[发明专利]月面巡视探测器机电控一体化轮

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成了结构、驱动、控制和热控的月面巡视探测器车轮，属机电一体化领域。

背景技术

在月面巡视探测任务中，探测器必须在月面工作三个月球日，经历高低温及真空的考验，这就要求探测器车轮有较高的可靠性，同时适应探测器对小型化、低能耗的需要。

国外，以美国JPL实验室研制的“Rocky”、“勇气号”、“机遇号”和前苏联研制的“月球-1”、“月球-2”为代表的行星表面探测器，在车轮设计中一般将执行机构与轮毂进行机械一体化设计，驱动控制单元放置于探测器舱体内部，车轮不采用热控或参与整体热控，因此不具备独立的生存能力，而且引入了较多的外部引线，不利于提高车轮的可靠性。

国内，中国专利申请号为200510027714.2，发明名称为“月球探测车驱动转向一体化车轮”公开了一种将车轮行驶驱动、转向机构和轮缘轮毂进行一体化设计的月球探测车车轮。这种含驱动转向机构的车轮，由于不合驱动控制线路，必须占用探测车舱内空间，另外设置下位机进行底层电机控制，包括电机电枢、传感器电源信号等在内的外部引线较多，不利于提高车轮的可靠性。同时该发明提供的车轮不具有自主热控的功能。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足之处，给出了一种机电一体化的、带有热控单元以及基本自主能力的高可靠性月面巡视探测器机电控一体化轮。

本发明的技术解决方案是：月面巡视探测器机电控一体化轮，包括机械传动单元，其特征在于：还包括驱动控制单元和热控单元，其中：

驱动控制单元，接收上位机的控制指令，进入主动运行模式，从机械传动单元获取转速、力矩和温度信息，并根据所述转速、力矩和温度信息，结合换相逻辑和经典PID控制，给出控制信号并驱动机械传动单元按照上位机的指令运行；当本发明的一体化轮需紧急制动或出现故障时，控制机械传动单元停止工作；当所述故障无法排除时，控制故障轮从主动运行模式转为被动运行模式；

热控单元，将机械传动单元和驱动控制单元工作时产生的热量向外界辐射；同时，根据外界环境的温度决定是否对机械传动单元和驱动控制单元进行加热；当环境温度低于设定温度时，对机械传动单元和驱动控制单元进行加热；当环境温度高于设定温度时则停止加热。

所述的机械传动单元包含电机、制动器、减速器、分离机构、轴承、端盖内密封和轮毂，其中：

电机，按照驱动控制单元给出的驱动信号运行，控制减速器的转速，同时将自身的转速、力矩和温度信息传给驱动控制单元；当本发明的一体化轮需紧急制动或出现故障时，受制动器的控制停止运行；

制动器，当本发明的一体化轮需紧急制动或出现故障时，接收驱动控制单元的操作指令，控制电机停止运行并在电机停运期间保持本发明一体化轮的位置不变；

减速器，根据电机的运行状况驱动轴承的运转；当本发明的一体化轮发生故障且已无法排除时，受分离机构的控制阻断传动；

分离机构，当本发明的一体化轮发生故障且已无法排除时，接收驱动控制单元的操作指令，控制减速器阻断传动，使故障轮进入被动运行模式。

所述的驱动控制单元包含控制器、传感器、功率驱动电路和供配电电路，其中：

控制器，接收上位机的控制指令，进入主动运行模式，从传感器获取转速、力矩和温度信息，根据所述转速、力矩和温度信息，结合换相逻辑和经典PID控制，给出控制信号并传给功率驱动电路；当本发明的一体化轮需紧急制动或出现故障时，强制机械传动单元中的制动器抱闸，使电机停止运行；当所述故障无法排除时，操作机械传动单元中的分离机构阻断传动，使故障轮进入被动运行模式；

传感器，包括位置传感器、电流传感器和温度传感器，从机械传动单元中的电机分别获取转速、力矩和温度信息并传给控制器；

功率驱动电路，从控制器接收控制信号，并根据所述控制信号对机械传动单元中电机的供电电源进行斩波和相位分配，从而驱动电机按照上位机的指令运行；

供配电电路，从上位机获得一次母线供电，并利用DC/DC变换出所需二次电源，供给驱动控制单元的各部件使用。

所述的控制器在进入主动运行模式之前，还可进行工作模式的切换，选择进入休眠模式、低功耗待机模式、被动运行模式和安全模式，其中：

休眠模式，在进入月夜期，为节约电量时采用，该模式下，控制器关闭电源输入，所有部件断电，制动器在断电状态下保持输出轴承当前的转角位置；