[发明专利]一种可重复飞行轮腿复合移动机器人

说明书

一种可重复飞行轮腿复合移动机器人，包括主舱体、轮腿复合移动机构、推进系统、测控和载荷；主舱体作为机器人的主承力结构，为轮腿复合移动机构、推进系统、制导导航与控制系统、电源、测控和载荷提供安装接口；轮腿复合移动机构作为机器人的移动装置，安装在主舱体上；推进系统布局采用主推力器中心安装和辅推力器边缘对称安装的方式安装在主舱体上。该机器人能够以轮腿联动、轮式或足式等方式实现非结构化地形表面移动，又能够喷气低空飞行，解决单纯轮式、足式机器人在移动能力上的局限性，实现星球表面复杂地形的全地形通过。

技术领域

本发明涉及一种可重复飞行轮腿复合移动机器人技术。

背景技术

面向未来月球基地建设和探测的月面移动机器人需要长时间工作(月球车应具备在月球表面工作至少数月的能力)，探测范围要求显著增加(行驶距离要达到数百公里)，需要适应大部分月球表面大部分地形。同时月球原位资源利用需要移动机器人具有较高的移动效率。已有月球/火星探测主要采用纯轮式或摇臂-悬架式移动机构。纯轮式移动速度快，但越障能力弱；摇臂—悬架机构虽然能使月面轮式移动机器人在移动过程中被动适应地形，保持一定的越障能力(具有相同车轮尺寸情况下，采用摇臂-转向架式系统的六轮月球车能够跨越的障碍尺寸，约是四轮无悬挂系统月球车的三倍。)，但限于摇臂长度和转动角度等约束，越障能力仍很有限，且需要较强的障碍识别和避障规划能力，使自主避障时的平均移动速度非常低(勇气号和机遇号平均移动速度为40m/h，好奇号平均移动速度为30m/h)，轮式移动机构速度快的优势没有得到发挥。一旦障碍识别和避障规划失误，会导致移动机器人沉陷或卡住，而被动适应地形的摇臂—悬架机构脱困能力非常有限，特别是在松软的月球表面。

增大车轮或采用主动摇臂-悬架方式是提高越障能力的技术途径。其中增大车轮直径会导致重量提升，且越障能力提高有限，若采用车轮轻薄减重设计，会导致在复杂地面被尖锐突起障碍扎破；主动摇臂悬架方式一定程度上增强了火星车的脱困能力，但对正常移动能力没有提高，面对陡坡、密集岩石和沟壑等地形仍然无法驶入探测。

综上，我国未来月球基地探测任务需要研究一种具有能够适应更复杂地形，并能有效提高探测效率的新型移动机器人。针对上述需求和面临的问题，本项目提出了具有可重复飞行能力的轮腿复合移动机器人。与已有月球/火星车的轮式移动机构相比，足式机器人具有障碍跨越、沙地及崎岖等特殊路面行走能力，其运动的盲区远小于轮式或履带式。足式移动机器人既能以静态方式在复杂地形上行走，又能以动态方式(步行过程任意时刻均少于三条腿同时处于支撑状态的步行方式)实现高速行走。足式运动的缺点是结构复杂，对控制的要求比较高。另外，在现有技术条件下，足式机器人的能耗会高于轮式结构，不适合长时和长距离探测，轮腿复合移动机构能够结合两种运动机构的优点，是一种兼顾运动高效能与环境适应性的运动模式，可以实现良好的运动灵活性和较高的移动速度。据调研，具有相同通过能力的要求下，轮腿式运动系统预计比轮式运动系统的重量减少约25％，是月面机器人的一种优选机构。

轮腿式移动机构基本可以实现大部分复杂地形探测。月面上除了环形山、月海、月坑等地理特征外，还存在大小不一的沟谷。较宽的称为月谷，较细长的称为月溪。轮腿式移动机构在遇到这类地形时，只能绕行或停止探测，无法越过。此外月球南极地区存在较大月球坑，坑壁外沿陡峭，坑底为永久阴影区，所以仅靠轮腿移动方式难以到达对月球坑进行探测。

发明内容

本发明技术解决问题：克服复杂地形下轮式、足式和轮足机器人在移动效率方面的，提出一种可重复飞行轮腿复合移动机器人，同时具有重复喷气飞行和复杂地形表面高效移动能力。

本发明采用的技术方案：一种可重复飞行轮腿复合移动机器人，包括主舱体、轮腿复合移动机构、推进系统、测控和载荷；主舱体作为机器人的主承力结构，为轮腿复合移动机构、推进系统、制导导航与控制系统、电源、测控和载荷提供安装接口；轮腿复合移动机构作为机器人的移动装置，安装在主舱体上；推进系统布局采用主推力器中心安装和辅推力器边缘对称安装的方式安装在主舱体上。

所述主舱体采用中心对称蝶形或半锥形结构。