[发明专利]四轮独立驱动巡视器运动控制系统

说明书

技术领域

本发明设计了一种四轮独立驱动巡视器运动控制系统，属于机械机构设计 及自动控制领域。

背景技术

随着现代科技的发展进步，人类对外太空的探索的步伐正在加快。巡视器作 为在探索外太空的主要工具，能够在恶劣环境或者未知环境下代替宇航员工作， 完成科学探测任务。巡视器运动控制系统作为巡视器最主要的部分，直接关系到 探测任务的成败，所以设计一种优秀的运动控制系统是十分必要的。

目前成功发射应用的深空探测巡视器以六轮系统为主，美国的“勇气号”和 “好奇号”火星车都是六轮控制结构。六轮结构比较复杂，车体体积和质量比较 庞大，对其控制计算繁琐且影响了其可靠性和灵活性。四轮巡视器比传统的六轮 巡视器结构轻巧，建模分析简单，控制方便，机动性能更好。以往巡视器大都采 用单片机或者uCOS系统作为巡视器控制系统，控制效果不理想，各机构之间的 通信信息出现延误。申请号200910172652.2的专利公开了一种月面巡视器结构， 其车体采用八角形设置，车体下部采用四套轮臂、车轮的正四角形主动仿形机构 分布。该设计使用了四个转臂电机、四个转向电机，四个驱动电机和四个升降电 机。虽然机械结构的设计能使巡视器更好的适应地面环境，但其结构复杂且电机 大都裸露在外部，对其长时间正常工作带来了很大挑战，而且专利中并没有详细 介绍该巡视器运动控制系统的设计。因此，设计一种结构轻便，控制简单，可以 快速完成各机构之间信息传递的巡视器运动控制系统是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于设计一种四轮独立驱动巡视器运动控制系统，该系统要适 应复杂多变的地形环境，驱动性能和可靠性要高，使之能够保证巡视器车厢内仪 器平稳的完成探测任务。而且要选用可靠的控制系统和通信协议来提高系统实时 性和通信效率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术法案是一种基于VxWorks系统和 CAN总线技术的四轮独立驱动巡视器运动控制系统。该控制系统主要包括机械 设计部分、控制核心模块、驱动电机控制模块、转向电机控制模块、通信模块以 及各种辅助支撑模块。每个模块都包括硬件和软件两部分。硬件为系统工作提供 实体基础，软件为系统提供各种算法控制。

机械设计部分。设计使用的巡视器的结构如图1所示。机械设计部分包括： 巡视器车厢1、车轮2、摇臂3、转向机构4、铰链5、摇臂与车体的连接装置6。 其中，车厢1是巡视器搭载探测仪器设备的主要场所，其通过车体的连接装置6 和摇臂3与巡视器固定在一起，形成一个完整的整体结构；车轮2与转向机构4 相连，转向机构4的一端与车轮2相连接，另一端通过铰链5连接在摇臂3上， 形成悬架—转向机构，使巡视器车体更好的适应地形的变化。摇臂3的前端通过 摇臂与车体的连接装置6与巡视器车厢1相连，摇臂3的后端通过铰链5连接一 个转向机构4。

车轮2包含轮体201、轮毂202、减速机构203、制动器204、驱动电机205、 方向电机206、与摇臂相连的法兰207、电机套法兰盘208；

驱动电机205通过轮毂202连接到轮体201，实现车轮2的前向驱动。轮毂 202用于连接车轮2的轮圈，通过轮毂202的转动带动整个车轮2的转动。电机 套法兰盘208和与摇臂相连的法兰207相啮合，从而将车轮2固定在摇臂3上， 进而起到将车轮2与摇臂3之间的整体连接作用。方向电机206安装在车轮内部 并与电机套法兰盘208相连接，方向电机206的转动从而实现轮体201的转向。

驱动电机205通过制动器204与减速机构203相连。