建华廖金秾韩梦蕊杜亮 吴桐赵永胜 (74)专利代理机构 北京思海天达知识产权代理 有限公司 11203 代理人 沈波 (51)Int.Cl. B64G 1/16(2006.01) B62D 55/065(2006.01) B62D 55/08(2006.01) (54)发明名称 一种辅助宇航员作业及搭建月球基地的四 履。

2、带式月球车装置 (57)摘要 本发明公开了一种辅助宇航员作业及搭建 月球基地的四履带式月球车装置， 该机器人由月 球车四履带式移动系统、 可分离式检测系统和多 功能机械臂系统三个系统构成， 月球车四履带式 移动系统动力传递结构分三路工作， 履带系传动 蜗轮组传动的悬臂支路及直接由电机驱动的弹 性撑杆支路。 当行走于沙石众多的地面时， 履带 系悬臂会通过涡轮传动抬起适应高度， 以达到保 护车身， 减少摩擦的目的。 而行走于松软地面时， 悬臂会依情况降低， 来适应地表环境， 使机器人 较为平稳的移动； 该检测机器人通过梯子分离， 分离后可凭借自身小巧体型爬上月球基地或其 他大型机器人难以到达的区域。

3、进行检测； 多功能 机械臂可实现挖掘、 抓取、 探测等一系列工作。 权利要求书2页 说明书4页 附图6页 CN 110002006 A 2019.07.12 CN 110002006 A 1.一种协助宇航员作业及搭建月球基地的四履带式月球车装置， 其特征在于： 包括月 球车装置外壳(1)、 四履带式移动系统前履带系(2)、 前履带系主动轮(3)、 前履带系承重轮 (4)、 前履带系弹性撑杆(5)、 前履带系底杆(6)、 前履带系限位滑块(7)、 前履带系导向轮 (8)、 前履带系悬臂(9)、 四履带式移动系统后履带系(10)、 后履带系驱动轮(11)、 后履带系 承重轮(12)、 后履带系承重。

4、杆(13)、 后履带系弹性撑杆(14)、 后履带系限位滑块(15)、 后履 带系导向轮(16)、 后履带系悬臂(17)、 履带系传动蜗轮组(18)、 履带系传动锥齿轮(19)、 履 带系传动圆柱齿轮组(20)、 多功能机械臂(21)、 机械爪构件(22)、 摄像头构件(23)、 铲斗构 件(24)、 钻头构件(25)、 装载转盘(26)、 伸缩式夹盘(27)、 球面槽轮(28)、 分离式仿生检测机 器人(29)、 串联连接杆件(30)、 翻板(31)、 主体支架板(32)和四履带式移动系统外壳(33)； 月球车装置外壳(1)安装在主体支架板(32)上， 四履带式移动系统外壳(33)安装在主 体。

5、支架板(32)之下， 在主体支架板(32)之下的四履带式移动系统外壳(33)内部安装履带系 传动蜗轮组(18)、 履带系传动锥齿轮(19)和履带系传动圆柱齿轮组(20)， 履带系传动蜗轮 组(18)和履带系传动锥齿轮(19)通过传动轴相连， 履带系传动蜗轮组(18)和履带系传动锥 齿轮(19)分别与履带系传动圆柱齿轮组(20)通过传动轴相连， 四个由履带系传动蜗轮组 (18)、 履带系传动锥齿轮(19)和履带系传动圆柱齿轮组(20)及其连接轴组成齿轮组组成月 球车移动系统动力传递结构； 四履带式移动系统前履带系(2)由前履带系悬臂(9)与动力传 递结构连接； 前履带系悬臂(9)安装在前履带系底。

6、杆(6)上， 前履带系底杆(6)连接了前履带 系主动轮(3)与前履带系承重轮(4)， 前履带系弹性撑杆(5)安装在前履带系底杆(6)上， 前 履带系限位滑块(7)安装在前履带系弹性撑杆(5)上， 前履带系导向轮(8)安装在前履带系 弹性撑杆(5)末端； 前履带系主动轮(3)、 前履带系承重轮(4)、 前履带系弹性撑杆(5)、 前履 带系底杆(6)、 前履带系限位滑块(7)、 前履带系导向轮(8)和前履带系悬臂(9)组成四履带 式移动系统前履带系(2)； 四履带式移动系统后履带系(10)由后履带系悬臂(17)与动力传 动结构连接； 后履带系悬臂(17)安装在后履带系弹性撑杆(14)上， 后履带系。

7、驱动轮(11)、 后 履带系限位滑块(15)及后履带系导向轮(16)依次安装在后履带系弹性撑杆(14)上， 后履带 系承重轮(12)安装在后履带系承重杆(13)上， 后履带系承重杆(13)与后履带系弹性撑杆 (14)相连； 后履带系驱动轮(11)、 后履带系承重轮(12)、 后履带系承重杆(13)、 后履带系弹 性撑杆(14)、 后履带系限位滑块(15)、 后履带系导向轮(16)、 后履带系悬臂(17)组成四履带 式移动系统后履带系(10)； 四履带式移动系统前履带系(2)、 四履带式移动系统后履带系 (10)和动力传递结构组成月球车四履带式移动系统， 实现机器人在月表自由移动； 分离式仿生检。

8、测机器人(29)位于四履带式移动系统外壳(33)之下， 通过可分离磁铁安 装在串联连接杆件(30)， 串联连接杆件(30)安装在翻板(31)上； 两组分离式仿生检测机器 人(29)、 串联连接杆件(30)和翻板(31)组成月球车可分离式检测系统； 该检测机器人与月 球车装置分离后可凭借自身小巧体型爬上月球基地或其他大型机器人难以到达的区域进 行检测； 多功能机械臂(21)安装在主体支架板15之上， 机械爪构件(22)、 摄像头构件(23)、 铲斗 构件(24)、 钻头构件(25)组成机械臂手部构件分别装配在安装在装载转盘(26)上的四个伸 缩式夹盘(27)上， 装载转盘(26)依靠安装在其底部。

9、的球面槽轮(28)， 与主体支架板15相连； 多功能机械臂(21)、 机械爪构件(22)、 摄像头构件(23)、 铲斗构件(24)、 钻头构件(25)、 装载 转盘(26)、 伸缩式夹盘(27)和球面槽轮(28)组成多功能机械臂系统， 实现一系列辅助宇航 权利要求书 1/2 页 2 CN 110002006 A 2 员作业及搭建月球基地功能。 2.根据权利要求1所述的一种协助宇航员作业及搭建月球基地的四履带式月球车装 置， 其特征在于： 月球车四履带式移动系统由四履带式移动系统前履带系(2)、 四履带式移 动系统后履带系(10)和包括履带系传动蜗轮组(18)、 履带系传动锥齿轮(19)、 履带。

10、系传动 圆柱齿轮组(20)的动力传递结构组成； 移动系统动力传递结构分三路工作， 履带系传动圆 柱齿轮组(20)将动力源产生的动力传递给其余支路， 由履带系传动锥齿轮(19)传动履带系 支路， 履带系传动蜗轮组(18)传动的悬臂支路及直接由电机驱动的弹性撑杆支路； 三条支 路通过离合器控制动力的通断； 以满足月球车装置上坡、 下坡或行走于不同地形的需求； 当 行走于沙石众多的地面时， 履带系悬臂会通过涡轮传动抬起适应高度； 而行走于松软地面 时， 悬臂会依情况降低， 来适应地表环境， 使机器人平稳移动。 3.根据权利要求1所述的一种协助宇航员作业及搭建月球基地的四履带式月球车装 置， 其特征在。

11、于： 月球车可分离式检测系统安装在四履带式移动系统外壳(33)内， 由分离式 仿生检测机器人(29)和包含串联连接杆件(30)翻板(31)的升降机构组成， 该检测机器人通 过梯子分离， 分离后可凭借自身小巧体型爬上月球基地或其他大型机器人难以到达的区域 进行检测。 4.根据权利要求1所述的一种协助宇航员作业及搭建月球基地的四履带式月球车装 置， 其特征在于： 多功能机械臂系统由多功能机械臂(21)和包括机械爪构件(22)、 摄像头构 件(23)、 铲斗构件(24)以及钻头构件(25)的手部构件和包括伸缩式夹盘(27)和球面槽轮 (28)的装载转盘(26)组成， 经两部分配合实现挖掘、 抓取、 。

12、探测一系列工作。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110002006 A 3 一种辅助宇航员作业及搭建月球基地的四履带式月球车装置 技术领域 0001 本发明涉及宇宙航行所用设备领域， 尤其涉及一种协助宇航员作业及搭建月球基 地的四履带式月球车装置。 背景技术 0002 目前， 随着探月工程如火如荼的进行， 赴月宇航员的任务也大大增加， 而搭建月球 基地也成为必然趋势。 月球车装置也逐渐成为研究热点。 为实现在月球月表低引力、 温度变 化剧烈、 表层松软且多碎石尘土的环境下， 进行协助服务。 故设计一款以可较好适应月表的 四履带式作为底盘的， 同时来协助宇航员进行月土挖掘、 器材搬运、 月球。

13、探测、 营地搭建等 功能的月球车装置。 发明内容 0003 本发明的目的在于克服现有技术的不足， 提出实现一种更好的适应月球多变的地 面环境且可实现多种功能的四履带式月球车装置。 0004 为实现上述目的， 本发明提出一种协助宇航员作业及搭建月球基地的四履带式月 球车装置， 该月球车装置可在无人操作情况下进行工作， 同时配合多种部件， 可实现一系列 功能， 如物品抓取、 器材搬运、 样本采集、 月土挖掘、 月球勘探等， 可协助宇航员、 搭建月球基 地、 对未知区域进行勘探。 同时， 设计的四履带式移动系统可较好适应月表环境， 在月表恶 劣的环境下也可以正常移动。 0005 本发明采用的技术方案。

14、为一种协助宇航员作业及搭建月球基地的四履带式月球 车装置， 包括月球车装置外壳1、 四履带式移动系统前履带系2、 四履带式移动系统后履带系 10、 履带系传动蜗轮组18、 履带系传动锥齿轮19、 履带系传动圆柱齿轮组20、 、 分离式仿生检 测机器人29、 串联连接杆件30、 翻板31、 主体支架板32和四履带式移动系统外壳33； 0006 月球车装置外壳1安装在主体支架板32上， 四履带式移动系统外壳33安装在主体 支架板15之下； 在主体支架板15之下的四履带式移动系统外壳33内部安装履带系传动蜗轮 组18、 履带系传动锥齿轮19和履带系传动圆柱齿轮组20， 履带系传动蜗轮组18和履带系传。

15、 动锥齿轮19通过传动轴相连， 履带系传动蜗轮组18和履带系传动锥齿轮19分别与履带系传 动圆柱齿轮组20通过传动轴相连， 四个由履带系传动蜗轮组18、 履带系传动锥齿轮19和履 带系传动圆柱齿轮组20及其连接轴组成齿轮组组成月球车移动系统动力传递结构。 0007 四履带式移动系统前履带系2包括前履带系主动轮3、 前履带系承重轮4、 前履带系 弹性撑杆5、 前履带系底杆6、 前履带系限位滑块7、 前履带系导向轮8和前履带系悬臂9。 四履 带式移动系统前履带系2由前履带系悬臂9与动力传递结构连接。 前履带系悬臂9安装在前 履带系底杆6上， 前履带系底杆6连接有前履带系主动轮3与前履带系承重轮4，。

16、 前履带系弹 性撑杆5安装在前履带系底杆6上， 前履带系限位滑块7安装在前履带系弹性撑杆5上， 前履 带系导向轮8安装在前履带系弹性撑杆5末端。 0008 四履带式移动系统后履带系10包括后履带系驱动轮11、 后履带系承重轮12、 后履 说明书 1/4 页 4 CN 110002006 A 4 带系承重杆13、 后履带系弹性撑杆14、 后履带系限位滑块15、 后履带系导向轮16和后履带系 悬臂17。 0009 四履带式移动系统后履带系10由后履带系悬臂17与动力传动结构连接。 后履带系 悬臂17安装在后履带系弹性撑杆14上， 后履带系驱动轮11、 后履带系限位滑块15及后履带 系导向轮16依次。

17、安装在后履带系弹性撑杆14上， 后履带系承重轮12安装在后履带系承重杆 13上， 后履带系承重杆13与后履带系弹性撑杆14相连。 0010 四履带式移动系统前履带系2、 四履带式移动系统后履带系10和动力传递结构组 成月球车四履带式移动系统， 实现机器人在月表自由移动。 0011 分离式仿生检测机器人29位于四履带式移动系统外壳33之下， 通过可分离磁铁安 装在串联连接杆件30上， 串联连接杆件30安装在翻板31上。 两组分离式仿生检测机器人29、 串联连接杆件30和翻板31组成月球车可分离式检测系统。 0012 多功能机械臂21安装在主体支架板15之上， 机械爪构件22、 摄像头构件23、 。

18、铲斗构 件24、 钻头构件25组成机械臂手部构件分别装配在安装在装载转盘26上的四个伸缩式夹盘 27上； 装载转盘26依靠安装在其底部的球面槽轮28， 与主体支架板15相连； 多功能机械臂系 统包括多功能机械臂21、 机械爪构件22、 摄像头构件23、 铲斗构件24、 钻头构件25、 装载转盘 26、 伸缩式夹盘27和球面槽轮28， 多功能机械臂系统能够实现一系列辅助宇航员作业及搭 建月球基地功能。 0013 与现有技术相比较， 该机器人由月球车四履带式移动系统、 可分离式检测系统和 多功能机械臂系统三个系统构成， 月球车四履带式移动系统动力传递结构分三路工作， 履 带系传动圆柱齿轮组将动力源。

19、产生的动力传递给其余支路， 由履带系传动锥齿轮传动履带 系支路， 履带系传动蜗轮组传动的悬臂支路及直接由电机驱动的弹性撑杆支路。 三条支路 通过离合器控制动力的通断。 以此满足月球车装置上坡、 下坡或行走于不同地形的需求。 当 行走于沙石众多的地面时， 履带系悬臂会通过涡轮传动抬起适应高度， 以达到保护车身， 减 少摩擦的目的。 而行走于松软地面时， 悬臂会依情况降低， 来适应地表环境， 使机器人较为 平稳的移动； 月球车可分离式检测系统安装在四履带式移动系统外壳内， 由分离式仿生检 测机器人和包含串联连接杆件和翻版的升降机构组成， 该检测机器人通过梯子分离， 分离 后可凭借自身小巧体型爬上月。

20、球基地或其他大型机器人难以到达的区域进行检测； 多功能 机械臂系统由多功能机械臂、 包括机械爪构件、 摄像头构件、 铲斗构件和钻头构件的手部构 件以及包括伸缩式夹盘和球面槽轮的装载转盘组成， 经两部分配合可实现挖掘、 抓取、 探测 等一系列工作。 本发明的检测机器人与月球车装置分离后可凭借自身小巧体型爬上月球基 地或其他大型机器人难以到达的区域进行检测。 附图说明 0014 图1为四履带式月球车装置外观图。 0015 图2为四履带式月球车装置仰视外观图。 0016 图3为去掉外壳的四履带式月球车装置外观图。 0017 图4为月球车移动系统动力传递结构示意图。 0018 图5为单组履带驱动系统示。

21、意图。 0019 图6为四履带式移动系统前履带系示意图。 说明书 2/4 页 5 CN 110002006 A 5 0020 图7为四履带式移动系统后履带系示意图。 0021 图8为月球车可分离式检测系统示意图。 0022 图9为分离式仿生检测机器人示意图。 0023 图10为多功能机械臂示意图。 0024 图11为装载转盘示意图。 0025 图12为手部构件示意图。 具体实施方式 0026 以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。 0027 如图1、 2和3所示， 本发明实施例所述的一种四履带式月球车装置， 包括月球车装 置外壳1、 四履带式移动系统前履带系2、 前履带系主动轮3、 前履带。

22、系承重轮4、 前履带系弹 性撑杆5、 前履带系底杆6、 前履带系限位滑块7、 前履带系导向轮8、 前履带系悬臂9、 四履带 式移动系统后履带系10、 后履带系驱动轮11、 后履带系承重轮12、 后履带系承重杆13、 后履 带系弹性撑杆14、 后履带系限位滑块15、 后履带系导向轮16、 后履带系悬臂17、 履带系传动 蜗轮组18、 履带系传动锥齿轮19、 履带系传动圆柱齿轮组20、 多功能机械臂21、 机械爪构件 22、 摄像头构件23、 铲斗构件24、 钻头构件25、 装载转盘26、 伸缩式夹盘27、 球面槽轮28、 分离 式仿生检测机器人29、 串联连接杆件30、 翻板31、 主体支架板3。

23、2、 四履带式移动系统外壳33； 0028 在四履带式移动系统外壳33之上安装月球车移动系统动力传递结构， 包括履带系 传动蜗轮组18、 履带系传动锥齿轮19、 履带系传动圆柱齿轮组20。 0029 移动系统动力传递结构分三路工作， 履带系传动圆柱齿轮组20将动力源产生的动 力传递给其余支路， 由履带系传动锥齿轮19传动履带系支路， 履带系传动蜗轮组18传动的 悬臂支路及直接由电机驱动的弹性撑杆支路。 三条支路通过离合器控制动力的通断。 0030 同时， 四履带式移动系统前履带系2、 四履带式移动系统后履带系10安装于四履带 式移动系统外壳33外。 四履带式移动系统前履带系2包括前履带系主动轮。

24、3、 前履带系承重 轮4、 前履带系弹性撑杆5、 前履带系底杆6、 前履带系限位滑块7、 前履带系导向轮8、 前履带 系悬臂9； 四履带式移动系统后履带系10包括后履带系驱动轮11、 后履带系承重轮12、 后履 带系承重杆13、 后履带系弹性撑杆14、 后履带系限位滑块15、 后履带系导向轮16、 后履带系 悬臂17。 0031 翻板31安装在四履带式移动系统外壳33之下， 串联连接杆件30安装在翻板31之 上， 分离式仿生检测机器人29通过磁力连接于串联连接杆件30末端。 0032 多功能机械臂21和装载转盘26安装在主体支架板32上， 其中装载转盘26包括伸缩 式夹盘27和球面槽轮28。 。

25、四种手部构件通过伸缩式夹盘27存放在装载转盘26上， 其中手部 构件包括机械爪构件22、 摄像头构件23、 铲斗构件24和钻头构件25。 此系统工作时， 机械臂 先转至装有手部构建的装载转盘方向， 通过位于臂上末端的手部连接部分与工作所需的手 部构件对接。 待手部构件及机械臂组装完成后， 再转至相应位置进行挖掘、 抓取、 探测等一 系列工作。 0033 上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明创造所作的举例， 而并非对本发明创造具 体实施方式的限定。 对于所属领域的普通技术人员来说， 在上述说明的基础上还可以做出 其它不同形式的变化或变动。 这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。 凡在本发明的 说。

26、明书 3/4 页 6 CN 110002006 A 6 精神和原则之内所引伸出的任何显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保 护范围之中。 说明书 4/4 页 7 CN 110002006 A 7 图1 图2 说明书附图 1/6 页 8 CN 110002006 A 8 图3 图4 说明书附图 2/6 页 9 CN 110002006 A 9 图5 图6 说明书附图 3/6 页 10 CN 110002006 A 10 图7 图8 说明书附图 4/6 页 11 CN 110002006 A 11 图9 图10 说明书附图 5/6 页 12 CN 110002006 A 12 图11 图12 说明书附图 6/6 页 13 CN 110002006 A 13 。