具有转向自锁功能的星球车

本发明涉及星球探测，具体而言，涉及一种具有转向自锁功能的星球车。

背景技术：

1、星球探测任务中，星球车需要穿越复杂崎岖地形，其行驶过程中车轮持续受到来自地面的冲击载荷，这些冲击载荷会影响星球车的可靠性和可控性，例如这些冲击载荷会作用于车轮的转向机构，影响转向机构的转向控制精度及转向控制效率，进而影响星球车在复杂地形下的行驶稳定性和任务执行效率。

技术实现思路

1、为至少一定程度上解决上述问题，本发明提供一种具有转向自锁功能的星球车，星球车包括车架、悬架和多个车轮装置；所述悬架与所述车架连接，各所述车轮装置分别安装于所述悬架的下端，且均包括车轮；

2、多个所述车轮装置中的至少两个还包括转向机构，所述转向机构包括固定架、转向节和转向控制组件；所述固定架连接于所述悬架的下端，所述转向节与所述固定架转动连接，所述车轮安装于所述转向节，所述转向控制组件分别与所述转向节和所述固定架连接并共同形成具有三个转动副和一个螺旋副的封闭运动链，三个所述转动副的轴线相互平行，所述螺旋副位于两个所述转动副之间，且所述螺旋副的轴线与所述转动副的轴线垂直，以使所述封闭运动链具有对应于所述车轮转向的转向自由度；所述转向控制组件包括螺杆件、螺母件和转向驱动结构，所述螺杆件和所述螺母件螺纹连接并形成所述螺旋副，所述转向驱动结构与所述螺杆件驱动连接，通过所述螺杆件和所述螺母件的相对运动调整所述螺旋副两侧的所述转动副之间的距离，以控制所述转向自由度。

3、可选地，所述转向控制组件还包括第一转接件，所述第一转接件的两端分别与所述转向节和所述螺母件转动连接以形成两个所述转动副，所述螺杆件远离所述螺母件的一端绕其轴线可转动地与所述固定架连接。

4、可选地，所述转向驱动结构包括转向电机、第一主动轮和第一从动轮；所述转向电机安装于所述固定架，所述转向电机的输出轴与所述第一主动轮同轴设置且连接，所述第一从动轮与所述螺杆件同轴设置且固定连接，所述第一主动轮和所述第一从动轮传动连接。

5、可选地，所述转向控制组件还包括第二转接件，所述第二转接件与所述固定架转动连接并形成一个所述转动副，所述螺杆件远离所述螺母件的一端绕其轴线可转动地与所述第二转接件连接，所述螺母件与所述转向节转动连接并形成一个所述转动副。

6、可选地，所述转向驱动结构包括转向电机，所述转向电机的壳体安装于所述第二转接件，所述螺杆件与所述转向电机的输出轴同轴设置并连接，所述螺杆件通过所述转向电机与所述第二转接件连接；所述第二转接件与所述固定架转动连接的轴线与所述螺杆件的轴线相交并具备交点。

7、可选地，所述固定架包括架本体和连接于所述架本体的两个连接臂，所述架本体与所述悬架的下端连接，两个所述连接臂连接于所述架本体的朝向所述转向节的一端，两个所述连接臂的远离所述架本体的一端分别设有同轴的连接孔，两个所述连接臂在对应的所述连接孔处分别与所述转向节转动连接并形成一个所述转动副；

8、具备所述转向机构的所述车轮装置还包括轮边电机，所述轮边电机安装于所述转向节，所述轮边电机的输出端与所述车轮连接，所述车轮设有用于容置所述轮边电机和所述转向节的第一容置腔。

9、可选地，所述悬架包括第一摆杆和对应所述第一摆杆布置的驱动单元，所述第一摆杆与所述车架转动连接，所述车轮装置连接于所述第一摆杆的下端，所述驱动单元与所述第一摆杆驱动连接。

10、可选地，所述悬架还包括对应所述第一摆杆布置的第二摆杆，所述第一摆杆和所述第二摆杆在上下方向间隔设置，所述第二摆杆与所述车架转动连接，所述第一摆杆和所述第二摆杆的下端分别与所述车轮装置转动连接，且所述第一摆杆、所述第二摆杆、所述车架和所述车轮装置共同构成平行四连杆机构。

11、可选地，所述悬架还包括多连杆机构、被动地形适应机构和锁定结构；所述多连杆机构的数量为多个，每个所述多连杆机构均包括所述第一摆杆，并通过所述第一摆杆与对应的所述车轮装置连接；所述多连杆机构与所述车架连接且共同形成具有至少一个闭环的二自由度机构；每个所述多连杆机构均对应布置有所述驱动单元，所述驱动单元与所述多连杆机构中所述第一摆杆之外的连杆连接，以控制所述二自由度机构的两个自由度中的一个并间接驱动所述第一摆杆；

12、所述被动地形适应机构分别与所述车架和多个所述多连杆机构活动连接，所述被动地形适应机构配置有所述锁定结构，通过所述锁定结构的锁定或解锁控制所述二自由度机构的两个所述自由度中的另一个；当所述锁定结构解锁时，所述被动地形适应机构在多个所述多连杆机构之间传递作用力，以使多个所述多连杆机构联动并均衡各所述车轮的接地载荷。

13、可选地，所述多连杆机构的数量为四个，四个所述多连杆机构的所述第一摆杆分别连接于所述车架的四角区域；所述被动地形适应机构包括平衡杆和四个传力构件；所述平衡杆沿左右方向布置，且在所述左右方向的中间位置与所述车架绕竖直轴线转动连接；四个所述传力构件与四个所述多连杆机构一一对应布置，所述平衡杆在所述左右方向的两端均活动连接有两个所述传力构件，所述传力构件在远离所述平衡杆的一端与对应的所述多连杆机构活动连接；所述锁定结构包括第一离合器，所述第一离合器设置于所述平衡杆和所述车架的连接处，用于锁定或解锁所述平衡杆相对于所述车架的转动；当所述锁定结构解锁时，所述被动地形适应机构被配置为：使得位于所述车架每一对斜对角区域的两个多连杆机构联动并使对应的两个车轮相对于所述车架的竖向距离同时增大或同时减小；使得位于所述车架每一对相邻角区域的两个所述多连杆机构联动并使得对应的两个所述车轮相对于所述车架的竖向距离分别增大和减小；

14、和/或，所述多连杆机构还包括依次转动连接的第一连杆、第二连杆和第三连杆，所述第一连杆还在与所述第二连杆相间隔的位置与所述第一摆杆转动连接，所述第三连杆还在与所述第二连杆相间隔的位置与所述车架转动连接，以使所述第一摆杆、所述第一连杆、所述第二连杆、所述第三连杆及所述车架共同构成具备一个闭环的所述二自由度机构；

15、和/或，所述二自由度机构被配置为能够运动至相邻两个设定连杆的传动角为零的奇异点位置，相邻两个所述设定连杆为所述多连杆机构中所述第一摆杆之外的连杆，所述二自由度机构在所述第一摆杆和所述设定连杆之外的位置与所述被动地形适应机构活动连接；当所述二自由度机构位于所述奇异点位置时，所述二自由度机构变胞为单自由度机构，且所述单自由度机构的自由度由所述锁定结构控制。

16、在本发明的具有转向自锁功能的星球车中，各车轮装置分别安装于悬架的下端，且均包括车轮，多个车轮装置中的至少两个还包括转向机构，转向机构包括固定架、转向节和转向控制组件；转向控制组件与固定架、转向节共同形成封闭运动链，封闭运动链通过三个转动副和一个螺旋副实现车轮的转向功能，当转向驱动结构驱动螺杆件转动时，螺杆件和螺母件沿轴向相对移动，从而调整螺旋副两侧的两个转动副之间的距离，迫使转向节相对于固定架转动，从而实现车轮的转向；由于螺纹连接具有较高的可控性，有利于提升车轮的转向角度调节的控制精度，由于螺纹连接具有一定自锁特性，当星球车行驶于崎岖地形，车轮受到交变地面冲击时，冲击载荷通过转向节传递至转向控制组件，螺母件和螺杆件的自锁特性有利于保持车轮的当前转向角度。总体而言，本发明的星球车，具有转向自锁功能，可以抵抗外界较大冲击，保持转向角稳定，能够防止转向角度突变，提升行驶安全性；即使转向电子系统失效，这种自锁特性也能将车轮锁止在当前位置，防止星球车失控，有利于提升星球车在崎岖地形下的行驶稳定性和可靠性，进而提升星球车在复杂地形中的通行能力和任务执行效率。