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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 強(qiáng)動(dòng)力型月球車
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 月球車（亦稱“月球探測(cè)遠(yuǎn)程控制機(jī)器人”）是在月球表面行駛并對(duì)月球考察和收集分析樣品的專用車輛。針對(duì)月球表面復(fù)雜環(huán)境而設(shè)計(jì)各種獨(dú)特機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)， 使該車具備強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)力、優(yōu)越的越障爬坡性能、平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)功能及很強(qiáng)的通過性能。 創(chuàng)新點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)： 1八輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 2八輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 3八輪臂協(xié)調(diào)垂直伸縮運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) 4 “雙子星”車體結(jié)構(gòu)及協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 5雙連桿柔性機(jī)械臂系統(tǒng) 6計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控及控制系統(tǒng) 7 攝像與紅外溫濕度探測(cè)系統(tǒng) 8混合能源供給系統(tǒng) 當(dāng)前我國(guó)登月計(jì)劃正在緊密的實(shí)施過程中，月球車的研究在不斷深入，相信經(jīng)過不斷的完善，它定能在嫦娥工程中展示它優(yōu)越的性能;由于其具備優(yōu)越的靈活性，強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)力，亦能適應(yīng)沙漠環(huán)境，可作沙漠車使用；獨(dú)立驅(qū)動(dòng)與獨(dú)立轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有很大的研發(fā)前景，其應(yīng)用于電動(dòng)汽車可有效提高速度的限制、解決動(dòng)力問題及能源匱乏問題；“雙子星”車體結(jié)構(gòu)可在一定空間內(nèi)調(diào)整相對(duì)位置，在很大程度上提高了車體的靈活性，可應(yīng)用于專用重量級(jí)運(yùn)輸車。 該作品為月球車行走系統(tǒng)、未來電動(dòng)汽車、電動(dòng)沙漠車、專用重量級(jí)運(yùn)輸車的發(fā)展方向提供了一種嶄新的思路，存在廣闊的開發(fā)前景。
- 詳細(xì)介紹：
- 月球車（亦稱“月球探測(cè)遠(yuǎn)程控制機(jī)器人”）是在月球表面行駛并對(duì)月球考察和收集分析樣品的專用車輛。針對(duì)月球表面復(fù)雜環(huán)境而設(shè)計(jì)各種獨(dú)特機(jī)構(gòu)，增強(qiáng)了該車的適應(yīng)能力。具備強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)力、優(yōu)越的越障爬坡性能、平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)功能及很強(qiáng)的通過性能。從而能高效率地完成各種月面探索活動(dòng)的任務(wù)。 一．八輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 打破傳動(dòng)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)車的設(shè)計(jì)模式，即摒棄傳統(tǒng)的同軸獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，采用自由輪臂獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，大大提高了該車對(duì)月球表面復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力。此車精簡(jiǎn)傳統(tǒng)汽車復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，直接由電動(dòng)機(jī)輸入動(dòng)力，采用動(dòng)力輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行傳動(dòng)， 每個(gè)輪子都有一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)經(jīng)過減速器直接將動(dòng)力傳送到輪上，可大大提高車速及馬力，減少了復(fù)雜傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的能量損失，從而提高了能量利用效率，從而充分地利用了能源，并且解決了傳統(tǒng)電動(dòng)汽車速度偏慢的問題。 二．八輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 每個(gè)輪子都可獨(dú)立任何角度轉(zhuǎn)向，亦可整體協(xié)調(diào)一致轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)了車體的零轉(zhuǎn)彎半徑轉(zhuǎn)彎，很大程度上提高了月球車的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)靈活性及整體運(yùn)動(dòng)靈活性。 三．八輪臂協(xié)調(diào)垂直伸縮運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) 打破了傳統(tǒng)汽車可調(diào)底盤的設(shè)計(jì)模式，輪臂設(shè)計(jì)采用液壓缸，通過輪臂自動(dòng)伸縮調(diào)節(jié)車體高度，達(dá)到了間接調(diào)節(jié)底盤的目的，在一定范圍內(nèi)可保持車體的水平，實(shí)現(xiàn)減震功能；該系統(tǒng)亦能保證每個(gè)輪子在凸起或凹陷的環(huán)境條件下做仿形運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)控制，提高了車對(duì)月面的適應(yīng)性能，即整車通過性能。 四．“雙子星”車體結(jié)構(gòu)及協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 兩個(gè)車體通過液壓伸縮連桿機(jī)構(gòu)連接成一體，球鉸鏈與軸承配合連接，兩節(jié)車體可以在一定空間范圍內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)，實(shí)時(shí)調(diào)整相對(duì)位置，在遇到障礙時(shí)通過將傳感器所獲得信息經(jīng)無線傳輸至主控PC機(jī)，主控PC機(jī)使用圖像識(shí)別和分析技術(shù)獲得對(duì)象物體的形狀和位置信息，在人工指明目標(biāo)物后，主控PC機(jī)經(jīng)人工智能（模式識(shí)別、路徑規(guī)劃、軌跡避碰等）計(jì)算;將控制指令通過無線傳輸給車體嵌入式控制計(jì)算機(jī)，自動(dòng)控制車體運(yùn)動(dòng)，可實(shí)施相互救助。另外，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要增加相應(yīng)的車廂，猶如火車的車廂掛接，由于每節(jié)車廂的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是相對(duì)獨(dú)立的單元，即使其中某個(gè)車廂動(dòng)力發(fā)生問題，也不會(huì)影響整個(gè)車體的正常運(yùn)行。 五、雙連桿柔性機(jī)械臂系統(tǒng) 輪式的車可以高速行駛，但不適應(yīng)特別復(fù)雜的地形環(huán)境，足類行工具正好彌補(bǔ)了這個(gè)缺陷。該機(jī)械臂為六自由度機(jī)械臂，適用可作為月球車行走工具，亦可為月球車排除障礙物、開辟道路，增強(qiáng)了月球車對(duì)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力。另外，雙連桿柔性機(jī)械臂通過計(jì)算機(jī)控制實(shí)施采樣工作，故還可作為采樣工具使用。 六．計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控及控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)由三部分組成，即傳感器部分、雙車體、操作控制臺(tái)組成。傳感器部分包含寬接入、多信息融合器。寬接入、多信息融合基于ARM9系統(tǒng)，由12位精度以上A/D、32路I/O、RS232通訊接口組成，能融合多種傳感器信號(hào);雙車體包含嵌入式控制計(jì)算機(jī)和各關(guān)節(jié)伺服電機(jī)，能驅(qū)動(dòng)各軸，分配各軸運(yùn)動(dòng)，處理和控制各種狀態(tài)量;操作控制臺(tái)部分包含主控PC機(jī)、指令解碼器、圖像解碼器、無線接收發(fā)射器等。CCD攝像機(jī)和超聲波傳感器所獲得的圖像信息、障礙物信息，經(jīng)無線傳輸至主控PC機(jī)。在人工指明目標(biāo)物后，主控PC機(jī)將控制指令通過無線傳輸給雙車體嵌入式控制計(jì)算機(jī)，自動(dòng)控制雙車體協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。 七．?dāng)z像與紅外溫濕度探測(cè)系統(tǒng) 主要包括兩個(gè)CMU 2+攝像頭、視覺傳感器、溫濕度傳感器、溫濕度探頭、遙控接收/發(fā)射器、驅(qū)動(dòng)電路等組成，能夠能夠跟蹤和監(jiān)視高對(duì)比度的區(qū)域，運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)，顏色識(shí)別以及檢測(cè)，跟蹤。同時(shí)還能輸出不同的視頻格式到計(jì)算機(jī)進(jìn)行額外的圖像處理。 八．混合能源供給系統(tǒng) 車體上方安裝有太陽能電池板，電池板的伸展方向始終與太陽光直射方向保持垂直，保證最大的光照面積，有太陽能自動(dòng)追蹤系統(tǒng)控制；在白天可有效補(bǔ)充能量，超容量鋰電池可間斷的充電放電，提供充足的能量供給。并且不產(chǎn)生任何廢棄物，體現(xiàn)了太空環(huán)保的理念。 該作品為月球車行走系統(tǒng)、未來電動(dòng)汽車、專用重量級(jí)運(yùn)輸車、電動(dòng)沙漠車的發(fā)展方向提供了一種嶄新的思路，存在廣闊的開發(fā)前景。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 強(qiáng)動(dòng)力型月球車打破了傳統(tǒng)汽車和越野車的設(shè)計(jì)模式，針對(duì)月球表面復(fù)雜環(huán)境而設(shè)計(jì)各種獨(dú)特機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)，具備強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)力、優(yōu)越的越障爬坡性能、平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)功能及很強(qiáng)的通過性能。 創(chuàng)新點(diǎn)：一．八輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 打破傳統(tǒng)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)車的設(shè)計(jì)模式，采用自由輪臂獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，增強(qiáng)了車輪的動(dòng)力及靈活性。 二．八輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 每個(gè)輪子都可獨(dú)立任何角度轉(zhuǎn)向，亦可整體協(xié)調(diào)一致轉(zhuǎn)向，可以實(shí)現(xiàn)車體的零轉(zhuǎn)彎半徑轉(zhuǎn)彎，很大程度上提高了轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)靈活性。 三．八輪臂協(xié)調(diào)垂直伸縮運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) 打破了傳統(tǒng)汽車可調(diào)底盤的設(shè)計(jì)模式，通過輪臂伸縮調(diào)節(jié)車體高度，可做仿形運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)控制，提高了整車通過性能。四．“雙子星”車體結(jié)構(gòu)及協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 兩節(jié)車體可以在一定空間范圍內(nèi)實(shí)時(shí)調(diào)整相對(duì)位置，主控PC機(jī)將控制指令通過無線傳輸給車內(nèi)嵌入式控制計(jì)算機(jī)，自動(dòng)控制車體運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)避障或相互救助。 技術(shù)關(guān)鍵： 一、雙連桿柔性機(jī)械臂系統(tǒng) 該機(jī)械臂為六自由度機(jī)械臂，可作為月球車行走工具，亦可為月球車排除障礙物及實(shí)施采樣工作。 二．計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控及控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)由三部分組成，即傳感器部分、雙車體控制部分、操作控制臺(tái)組成，自動(dòng)控制雙車體協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。 三．?dāng)z像與紅外溫濕度探測(cè)系統(tǒng) 主要包括兩個(gè)CMU 2+攝像頭、視覺傳感器、溫濕度傳感器、無線接收/發(fā)射裝置和驅(qū)動(dòng)電路組成，能夠探測(cè)和運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)。 四．混合能源供給系統(tǒng) 太陽能電池板的伸展方向始終與太陽光直射方向保持垂直，保證最大的光照面積；鋰電池可間斷的充放電。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 強(qiáng)動(dòng)力型月球車不但繼承了傳統(tǒng)月球車的優(yōu)勢(shì)，也進(jìn)行了突破性的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，在各種機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面打破了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式。八輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、獨(dú)立轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使其具備強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)力及靈活性；八輪臂協(xié)調(diào)垂直伸縮運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，通過液壓輪臂自動(dòng)伸縮調(diào)節(jié)車體高度，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)仿形運(yùn)動(dòng)，提高整體協(xié)調(diào)性；“雙子星”車體結(jié)構(gòu)，兩節(jié)車體可以在一定空間范圍內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)，實(shí)時(shí)調(diào)整相對(duì)位置，在遇到障礙時(shí)可實(shí)施相互救助。雙連桿柔性機(jī)械臂通過計(jì)算機(jī)控制實(shí)施采樣及行走功能；計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控及控制計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線獨(dú)立控制及協(xié)調(diào)控制；攝像與紅外探測(cè)系統(tǒng)，能夠完成圖像采集，無線視頻控制及紅外探測(cè)的功能；混合能源供給，超容量鋰電池與太陽能電池板可間斷的充電放電工作，提供充足的能源供給。車體結(jié)構(gòu)對(duì)稱性好，不論前進(jìn)、后退其動(dòng)力性能都能保證一致，克服了有些月球車在前進(jìn)或倒退中動(dòng)力性能不一致的弊端。綜上所述，該月球車能高效率地完成月面探索活動(dòng)的任務(wù)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2008年5月，獲得校SRTP項(xiàng)目基金資助 2009年3月，在?！疤魬?zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中獲得一等獎(jiǎng) 2009年5月，在省“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中獲二等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 使用權(quán)轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實(shí)物 圖紙 現(xiàn)場(chǎng)演示 圖片 錄像
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 技術(shù)特點(diǎn)： 1八輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 2八輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 3八輪臂協(xié)調(diào)垂直伸縮運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) 4 “雙子星”車體結(jié)構(gòu)及協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 5雙連桿柔性機(jī)械臂系統(tǒng) 6計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控及控制系統(tǒng) 7 攝像與紅外溫濕度探測(cè)系統(tǒng) 8混合能源供給系統(tǒng) 優(yōu)勢(shì)： 1控制系統(tǒng)穩(wěn)定性及可操作性強(qiáng) 2能量利用率高 3動(dòng)力強(qiáng)大 4機(jī)動(dòng)靈活性強(qiáng) 5環(huán)保節(jié)能 6雙重行走系統(tǒng) 適應(yīng)范圍： 1空間探索工具 2沙漠環(huán)境工具 3電動(dòng)汽車 4專用重量級(jí)運(yùn)輸車 推廣場(chǎng)景：其各種獨(dú)特機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)，提高了車的適應(yīng)能力，可作為月球車行走系統(tǒng);由于其具備優(yōu)越的靈活性，強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)力，亦能適應(yīng)沙漠環(huán)境；獨(dú)立驅(qū)動(dòng)與獨(dú)立轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有很大的研發(fā)前景，其應(yīng)用于電動(dòng)汽車可有效提高速度的限制；“雙子星”車體結(jié)構(gòu)可在一定空間內(nèi)調(diào)整相對(duì)位置，在很大程度上提高了車體的靈活性，可應(yīng)用于專用重量級(jí)運(yùn)輸車。 該作品為月球車行走系統(tǒng)、未來電動(dòng)汽車、專用重量級(jí)運(yùn)輸車、電動(dòng)沙漠車的發(fā)展方向提供了一種嶄新的思路，存在廣闊的開發(fā)前景。
同類課題研究水平概述
- 為了使月球車在月面上能夠順利行駛，美國(guó)、前蘇聯(lián)曾發(fā)射了一系列的衛(wèi)星探測(cè)，并對(duì)月面環(huán)境進(jìn)行了反復(fù)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，為在探測(cè)器上攜帶月球車的成功打下了可靠的基礎(chǔ)。科學(xué)家對(duì)經(jīng)由月球車月面的實(shí)地考察所帶回的寶貴資料進(jìn)行了分析研究，大大深化了人類對(duì)月球的認(rèn)識(shí)。1970年11月17日，蘇聯(lián)發(fā)射的 “月球”17號(hào)探測(cè)器把世界上第一臺(tái)無人駕駛的月球車── “月球車”1號(hào)送上月球。此車約重1.8噸，在月面上行駛了10.5公里，考察了8萬平方米的月面。此后蘇聯(lián)送上月球的 “月球車”2號(hào)行駛了37公里，并向地球發(fā)回了88幅月面全景圖。1971年9 月30日，美國(guó) “阿波羅”15號(hào)飛船登上月球，兩名宇航員駕駛月球車行駛了27.9公里； “阿波羅”16號(hào)、17號(hào)攜帶的月球車，分別在月面上行駛了27公里和35公里，并利用月球車上的彩色攝像機(jī)和傳輸設(shè)備，向地球?qū)崟r(shí)地發(fā)回宇航員在月面上活動(dòng)的情景及離開月球返回環(huán)月軌道時(shí)登月艙上升級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)噴氣的景象。 目前各國(guó)相繼開始增強(qiáng)空間技術(shù)的投資力度，努力爭(zhēng)取在不久的未來在外太空占有自己的一席之地，美國(guó)的空間技術(shù)一直處于世界前列，2008年6月，為了盡快重返月球，美國(guó)宇航局推出了首輛月球車樣品，名為“戰(zhàn)車”(Chariot)?！皯?zhàn)車”從開始研發(fā)到完工只花了一年時(shí)間，有12個(gè)輪子，由2個(gè)電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，可兩級(jí)變速。歐洲航天局也在不斷加強(qiáng)對(duì)月球車研制技術(shù)的深入。 我國(guó)的嫦娥工程已經(jīng)啟動(dòng)，月球車在空間探索中起著重要作用。國(guó)內(nèi)已有近20所高校及相關(guān)科研院所對(duì)我國(guó)月球車進(jìn)行了研究，有些已經(jīng)取得了一定的成果，但是此前所設(shè)計(jì)的月球車基本都是在傳統(tǒng)月球車的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一定的改進(jìn)，但并沒有打破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式，以致無法突破技術(shù)壁壘，在實(shí)際運(yùn)用過程中出現(xiàn)很多問題。例如某月球車在陷入月球撞擊坑時(shí)失去聯(lián)系，導(dǎo)致一次探月行動(dòng)的重大損失。針對(duì)以上問題，我們研發(fā)了“雙子星”車體結(jié)構(gòu)及協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，在遇到障礙時(shí)可通過計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)并調(diào)整運(yùn)行路線實(shí)現(xiàn)避障及相互救助。
