[发明专利]一种主动悬架式星球车移动系统构型优化设计方法

说明书

本发明涉及一种主动悬架式星球车移动系统构型优化设计方法，根据主动悬架式移动系统具体结构及其总体功能，具体阐述主动可变悬架式移动系统构型优化设计的方法，设计设定主摇臂前段长度、主摇臂后段长度、副摇臂长度以及其与其他部件的夹角大小，并分析主摇臂、副摇臂各尺寸之间的函数关系：建立几何模形，通过优化设计参数，在火星车悬架调整过程中，使得主摇臂间夹角和主摇臂后半段与水平线间夹角的非线性关系近似线性化，实现差动机构在调节车厢高度时保持车厢水平。

技术领域

本发明涉及一种移动机器人技术领域，特别涉及一种主动悬架式星球车移动系统构型优化设计方法。

背景技术

地外星球表面可能存在沙尘和风暴等恶劣天气，导致其表面地形转换速度较快，更为严重的是部分沙地表面有一层硬的砂石壳，内部却是软沙土，星球车巡视探测过程中，极易造成车轮无征兆的深度沉陷，例如美国的机遇号和勇气号火星车均由于发生沉陷无法脱离而导致任务失败，而沉陷后的脱困一直是困扰火星车的技术难点。

传统的星球车均采用被动悬架式移动系统，不具备构型调整和蠕动脱陷能力，中国祝融号火星车采用全新的主动悬架式移动系统，通过悬架的主动变形，可实现车体高度调整、蠕动行走等扩展功能，有效提升火星车沉陷脱困能力和障碍通过性能。

相关专利号CN105235468A公开的《主动悬架式火星车移动机构》和专利号CN201911135824.9公开的《一种星球车可变主动悬架机构》中对主动悬架式移动系统具体组成及总体功能进行了较详细介绍，但针对悬架系统构型设计方法及其具有的设计参数并未说明，而且相关领域的技术文献中也并未见到相关内容，导致相关技术人员均处于知其然而不知其所以然的状态。

因此如何提供主动悬架式星球车移动系统构型优化方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种非线性、强耦合主动悬架式星球车移动系统总体构型参数优化设计方法，解决现有星球车平行升降、抬轮及蠕动步行与构型参数、机构减速比强相关的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种主动悬架式星球车移动系统构型优化设计方法，悬架的主摇臂和副摇臂，车厢连接悬架，星球车移动系统包括两套安装在悬架上且对称布置车厢两侧的移动系统单元，移动系统单元包括一套夹角调整机构、三套车轮驱动机构、三套车轮转向机构及一套离合器机构，主摇臂包括主摇臂前段和主摇臂后段，夹角调整机构为单输入双输出的差动机构，差动机构的两个输出端分别对应传动连接主摇臂前段和主摇臂后段，主摇臂前段通过车轮转向机构与对应车轮的车轮驱动机构传动连接，副摇臂两端分别通过对应的车轮转向机构与对应车轮的车轮驱动机构传动连接；主摇臂后段通过离合器机构与副摇臂中部铰接；

主摇臂前段与主摇臂后段段之间的夹角为主摇臂张角，主摇臂前段相对于差动机构的角度变化量ω1₁，主摇臂后段相对差动机构的输出轴的角度变化量ω1₂，两者之差为主摇臂张角的变化量Δα：Δα＝ω1₂-ω1₁式(1)，

在车厢两侧主摇臂张角同步变化时，ω1₁就是主摇臂前段相对车体的角度变化量Δθ：Δθ＝ω1₁式(2)，

用ω1₂-ω1₁与ω1₁的比值来形容差动机构的变速比：式 (3)，

采用上式对主摇臂张角和车厢俯仰姿态进行校正，设计主摇臂前段和主摇臂后段的杆长使得Δθ与Δα线性相关，且线性相关系数恰好为k，实现差动机构在调节车厢高度时保持车厢水平。