应用于载人月球车的高折展比应急返回装置
阅读说明：本技术 应用于载人月球车的高折展比应急返回装置 (High-folding-expansion-ratio emergency return device applied to manned lunar vehicle ) 是由 王康 邹猛 倪文成 金敬福 梁常春 曹洪涛 齐迎春 贺连彬 杨旭 贾阳 邢卓异 于 2021-08-13 设计创作，主要内容包括：一种应用于载人月球车的高折展比应急返回装置,包括前部悬挂机构、车身主梁、后部悬挂机构、扶手机构、座椅机构；前部悬挂机构又由前车轮系统、转向机构、减振机构组成；车身主梁由伸缩梁、固定梁组成；后部悬挂机构由后车轮系统、减振机构、后主轴机构组成；两前轮直径大于两后轮直径,折叠状态下,后轮套入前轮；展开过程包括靠背手动展开、后轮电动伸出、后轮电动转出、前轮电动转出、踏板通过脚踏放下、车主梁电动伸展、前手柄手动抬起步骤。本发明具有高折展比、强通过性、稳定性高等特点,可作为航天员短距离应急移动工具。(A high-folding-unfolding-ratio emergency return device applied to a manned lunar vehicle comprises a front suspension mechanism, a vehicle body main beam, a rear suspension mechanism, an armrest mechanism and a seat mechanism; the front suspension mechanism consists of a front wheel system, a steering mechanism and a vibration damping mechanism; the main beam of the vehicle body consists of a telescopic beam and a fixed beam; the rear suspension mechanism consists of a rear wheel system, a vibration damping mechanism and a rear main shaft mechanism; the diameters of the two front wheels are larger than those of the two rear wheels, and the rear wheels are sleeved in the front wheels in a folded state; the unfolding process comprises the steps of manually unfolding the backrest, electrically extending the rear wheels, electrically rolling out the front wheels, putting down the pedals through pedals, electrically stretching the main beam of the bicycle and manually lifting the front handle. The invention has the characteristics of high folding-unfolding ratio, strong trafficability, high stability and the like, and can be used as a short-distance emergency moving tool for astronauts.)
技术领域
本发明涉及星球车技术领域，具体而言，涉及一种应用于载人月球车的高折展比应急返回装置。
背景技术
载人月球车在复杂月面环境下工作时，可能遇到故障、事故和难以通过等情况，存在着车辆故障后宇航员如何返回基地或着陆器的问题，因此，很有必要制定应急返回策略，研制应急返回设备。目前，星球车研制主要以无人月球车居多，载人月球车则相对较少，对于常规月球车的意外引起的宇航员返回，或单人宇航员近距离机动需求的“小型载人月球车”的概念及方案提出尚未所见。基于小尺寸、低质量、灵活性等特征，解决短距离，低承载、机动性移动需求的小型月球车研究较少。
发明内容
本发明的目的是解决背景技术中存在的问题。而提供一种应用于载人月球车的高折展比应急返回装置，本发明具有轻量化、机动性强的特点，在载人月球车故障后可作为应急返回策略保证宇航员安全。
一种应用于载人月球车的高折展比应急返回装置，包括前部悬挂机构、车身主梁、后部悬挂机构；前部悬挂机构包括前车轮机构、转向机构、减振机构；车身主梁由伸缩梁、固定梁；后部悬挂机构包括后车轮机构、减振机构、后主轴机构；前部悬挂机构由左前轮、左转向臂、左前挡尘板、左前支臂、左减振筒，左转轴、左摆动轴、右前轮、右转向臂、右前挡尘板、右前支臂、右减振筒，右转轴、右摆动轴以及与伸缩梁固连的前固定端；车身固定梁固连车座、靠背铰接于固定梁上；
后部悬挂机构包括左后轮、左后挡尘板、右后轮、左后支臂、左后支臂转轴、左摩擦法兰、左扭力弹簧、与左后部件对称的右侧机构、伸缩轴以及与固定梁固连的固定轴；伸缩梁可伸缩、伸缩轴可伸长；前后轮不同径，折叠状态下为后轮套前轮；整车为四轮机构，前轮转向后轮驱动，前后轮不同径，折叠状态下为后轮套前轮；
所述四轮机构，由后轮作为主驱动，采用轮毂电机直接安装于后轮，通过后支臂推动车辆前进；由前轮作为转向，利用2个转向电机直接控制两侧前轮转向。
所述展开过程包括：
靠背人工展开；后轮电动伸出；后轮电动转出；前轮电动转出；踏板通过脚踏放下；车主梁电动伸展；手柄手动抬起七个步骤；
详细展开过程为：靠背旋转90°后锁紧，倾斜度10°；后轮摆臂轴向外伸出，折叠初始状态下，后轮套在前轮上面，必须先同轴向“拔出”后才可以旋转。后轮悬臂轴作为活动部件，在底盘横向轴上可轴向移动。通过轴向的往外伸出，前后轮分离，同时也实现了扩大后轮轮距的目的。两侧伸长量总计≥200mm。后轮以支臂轴旋转180°展开。支臂轴向后倾斜18°，以保证支臂旋转后车底盘抬高至200mm。为后轮展开后，露出前轮，前轮以支臂轴为轴线旋转180°展开。支臂旋转轴向后倾斜25°，以保证支臂旋转后车底盘太高至200mm。前轮展开后，底盘整体提升。前悬挂拉长抽出。通过拉长抽出，车长由原来的1525mm，扩展为1800mm，提高车身行驶稳定性。同时前悬挂的左右摆动式机构，有助于四轮全部触地。
折叠过程包括：手柄手动放下；伸缩梁向后电动收缩；踏板通过脚蹬收起；左前轮以左转轴逆时针旋转180°收回、右前轮以右转轴顺时针旋转180°电动收回；左后轮以左后支臂转轴顺时针旋转180°收回、右后轮以右后支臂转轴逆时针旋转180°电动收回；伸缩轴收缩、左后轮与右后轮分别向右向左电动收缩；靠背向下旋转90°。
在上述的折叠方式，所述后轮伸展电机机构设计为：固定轴与固定梁固连，固定轴与伸缩轴同轴；固定轴内部安装双螺纹推杆，配套的双侧螺杆螺母固定在后轮扭臂柱上，通过双头丝杠电机的正反转，推动伸缩轴运动，实现不同轮距调整。
在上述的折叠方式中，所述车主梁伸展采用电动推杆方式，丝杠电机推动作用下，伸长梁伸出加大应急返回装置的轴距。
在上述的折叠方式中，所述前后轮的转出定位机构采用各自独立的蜗轮蜗杆大扭矩舵机，实现前后轮支臂180°旋转，并可实现转动后自锁紧。
所述前轮减振机构由前支臂、减振筒、支撑点、摆动轴组成；后轮的摆动和振动通过后支臂传递到扭力梁，同时扭力梁连接处摩擦法兰副吸收摆动过程能量，实现阻尼效果。
相比于现有技术，本发明带来的有益效果是：
本发明作为一个独立的模块，放置于载人月球车上，可作为应急生保装置，也可作为短距离航天员移动工具。
高折展比车身，通过折叠和伸展方式，实现简单操作，无需组装、装配工艺；有效的折叠设计，展折比高于15。
通过前后轮不同径，车轮相套的方式，减少了折叠尺寸。
附图说明
图1为本发明应急返回装置机构示意图；
图2为本发明主梁伸展机构示意图；
图3为本发明后梁伸展机构示意图；
图4为本发明折叠状态示意图；
图5本发明展开过程的靠背手动展开示意图；
图6本发明展开过程的后轮电动伸出示意图；
图7本发明展开过程的后轮电动旋转转出示意图；
图8本发明展开过程的前轮电动旋转转出示意图；
图9本发明展开过程的脚踏通过脚蹬放下示意图；
图10本发明展开过程的车主梁电动伸展示意图。
其中：1-前部悬挂机构；11-前车轮机构；111-左前轮；112-左前挡尘板；113-左前轮；114-右前挡尘板；12-转向机构；121-左转向臂；122-左转向电机；123-右转向臂；124-右转向电机；13-减振机构；131-左前支臂；132-左减振筒；133-右前支臂；134-右减振筒；14-转轴；141-左摆动轴；142-左转轴；143-右摆动轴；144-右转轴；2-手柄；3-车身主梁；31-伸缩梁；32-固定梁；33-座椅；4-靠背；5-后部悬挂机构；51-后轮机构；511-左后轮；512-驱动电机；513-左后挡尘板；514-右后轮机构；52-后支臂机构；521-后支臂转轴；522-左后支臂转轴；523-左摩擦法兰；53-后主轴；531-伸缩轴；532-固定轴；6-踏板。
具体实施方式
一种应用于载人月球车的高折展比应急返回装置，具有高折展比、高适用性与可操作性。本发明可作为载人月球车的附件或座椅模式依附于载人月球车。本发明折叠状态为立方体机构，方案中大量采用模块化设计，电机模块化、电池模块化设计。本发明在折叠状态下要求最小包络尺寸，但在展开后要满足宇航员乘坐空间和整车支撑轴距轮距。本发明采用车轮向外旋转转出方案和车身两处伸长方式获得了较大的轴距和轮距，降低了宇航员侧倾风险。
通过前置手柄2、脚蹬6、座位33、靠背4，以及双腿夹持的应急返回装置主梁，可以获得全方位的支撑支持。同时也可以利用肢体姿态参与应急返回装置行驶过程车身姿态调整。并且有助于在紧急情况下快速从应急返回装置上撤离。
本发明的展开过程分为：车轮展出环节：包括伸展、旋转方式。
底盘伸展环节：主要为前悬挂伸展，以及车底盘踏板的展开。
座椅及控制手柄展开环节：人工辅助座椅4、控制手柄2展开。
前后轮不同径，前轮轮径0.25m，轮宽0.1m；后轮轮径0.4m，轮宽0.15m；折叠状态下为后轮套前轮。
如图1、图2和图3所示，一种应用于载人月球车的高折展比应急返回装置，包括前部悬挂机构1、车身主梁3、后部悬挂机构5；
所述前部悬挂机构1包括前车轮机构11、转向机构12和减振机构13；车身主梁3由伸缩梁31、固定梁32组成；后部悬挂机构5包括后车轮机构51、减振机构52和后主轴机构53；前部悬挂机构由左前轮111、左转向臂121、左前挡尘板112、左前支臂131、左减振筒132，左转轴142、左摆动轴141、右前轮113、右转向臂123、右前挡尘板112、右前支臂133、右减振筒134，右转轴144、右摆动轴143以及与伸缩梁31固连的前固定端15组成；车身固定梁32固连车座33、靠背4铰接于固定梁32上；后部悬挂机构5包括左后轮511、左后挡尘板513、右后轮514、左后支臂521、左后支臂转轴522、左摩擦法兰523、左扭力弹簧52、与左后部件对称的右侧机构、伸缩轴531以及与固定梁32固连的固定轴532组成；
四轮机构由后车轮机构51作为主驱动，采用轮毂电机直接安装于后轮，通过后支臂521推动车辆前进；由前车轮机构11作为转向，利用2个转向电机直接控制两侧左前轮111和右前轮113转向。
驱动采用后车轮机构51直接驱动方式，轮毂电机直接安装于后支臂521上，电机输出端为法兰盘式，直接装于后轮盘面上；前车轮机构11由单侧C型前轮由单侧C型转向臂与前轮支臂13上的转向电机连接；两侧的转向电机根据转向指令，按照转向圆函数关系，转动相应角度完成转向操作。
如图5至图10所示，展开过程包括：靠背4人工展开；左后轮511和右后轮514电动伸出；左后轮511和右后轮514电动转出；左前轮111和右前轮113电动转出；踏板6通过脚踏放下；车主梁3电动伸展；手柄2手动抬起等步骤；
详细展开过程为：靠背4旋转90°后锁紧，倾斜度10°；后轮摆臂轴521向外伸出，折叠初始状态下，后车轮机构51的后轮套在前轮外面，必须先同轴向“拔出”后才可以旋转；后轮悬臂轴作为活动部件，在底盘横向轴上可轴向移动；通过轴向的往外伸出，前后轮分离，同时也实现了扩大后轮轮距的目的；两侧伸长量总计≥200mm；后轮以支臂轴521旋转180°展开；支臂轴521向后倾斜18°，以保证支臂旋转后车底盘抬高至200mm；后车轮机构51的后轮展开后，露出左前轮111和右前轮113，左前轮111和右前轮113以支臂轴13旋转180°展开；支臂旋转轴13向后倾斜25°，以保证支臂旋转后车底盘太高至200mm；左前轮111和右前轮113展开后，底盘整体提升；前悬挂拉长抽出；通过拉长抽出，车长由原来的1525mm，扩展为1800mm，提高车身行驶稳定性；同时前悬挂的左右摆动式机构，有助于四轮全部触地。
折叠过程包括：手柄2手动放下；伸缩梁31向后电动收缩；踏板6通过脚蹬收起；左前轮111以左转轴142为轴线逆时针旋转180°收回、右前轮113以右转轴144为轴线顺时针旋转180°电动收回；左后轮511以左后支臂转轴521为轴线顺时针旋转180°收回、右后轮514以右后支臂转轴为轴线逆时针旋转180°电动收回；伸缩轴531收缩、左后轮511与右后轮514分别向右向左电动收缩；靠背6向下旋转90°。
如图3所示，后车轮机构51伸展电机机构设计为：固定轴532内部安装双螺纹推杆533，配套的双侧螺杆螺母534固定在后轮扭壁柱上，通过电机的正反转，实现双侧的后轮扭壁柱往外/向内移动，后车轮机构51可在内部双头推拉杆533的作用下，实现不同轮距调整。
如图2所示，车身主梁3伸展可采用电动推杆34方式，丝杠电机34推动作用下，伸长梁35伸出加大应急返回装置的轴距。
前后轮的转出定位机构可采用各自独立的蜗轮蜗杆大扭矩舵机，实现前后轮支臂180°旋转，并可实现转动后自锁紧。
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