一種多功能載人月球車的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種多功能載人月球車，具有三種探測模式：宇航員駕駛模式、自主巡視探測模式以及機器人駕駛探測模式。該載人月球車底盤采用可自由組裝的兩段式結(jié)構(gòu)，可根據(jù)需要組裝和分開。底盤上安裝有中心計算機、天線設(shè)備、乘務(wù)站部分等設(shè)備；底盤上還安裝有月面樣本采集分析設(shè)備，主要包括雙目視覺系統(tǒng)、機械臂和月面樣本分析儀；在月面上，利用雙目視覺系統(tǒng)與兩機械臂的協(xié)調(diào)合作，將采集到得月面樣本送入月面樣本分析儀，直接就地探測，然后通過天線設(shè)備，將分析數(shù)據(jù)傳回地面。該載人月球車結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕便、功能集成、乘坐舒適，滿足載人月面巡視探測的要求，并且能夠就地探測。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及月球車設(shè)計【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種集宇航員駕駛模式、自主巡視探 測模式以及機器人駕駛探測模式于一體的多功能載人月球車。 一種多功能載人月球車

【背景技術(shù)】
[0002] 載人月球車肩負擴展航天員活動范圍，運輸科學(xué)載荷、采樣工具和各類月球樣品， 以及保障航天員安全、高效完成月面探測的任務(wù)。因此，載人月球車需要具有良好的月面移 動能力、人機交互能力、裝載運輸能力和安全保障能力。
[0003] 目前，我國探月二期研制的"玉兔號"無人月球車已經(jīng)成功實現(xiàn)月面軟著陸并進行 了為期三個月的月面巡視，"玉兔號"無人月球車突破了月面移動技術(shù)、導(dǎo)航控制技術(shù)、綜合 電子技術(shù)、月面生存技術(shù)以及地面試驗技術(shù)，為后續(xù)載人月球車研制提供了技術(shù)保障和經(jīng) 驗支持，但是無人月球車與載人月球車有著本質(zhì)性的區(qū)別，無人月球車類似月面機器人，載 人月球車更接近地面車輛，所以，載人月球車的研制面臨著更大的挑戰(zhàn)。
[0004] 載人月球車是人類載人登月過程中不可或缺的代步工具。目前，已經(jīng)成功發(fā)射的 載人月球車只有美國的阿波羅15號、16號、17號所攜帶的LRV，LRV載人月球車底盤采用 三段折疊式，并采用傳統(tǒng)車輛的阿克曼轉(zhuǎn)向方式，由于LRV底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計不妥，當(dāng)車子行駛 在陡峭斜坡或者交叉斜坡的時候，存在乘坐不舒服等問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供了一種多功能載人月球車，包括底盤，所述 底盤上安裝有中心計算機、天線設(shè)備、乘務(wù)站部分和月面樣本采集分析設(shè)備，其中， 地面站和月面著陸器通過所述天線設(shè)備對所述中心計算機發(fā)送操作指令以及進行數(shù) 據(jù)資料的傳輸； 所述乘務(wù)座部分包括控制手柄，宇航員或機器人通過所述操作手柄對中心計算機發(fā)送 操作指令； 所述中心計算機根據(jù)所述地面站或所述月面著陸器或所述宇航員或所述機器人發(fā)送 的指令，來控制所述底盤上的驅(qū)動機構(gòu)以及所述月面樣本采集分析設(shè)備進行工作。
[0006] 較佳地，所述底盤包括前部底盤和后部底盤，所述前部底盤與所述后部底盤之間 可拆卸連接；所述前部底盤的兩側(cè)分別設(shè)置有兩個車輪，所述后部底盤的兩側(cè)分別設(shè)置有 一個車輪。
[0007] 較佳地，所述前部底盤和所述后部底盤上的車輪上均設(shè)置有所述驅(qū)動機構(gòu)，所述 驅(qū)動機構(gòu)包括轉(zhuǎn)向驅(qū)動機構(gòu)和行進驅(qū)動機構(gòu)。
[0008] 較佳地，所述底盤上還設(shè)置有電源，所述電源為所述多功能載人月球車上的各設(shè) 備提供電能。
[0009] 較佳地，所述底盤上還設(shè)置有柔性太陽翼，所述柔性太陽翼與所述電池相連，并為 所述電池充電。
[0010] 較佳地，所述天線設(shè)備包括高增益天線和低增益天線，所述地面站通過所述高增 益天線實現(xiàn)與所述中心計算機進行通訊，所述月面著陸器通過所述低增益天線與與所述中 心計算機進行通訊。
[0011] 較佳地，所述月面樣本采集分析設(shè)備包括雙目視覺系統(tǒng)、機械臂和月面樣本分析 儀，所述雙目視覺系統(tǒng)、機械臂和月面樣本分析儀均與所述中心計算機相連；在所述中心計 算機的控制下，所述機械臂與所述雙目視覺系統(tǒng)相配合獲取月面上的樣本并送入所述月面 樣本分析儀內(nèi)，所述月面樣本分析儀將分析獲得的數(shù)據(jù)通過所述中心計算機傳輸給所述地 面站或所述月面著陸器。
[0012] 較佳地，所述機械臂采用雙機械臂，且每個所述雙機械臂均具有五個自由度。
[0013] 本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點和積極效 果： 1)本發(fā)明提供的多功能載人月球車具有宇航員駕駛模式、自主巡視探測模式以及機器 人駕駛探測模式三種探測模式，三種探測模式保證了功能的多樣性和集成性。
[0014] 2)本發(fā)明提供的多功能載人月球車采用兩段式底盤設(shè)計，兩段底盤可自由組裝和 分開，當(dāng)遇到緊急情況時，后部底盤可以與前部底盤分開，宇航員可直接駕駛前部底盤部分 行駛到安全區(qū)域，且減少能量損耗，便于宇航員逃生。
[0015] 3)本發(fā)明提供的多功能載人月球車上設(shè)置有月面樣本采集分析設(shè)備，能夠直接對 月面樣本就地進行研究和分析，然后通過天線設(shè)備，將分析數(shù)據(jù)傳回地面，就地進行樣本分 析能夠減輕宇航員的工作量，給月面探測帶來便利。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 結(jié)合附圖，通過下文的述詳細說明，可更清楚地理解本發(fā)明的上述及其他特征和 優(yōu)點，其中： 圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)組成示意圖； 圖2為宇航員駕駛模式示意圖； 圖3為自主巡視探測模式示意圖； 圖4為機器人駕駛探測模式示意圖； 1- 車輪 2- 前部底盤 3_控制手柄 4- 生保系統(tǒng) 5- 中心計算機 6.后部底盤 機械臂 8_月面樣本分析儀 9_雙目視覺系統(tǒng) 10- 高增益天線 11- 電源 12- 低增益天線 13- 乘務(wù)座椅 14- 儀表顯示臺 15- 轉(zhuǎn)向驅(qū)動機構(gòu) 16- 相機 17- 行進驅(qū)動機構(gòu) 18- 柔性太陽翼 19- 機器人。

【具體實施方式】
[0017] 參見示出本發(fā)明實施例的附圖，下文將更詳細地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以以 許多不同形式實現(xiàn)，并且不應(yīng)解釋為受在此提出之實施例的限制。相反，提出這些實施例是 為了達成充分及完整公開，并且使本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員完全了解本發(fā)明的范圍。這些附 圖中，為清楚起見，可能放大了層及區(qū)域的尺寸及相對尺寸。
[0018] 參考圖1-4,本發(fā)明提供的一種多功能載人月球車，可搭載宇航員，支持宇航員進 行各種月面試驗，并作為宇航員與月面著陸器和地面站通信的工具。該月球車包括底盤以 及設(shè)置在底盤上的乘務(wù)站、電源、電子設(shè)備、天線設(shè)備、月面樣本采集分析設(shè)備等；該載人月 球車適用于載人或無人月面巡視探測，具體能夠?qū)崿F(xiàn)三種探測工作模式：宇航員駕駛模式、 自主巡視探測模式以及機器人駕駛探測模式。
[0019] 在本實施例中,底盤采用兩段式結(jié)構(gòu)，其包括前部底盤2、后部底盤6和車輪1，前 部底盤2與后部底盤6之間可拆卸連接，可根據(jù)具體情況自由進行組裝和分開；前部底盤2 的兩側(cè)分別設(shè)置有兩個車輪1，后部分底盤6的兩側(cè)分別設(shè)置有一個車輪1 ;車輪1上設(shè)置 有驅(qū)動機構(gòu)，驅(qū)動機構(gòu)包括行進驅(qū)動機構(gòu)17和轉(zhuǎn)向驅(qū)動機構(gòu)15 ;在本實施例中優(yōu)選每個車 輪1上均設(shè)置有驅(qū)動機構(gòu)17和轉(zhuǎn)向機構(gòu)15,使得月球車即能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)車輛的阿克曼轉(zhuǎn) 向，又能夠?qū)崿F(xiàn)車體的轉(zhuǎn)向，兩種轉(zhuǎn)向方式起到相互備份的作用。本發(fā)明提供的底盤采用兩 段式結(jié)構(gòu)，在發(fā)射過程中，前部底盤2與后部底盤6分開，便于放置，減少占地空間，到達月 面后由宇航員將兩者組裝起來；當(dāng)多功能載人月球車遇到緊急情況的時候，后部底盤6可 以與前部底盤2分開，減少了月球車的能量損耗，宇航員可以直接駕駛前部底盤2部分返回 著陸艙區(qū)域。
[0020] 在本實施例中，前部底盤2上設(shè)置有乘務(wù)站、天線設(shè)備、中心計算機5、生保系統(tǒng)4、 相機16等設(shè)備。其中，乘務(wù)站包括乘務(wù)座椅13、控制手柄3和儀表顯示臺，其中儀表顯示 臺能夠顯示車體的一些運行參數(shù)，顯示車輛行駛速度、航向、位姿、里程和異常警示等信息； 坐在乘務(wù)座椅13上的宇航員或機器人操縱控制手柄3,控制手柄3將指令傳輸給中心計算 機5,中心計算機5再根據(jù)指令控制車輪1上的驅(qū)動機構(gòu)，從而實現(xiàn)載人月球車的前進、后退 或者轉(zhuǎn)向等運動。天線設(shè)備包括高增益天線10和低增益天線12,月面著陸器可通過低增 益天線12實現(xiàn)對中心計算機5的控制以及信息傳輸，當(dāng)月球車無人駕駛的時候，月面著陸 器可通過低增益天線12控制中心計算機5,從而實現(xiàn)對月球車的控制；地面站的人員可通 過高增益天線實現(xiàn)對中心計算機5的控制以及信息的傳輸，同樣的當(dāng)月球車無人駕駛的時 候，地面站的人員可控制月球車進行行駛等功能。另外，前部底盤2的上設(shè)置的相機16,用 于對月球表面進行拍照，并將照片資料通過中心計算機5傳輸給地面站。
[0021] 在本實施例中，前部底盤上還設(shè)置有電源11和柔性太陽能翼18,電源11與月球車 上的各設(shè)備相連并為其提供能源使其工作；柔性太陽能翼18與電源11相連，柔性太陽能翼 18將太陽能轉(zhuǎn)化為電能給電池11充電，從而保證了月球車可持續(xù)的運行。另外，柔性太陽 能翼18是可展開和收起的，如圖2中所示的為柔性太陽能翼18展開的時候，形成一類似外 殼的形狀，擴大了吸收太陽能的面積，同時可作為月球車的外殼使用。
[0022] 在本實施例中，月面樣本采集分析設(shè)備安裝在后部底盤6上，其主要包括機械臂 7、雙目視覺系統(tǒng)9和月面樣本分析儀8 ;機械臂7、雙目視覺系統(tǒng)9和樣本分析儀8均與中 心計算機5相連，中心計算機5控制機械臂7、雙目視覺系統(tǒng)9和樣本分析儀8進行工作。 其中，機械臂7采用雙機械臂，且具有五個自由度；一方面雙機械臂能夠滿足無人探測的需 求，當(dāng)月面車進行無人巡視探測時，月球車可以向月面投放雙機械臂，對月面進行探測；另 一方面，雙機械臂更加靈活，能實現(xiàn)一只機械臂抓取樣本，另一只機械臂可以對樣本進行鉆 磨等操作。雙目視覺系統(tǒng)采用立體成像的原理，配合雙機械臂對月面進行探測。
[0023] 在月面上，利用雙目視覺系統(tǒng)9配合機械臂7協(xié)調(diào)工作，使機械臂7從月面上采集 月面樣本并送入到月面樣本分析儀8內(nèi)；月面樣本分析儀8對樣本進行就地研究和分析，月 面樣本分析儀8將分析出得到的數(shù)據(jù)傳輸給中心計算機5,中心計算機5再將數(shù)據(jù)傳回地面 站或月面著落器。本發(fā)明通過月面樣本采集分析設(shè)備就地進行采樣分析，大大減輕了宇航 員的工作量，給月面探測帶來方便。
[0024] 本發(fā)明提供的一種多功能載人月球車采用以上技術(shù)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)宇航員駕駛模 式、自主巡視探測模式以及機器人駕駛探測模式三種工作模式，其具體工作過程如下： 一、宇航員駕駛模式 如圖2所示，在宇航員駕駛模式下，月球車作為宇航員的代步工具，擴展了航天員的活 動范圍；球車可搭載科學(xué)載荷、采樣工具和月壤樣品，支持宇航員進行各種月面試驗，并作 為航天員與著陸器和地面通信的工具。具體的，宇航員操縱控制手柄3發(fā)出指令，通過中 心計算機5,指令傳達到底盤的驅(qū)動機構(gòu)，在驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動下，使月球車前進、后退或者轉(zhuǎn) 彎；當(dāng)需要原地轉(zhuǎn)向的時候，由宇航員操縱控制手柄3發(fā)出指令，通過中心計算機5,前后四 個車輪在轉(zhuǎn)向驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動下，擺成原地轉(zhuǎn)向的狀態(tài)，接著在行進驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動下，進 行原地轉(zhuǎn)向動作。當(dāng)月球車要對陡坡或者隕石較多的區(qū)域進行探測時，宇航員可以通過操 作控制手柄3來控制月球車上的月面樣本采集分析設(shè)備進行探測。
[0025] 二、自主巡視探測模式 如圖3所示，宇航員返回地球后，月球車切換為自主巡視探測模式。首先，為減輕月球 車重量，宇航員在離開月面之前，將乘務(wù)座椅13、生保系統(tǒng)4、儀表顯示臺14、控制手柄3等 與宇航員相關(guān)的裝置從月球車上拆下；為了給月球車提供能量，給電源11充電，將月球車 的柔性太陽翼18展開；然后，由地面站發(fā)送指令，通過中繼通訊，月球車上的高增益天線10 接收指令，通過中心計算機5處理，控制月球車上的驅(qū)動機構(gòu)；在驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動下，車輪1 轉(zhuǎn)動，從而使車體前進、后退或轉(zhuǎn)彎；同時地面站也可以控制月球車上的月面樣本采集分析 設(shè)備進行工作，對月面樣本繼續(xù)進行探測。
[0026] 三、機器人駕駛探測模式 如圖4所示，在機器人駕駛探測下，機器人可以通過操作控制手柄3,并將指令傳到的 中心計算機5上，通過中心計算機5的分析，一方面控制驅(qū)動機構(gòu)運行月球車能夠?qū)崿F(xiàn)在月 面移動；另一方面，可以控制月面樣本采集分析設(shè)備工作，利用雙目視覺系統(tǒng)，兩個機械臂 相互配合，協(xié)同工作，將采集到的月壤送到樣本分析儀進行分析，然后通過高增益天線將樣 本數(shù)據(jù)和相機拍到的照片資料傳回地面。當(dāng)機器人駕駛探測時，月球車可以不用考慮乘坐 舒適性問題，可以相對的加快行駛速度，并且可以在路況及其崎嶇的月面上行駛，這樣擴大 了探測范圍和提1? 了續(xù)航時間。
[0027] 綜上所述，本發(fā)明有以下優(yōu)點： 1、針對月球車的探測模式：該載人月球車有宇航員駕駛模式、自主巡視探測模式以及 機器人駕駛探測模式三種探測模式，三種探測模式保證了功能的多樣性和集成性。宇航員 可以直接駕駛月球車在月面行駛，擴大探測區(qū)域；當(dāng)宇航員返回地面時，該月球車可以繼續(xù) 進行巡視探測，延長了月球車的壽命；而且該月球車能夠?qū)崿F(xiàn)機器人駕駛探測，機器人駕駛 探測時，月球車可以不用考慮乘坐舒適性問題，可以相對的加快行駛速度，并且可以在路況 及其崎嶇的月面上行駛，這樣擴大了探測范圍和提高了續(xù)航時間。
[0028] 2、針對載人月球車底盤設(shè)計：采用兩段式底盤設(shè)計，兩段底盤可自由組裝和分開， 發(fā)射過程中可以將兩段底盤拆開，減少發(fā)射空間；到達月面后，可以將兩段底盤組裝，組裝 后使月球車具有原地探測和樣本分析的能力，當(dāng)遇到緊急情況時，后部底盤可以與前部底 盤分開，減少能量損耗，使車體快速行駛到安全區(qū)域，便于宇航員逃生。
[0029] 3、針對月面樣本分析：載人月球車尾部裝有月面樣本分析儀，月面樣本分析儀能 夠直接對月面樣本就地進行研究和分析，然后通過天線設(shè)備，將分析數(shù)據(jù)傳回地面，就地進 行樣本分析能夠減輕宇航員的工作量，給月面探測帶來便利。
[0030] 4、針對樣本采集和探測：載人月球車尾部設(shè)置有雙機械臂，雙機械臂具有五個自 由度；一方面，雙機械臂能夠滿足無人探測的需要，當(dāng)月球車進行無人巡視探測時，月球車 可以向月面投放雙機械臂，對月面進行探測；另一方面，雙機械臂更加靈活，能夠?qū)崿F(xiàn)一只 機械臂抓取樣本，另一只機械臂進行可以對樣本進行鉆磨加工等操作。
[0031] 5、載人月球車尾部設(shè)置有雙目視覺系統(tǒng)，采用立體成像原理，使工作人員在地面 站能夠更直觀的遠程操作機械臂進行月面探測。
[0032] 本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明可以以許多其他具體形式實現(xiàn)而不脫離本 發(fā)明的精神或范圍。盡管已描述了本發(fā)明的實施例，應(yīng)理解本發(fā)明不應(yīng)限制為這些實施例， 本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可如所附權(quán)利要求書界定的本發(fā)明精神和范圍之內(nèi)作出變化和修 改。
【權(quán)利要求】
1. 一種多功能載人月球車，其特征在于，包括底盤，所述底盤上安裝有中心計算機、天 線設(shè)備、乘務(wù)站部分和月面樣本采集分析設(shè)備，其中， 地面站和月面著陸器通過所述天線設(shè)備對所述中心計算機發(fā)送操作指令以及進行數(shù) 據(jù)資料的傳輸； 所述乘務(wù)座部分包括控制手柄，宇航員或機器人通過所述操作手柄對中心計算機發(fā)送 操作指令； 所述中心計算機根據(jù)所述地面站或所述月面著陸器或所述宇航員或所述機器人發(fā)送 的指令，來控制所述底盤上的驅(qū)動機構(gòu)以及所述月面樣本采集分析設(shè)備進行工作。
2. 據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能載人月球車，其特征在于，所述底盤包括前部底盤和后 部底盤，所述前部底盤與所述后部底盤之間可拆卸連接；所述前部底盤的兩側(cè)分別設(shè)置有 兩個車輪，所述后部底盤的兩側(cè)分別設(shè)置有一個車輪。
3. 據(jù)權(quán)利要求2所述的多功能載人月球車，其特征在于，所述前部底盤和所述后部底 盤上的車輪上均設(shè)置有所述驅(qū)動機構(gòu)，所述驅(qū)動機構(gòu)包括轉(zhuǎn)向驅(qū)動機構(gòu)和行進驅(qū)動機構(gòu)。
4. 據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能載人月球車，其特征在于，所述底盤上還設(shè)置有電源，所 述電源為所述多功能載人月球車上的各設(shè)備提供電能。
5. 據(jù)權(quán)利要求4所述的多功能載人月球車，其特征在于，所述底盤上還設(shè)置有柔性太 陽翼，所述柔性太陽翼與所述電池相連，并為所述電池充電。
6. 據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能載人月球車，其特征在于，所述天線設(shè)備包括高增益天 線和低增益天線，所述地面站通過所述高增益天線實現(xiàn)與所述中心計算機進行通訊，所述 月面著陸器通過所述低增益天線與與所述中心計算機進行通訊。
7. 據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能載人月球車，其特征在于，所述月面樣本采集分析設(shè)備 包括雙目視覺系統(tǒng)、機械臂和月面樣本分析儀，所述雙目視覺系統(tǒng)、機械臂和月面樣本分析 儀均與所述中心計算機相連；在所述中心計算機的控制下，所述機械臂與所述雙目視覺系 統(tǒng)相配合獲取月面上的樣本并送入所述月面樣本分析儀內(nèi)，所述月面樣本分析儀將分析獲 得的數(shù)據(jù)通過所述中心計算機傳輸給所述地面站或所述月面著陸器。
8. 據(jù)權(quán)利要求7所述的多功能載人月球車，其特征在于，所述機械臂采用雙機械臂，且 每個所述雙機械臂均具有五個自由度。
【文檔編號】B64G1/16GK104108475SQ201410303217
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】姬鳴, 肖杰, 邱寶貴, 胡震宇, 張曉偉, 羅小桃, 曾占魁 申請人:上海宇航系統(tǒng)工程研究所