轮式月球探测机器人运动控制装置的制作方法

本实用新型涉及航空设备技术领域，具体是一种轮式月球探测机器人运动控制装置。

背景技术：

轮式月球探测机器人又称月面巡视探测器或者月球车，是一种可在月球表面移动漫游的轮式移动机器人，这类机器人依靠具有多个车轮的行走机构在月球表面移动。月球车行驶的环境是未知、凹凸不平、松软的月面，很容易发生陷死失效状况。月球探测任务要求月球车可以在更加恶劣的环境下有效工作更长时间，探测更大范围、完成更加复杂的探测任务。由于轮式月球车在月球表面行驶时常常会遇到路面起伏不平的情况，而目前还没有可以对月球车的运动进行准确控制，使其车轮能够适应起伏变化的路面的运动控制装置。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种轮式月球探测机器人运动控制装置，用以解决现有的轮式月球探测机器人无法适应月球表面复杂多变的行驶环境的技术问题。

第一方面，本者实用新型提供一种轮式月球探测机器人运动控制装置，用于控制轮式月球探测机器人移动，所述轮式月球探测机器人包括车架，多个相对车架位置可调的车轮，与各个车轮一一对应设置的转动驱动装置，所述运动控制装置包括：与各个车轮对应设置的第一角度检测装置，转动控制模块，所述第一角度检测装置和转动驱动装置分别与转动控制模块电连接，所述转动控制模块用于控制各个车轮转动的速度。

优选地，所述轮式月球探测机器人还包括用于驱动车轮转向的转向机构，所述运动控制装置包括：与转向机构对应设置的第二角度检测装置和转向控制模块，所述第二角度检测装置和转向机构分别与所述转向控制模块电连接，所述转向控制模块用于控制转向机构转向的角度。

优选地，所述轮式月球探测机器人包括轮距调节机构，所述运动控制装置还包括轮距调节模块，所述轮距调节模块与所述轮距调节机构电连接，所述轮距调节模块用于控制轮距调节机构调节车轮之间的间距。

优选地，所述运动控制装置还包括处理器和图像采集装置，所述图像采集装置与所述处理器电连接，所述处理器与转动控制模块电连接。

优选地，所述运动控制装置还包括激光测距仪，所述激光测距仪与处理器电连接，所述激光测距仪用于测量轮式月球探测机器人与目标之间的距离。

优选地，所述轮式月球探测机器人包括第一连接机构和第一车轮组，所述第一连接机构包括主摇臂和副摇臂，所述第一车轮组包括第一车轮、第二车轮和第三车轮，所述主摇臂与所述车架可转动连接，所述第一车轮和副摇臂设置在主摇臂沿第二方向相对的两端，所述副摇臂和主摇臂可转动连接，所述第二车轮和第三车轮设置在副摇臂沿第二方向相对的两端。

优选地，所述运动控制装置还包括第三角度检测装置，所述第三角度检测装置与所述处理器电连接，所述第三角度检测装置用于检测主摇臂相对车架的转角。

优选地，所述运动控制装置还包括第四角度检测装置，所述第四角度检测装置与所述处理器电连接，所述第四角度检测装置用于检测副摇臂相对车架的转角。

优选地，运动控制装置还包括加速度计，所述加速度计用于测量轮式月球探测机器人移动时的加速度。

优选地，所述轮式月球探测机器人包括制动装置，所述运动控制装置还包括制动控制模块，所述制动控制模块与所述制动装置电连接，所述制动控制模块用于控制制动装置对所述轮式月球探测机器人进行制动。

有益效果：由于本实用新型的轮式月球探测机器人运动控制装置设置了转动控制模块，转动控制模块同与各个车轮一一对应设置的转动驱动装置电连接，使得转动控制模块可以对轮式月球探测机器人的每一个车轮进行独立控制，从而可以根据轮式月球探测机器人各个车轮的转速可以符合行驶环境的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，这些均在本实用新型的保护范围内。

图1为本实用新型的轮式月球探测机器人的三维结构图；

图2为本实用新型的轮式月球探测机器人的结构示意图；

图3为本实用新型的轮式月球探测机器人采用摇臂机构通过起伏路面时的结构示意图；

图4为本实用新型的轮式月球探测机器人采用伸缩连杆通过起伏路面时的结构示意图；

图5为本实用新型的过载保护机构的结构示意图；

图6为本实用新型的轮式月球探测机器人轮距较大时难以通过崎岖路面的示意图；

图7为本实用新型的轮式月球探测机器人轮距缩短后通过崎岖路面的示意图；

图8为本实用新型的一种轮距调节机构的结构示意图；

图9为本实用新型的轮式月球探测机器人运动控制装置的结构框图；

图10为本实用新型中带有加速度计和陀螺仪的轮式月球探测机器人运动控制装置的结构框图；

图11为本实用新型的轮式月球探测机器人控制装置的结构框图；

图12为本实用新型的太阳能板处于折叠状态的示意图；

图13为本实用新型的太阳能板处于展开状态的示意图；

图14为本实用新型中带有太阳能板角度控制子模块的轮式月球探测机器人控制装置的结构框图；

图中零部件及其编号：车架10、第一连接机构20、主摇臂21、副摇臂22、第一车轮组40、第一车轮41、第二车轮42、第三车轮43、过载保护机构50、第一传动件51、第二传动件52、第一伸缩件61、第二伸缩件62、第一转动件63、第二转动件64、太阳能板70、伸缩杆71。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。如果不冲突，本实用新型施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本实实用新型的保护范围之内。

实施例1：

如图9所示，本实施例提供一种轮式月球探测机器人运动控制装置，用于控制轮式月球探测机器人移动，所述运动控制装置包括：与各个车轮对应设置的第一角度检测装置，转动控制模块，所述第一角度检测装置和转动驱动装置分别与转动控制模块电连接，所述转动控制模块用于控制各个车轮转动的速度。

转动控制模块对各个转动驱动装置的电机发送控制命令，控制电机转动使各个车轮按照设定的转速和转角转动，从而驱动机器人在月球表面移动。此外本实施例还可以给各个车轮设置一个角度检测装置来检测车轮转动的角度，并通过车轮转动的角度和所用的时间来测量出车轮的速度。第一角度检测装置所测量出的车轮转动角度和转动速度值可以反馈给转动控制模块，使控制器可以根据车轮实际的转动情况来实时调整控制方式。

如图1所示，前述运动控制装置所控制的轮式月球探测机器人，包括：车架10、第一连接机构20、第一车轮组40、第二连接机构和第二车轮组，所述第一连接机构20和第二连接机构分别位于车架10沿第一方向的两侧，所述第一车轮组40和第二车轮组均包括多个车轮，所述第一车轮组40的车轮通过第一连接机构20与车架10形成相对位置可调的连接，所述第二车轮组的车轮通过第二连接机构与车架10形成相对位置可调的连接。

在本实施例中第一连接机构20、第一车轮组40、第二连接机构和第二车轮组共同组成了轮式月球探测机器人的行走机构。前述第一方向是指与机器人前进方向垂直的方向，即机器人的左右方向。而第一连接机构20和第二连接机构分别位于车架10沿第一方向的两侧即指第一连接机构20和第二连接机构设置在车架10的左右两侧。其中第一车轮组40和第二车轮组的车轮数量可以相同。每一组车轮都通过与其对应的连接机构与车架10连接。第一连接机构20和第二连接机构具有可以使车轮在行驶过程中根据路面起伏情况灵活调整各个车轮与车架10的位置关系的结构特点。当某些车轮所处的月球的路面距离车架10较高的时候，车轮也通过第一连接机构20或者第二连接机构调整至距离车架10较高的位置。当某些车轮所处的月球的路面距离车架10较低时，车轮也通过第一连接机构20或者第二连接机构调整至距离车架10较低的位置。车架10两侧路面的起伏情况可能不同，因此车架10两侧的第一连接机构20和第二连接机构可以相互独立地调整第一车轮组40和第二车轮组中各个车轮相对车架10的高低位置以适应左右两侧高低不同的路面。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上对前述第一连接机构20的具体结构进行介绍。如图2所示，在本实施例中，所述第一连接机构20包括主摇臂21和副摇臂22，所述第一车轮组40包括第一车轮41、第二车轮42和第三车轮43，所述主摇臂21与所述车架10可转动连接，所述第一车轮41和副摇臂22设置在主摇臂21沿第二方向相对的两端，所述副摇臂22和主摇臂21可转动连接，所述第二车轮42和第三车轮43设置在副摇臂22沿第二方向相对的两端。

前述第二方向即为机器人前进的方向，也就是机器人的前后方向。本实施例在机器人的单侧设置三个车轮，其中第二车轮42和第三车轮43连接在副摇臂22上，并可以随着副摇臂22的转动来调整自身与车架10的相对位置关系。而副摇臂22和第一车轮41又分别与主摇臂21的两端连接。副摇臂22可和第一车轮41可以随着主摇臂21的转动而调整与车架10的相对位置关系。如图3所示，通过前述分析可以看出，车架10同一侧的三个车轮通过可以主摇臂21和副摇臂22的转动来调整自身与车架10的相对位置关系。例如当第一车轮41所处的路面位置较高时，主摇臂21顺时针转动，使第一车轮41随主摇臂21转动至较高的位置，第二车轮42和第三车轮43转动至相对较低的位置。此时如果第二车轮42所处的路面高度比第三车轮43所处的路面高度低，则副摇臂22逆时针转动，使第二车轮42随副摇臂22转动至比第三车轮43低的位置，这样三个车轮的高度可以与其所处的路面相适应。采用前述连接机构，各个车轮可以随着路面变化自动调整位置，不需要专门的驱动机构驱动主摇臂21和副摇臂22转动。

同理第二连接机构也可以采用与第一连接机构20相同的机构，第二车轮组也包括三个车轮，分别为第四车轮第五车轮和第六车轮。

在其它实施例中也可以采用其它的连接结构来实现车轮与车架10相对位置的调整。如图4所示，例如通过可以伸缩的连杆将各个车轮与车架10连接，伸缩的连杆通过伸缩改变长度来带动车轮相对车架10上下移动。也可以采用电缸带动车轮随路面上下移动。

本实施例中的轮式月球探测机器人，还包括与第一车轮41、第二车轮42和第三车轮43一一对应设置的转动驱动装置，所述转动驱动装置用于驱动与其对应的车轮转动。本实施例的轮式月球探测机器人为每一个车轮都设置一个转动驱动装置，这样可以独立驱动轮式月球探测机器人的每一个车轮。

为了实现按照规划路径进行转向的功能，本实施例中的轮式月球探测机器人还包括与第一车轮41和第三车轮43一一对应设置的转向驱动机构，所述转向驱动机构用于驱动与其对应的车轮转向。第一车轮41即为机器人的前轮，第二车轮42即为机器人的后轮。本实施例为机器人的前后轮设置对应的转向驱动装置来驱动其转向。使机器人的前后两端的车轮都可以根据规划的路径来灵活调整行进的方向。

下面介绍一种驱动转向机构的具体结构形式：

所述转向驱动机构包括电机、减速器和转轴，所述转轴的转动方向与车轮的轴向方向垂直，所述电机的输出轴与所述减速器的输入端连接，所述减速器的输出端与所述转轴传动连接，所述车轮通过与其对应的转动驱动装置与所述转轴连接。通电后电机转动并通过减速器减速后输出给转轴。转轴绕着与车轮轴向方向垂直的轴线转动从而带动转动驱动装置转动。而转动驱动装置与其对应的车轮连接，因此转动驱动装置在转轴的驱动下带动车轮绕转轴的轴线转动从而实现车轮的转向。

此外还可以采用行星齿轮，将转动驱动装置输出的绕车轮轴线的转动转换成绕转轴的转动后驱动转轴带动车轮转向。

由于月球表面情况复杂，当机器人遇到极其崎岖不平的月球表面，车轮可能卡死，这时转动驱动装置所承受的负载过大，容易造成转动驱动装置损坏。对此，本实施例的转动驱动装置包括电机和过载保护机构50，所述电机与过载保护机构50传动连接，所述过载保护机构50与所对应的车轮传动连接，所述过载保护机构50用于在与其对应的车轮过载时使车轮和电机的转动不同步。当车轮被卡住时过载保护机构50将电机的转动与车轮的转动及时断开，避免电机堵转损坏。如图5所示，前述过载保护机构50包括第一传动件51和第二传动件52，其中第一传动件51与车轮传动连接，第二传动件52与电机传动连接。第一传动件51和第二传动件52之间接触的面为波纹面。当车轮没有被卡住时第一传动件51和第二传动件52之间可以依靠摩擦力同步转动。当负载过大时第一传动件51和第二传动件52之间发生相对转动，使车轮的转动与电机的转动不同步。

实施例3

当机器人遇到崎岖的月球表面时，如果相邻两个车轮之间的间距过大，则地面凸起的部分可能卡在两个车轮之间，对此，在本实施例中，所述副摇臂22上设置有轮距调节机构，所述轮距调节机构用于调节第一车轮41和第二车轮42在第二方向上的距离。在较为平坦的地面行驶时可以通过轮距调节机构将相邻两个车轮的距离调远。如图6和图7所示，如果在遇到较为崎岖的区域时可以通过轮距调节机构将相邻两个车轮的距离调近以避免无法通过该区域。

如图7所示，作为其中的一个示例，所述轮距调节机构包括设置在副摇臂22沿第二方向相对的两端第一伸缩件61和第二伸缩件62，所述第三车轮41与第一伸缩件61连接，所述第二车轮42与第二伸缩件62连接，所述第一伸缩件61可相对副摇臂22沿第二方向移动，所述第二伸缩件62可相对副摇臂22沿第二方向移动。前述连杆伸缩杆71可以通过电缸驱动来实现相对副摇臂22前后方向的移动。当两个伸缩杆71朝相互靠近的方向移动时两个车轮之间的距离缩短，当两个伸缩杆71朝相互远离的方向移动时，两个车轮之间的距离变长。

如图8所示，作为另一个示例，在本实施例中，所述轮距调节机构包括分别与副摇臂22转动连接的第一转动件63和第二转动件64所述第三车轮41与第一转接架连接，所述第二车轮42与第二转动件64连接。当两个转动件朝相互靠近的方向转动时两个车轮之间的距离缩短，当两个转动件朝相互远离的方向转动时两个车轮之间的将距离变长。

此外还可以设置轴向距离调节机构来调节第一连接机构20和第二连接机构之间的距离。这样当机器人需要通过地面较窄的区域时可以通过轴向距离调节机构来将两组车轮之间的间距调小。具体地，可以在车架10下方设置前述轴向距离调节机构。该轴向距离调节机构包括分别与车架10铰接的第一摇臂和第二摇臂，其中第一摇臂与第一连接机构20连接，第二摇臂与第二连接机构连接。当两个摇臂朝相互靠近的方向转动时两个车轮之间的距离缩短，当两个摇臂朝相互远离的方向转动时两个车轮之间的将距离变长。

实施例4

在本实施例中，所述运动控制装置还包括与转向机构对应设置的第二角度检测装置和转向控制模块，所述第二角度检测装置和转向机构分别与所述转向控制模块电连接，所述转向控制模块用于控制转向机构转向的角度。

本实施例的转向控制模块可以控制转向机构的驱动电机转动，并通过控制电机转动的角度来控制车轮转向的角度。为了可以精确控制转向角度，本实施例还设置了第二角度检测装置来测量车轮实际的转角，并将测得的转角反馈给转向控制模块，以便转向控制模块实时调整控制方式。

在本实施例中，所述运动控制装置还包括轮距调节模块，所述轮距调节模块与所述轮距调节机构电连接，所述轮距调节模块用于控制轮距调节机构调节车轮之间的间距。轮距调节模块可以通过控制驱动伸缩杆71的电缸或者驱动第一转动件63和第二转动件64的电机来控制相邻两个车轮之间的间距。

此外，在本实施例中，所述运动控制装置还包括处理器和图像采集装置，所述图像采集装置与所述处理器电连接，所述处理器与转动控制模块电连接。

图像采集装置可以是摄像头，机器人通过摄像头拍摄周围环境的图像，处理器对摄像头所采集的图像进行处理，并根据处理结果来规划机器人的行进路线，合理避开风险较大的区域，并根据处理结果计算出各个车轮在转速以及转向车轮的转向角度。

为了进一步增强了机器人对环境的感知能力，在本实施例中所述运动控制装置还包括激光测距仪，所述激光测距仪与处理器电连接，所述激光测距仪用于测量轮式月球探测机器人与目标之间的距离。激光测距仪可以和图像采集装置结合使用，处理器从采集的图像中选取感兴趣的目标物体例如障碍物后，运动控制装置控制激光测距仪测量出机器人与目标测量物体之间的距离。

如图10所示，为了在机器人通过起伏地段时，对机器人的行走机构进行精确的控制，在本实施例中，所述运动控制装置还包括第三角度检测装置，所述第三角度检测装置与所述处理器电连接，所述第三角度检测装置用于检测主摇臂21相对车架10的转角。此外，本实施例的动控制装置还包括第四角度检测装置，所述第四角度检测装置与所述处理器电连接，所述第四角度检测装置用于检测副摇臂22相对车架10的转角。

前述第一角度检测装置、第二角度检测装置、第三角度检测装置和第四角度检测装置看可以是角度传感器或者电位计。

在本实施例中，所述运动控制装置还包括加速度计和陀螺仪，所述加速度计用于测量所述轮式月球探测机器人移动时的加速度。所述陀螺仪用于测量轮式月球探测机器的姿态。

为了控制所述轮式月球探测机器人可以停在设定的位置，本实施例还为机器人设置了制动装置，所述运动控制装置还包括制动控制模块，所述制作控制模块与所述制动装置电连接，所述制动控制装置用于控制制动装置对所述轮式月球探测机器进行制动。

实施例5

如图11所示，本实施例提供一种轮式月球探测机器人控制装置，用于控制前述实施例中的轮式月球探测机器人，前述轮式月球探测机器人包括还包括电源设备。本实施例的控制装置包括电源控制模块和实施例4中的运动控制装置的各个控制模块，所述电源控制装置与所述电源设备电连接，所述电源控制模块用于控制电源设备为轮式月球探测机器人供电。

本实施例中的电源设备包括太阳能板70和蓄电池，所太阳能板70用于将光能转换为电能，所蓄电池用于存储电能。为了可以给轮式月球探测机器人持续提供电源，本实施例的电源设备利用太阳能板70通过光伏作用产生的电能给轮式月球探测机器人供电。太阳能板70产生的电能由蓄电池存储起来，并给转动驱动装置、转向驱动机构、各个控制模块、图像采集装置、激光测距仪、处理器等设备供电。

为了根据用电情况和蓄电池剩余电量的情况来调整太阳能板70的展开面积，在本实施例中，所述电源设备还包括折叠机构，所述折叠机构用于对太阳能板70进行折叠和展开。在本实施例中可以将其中一些太阳能板70设置在其它太阳能板70的下方，然后利用折叠机构推动位于下方的太阳能板70伸出至没有被其它太阳能板70遮盖的位置。如12所示，其中折叠机构包括与车架10连接的伸缩杆71，伸缩杆71的一端与太阳能板70连接。伸缩杆71可以由电缸驱动伸缩。伸缩杆71伸长时将位于下方的太阳能板70伸出至没有被其它太阳能板70遮盖的位置。伸缩杆71缩短时将其中一些太阳能板70推动至隐藏在其它太阳能板70下方的位置。如图13所示，控制装置的电量检测子模块检测出当前用电量较大或者蓄电池剩余电量较少时，可以通过控制装置的折叠控制子模块控制折叠机构将太阳能板70展开以增加电源设备所接收的太阳能。

如图14所示，由于在不同时刻太阳光照射到机器人上的角度不同，本实施例中的电源设备还设置了角度调节机构，所述角度调节机构用于根据太阳的照射角度来调节太阳能板70的角度。所述角度调节机构包括一端与太阳能板70铰接，相对的另一端与车架10铰接的连杆。连杆通过连杆转轴与车架10铰接，连杆转轴可以由电机驱动转动来带动连杆转动。这样控制装置可以通过太阳能板70角度控制子模块控制驱动连杆转动的电机来调整太阳能板70的角度。

以上是对本实用新型的详细介绍。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。