基本信息
- 項目名稱：
- 強動力型月球車
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 月球車（亦稱“月球探測遠程控制機器人”）是在月球表面行駛并對月球考察和收集分析樣品的專用車輛。針對月球表面復雜環(huán)境而設計各種獨特機構和控制系統(tǒng)， 使該車具備強大的驅動力、優(yōu)越的越障爬坡性能、平穩(wěn)運動功能及很強的通過性能。 創(chuàng)新點及關鍵技術： 1八輪獨立驅動系統(tǒng) 2八輪獨立轉向系統(tǒng) 3八輪臂協(xié)調垂直伸縮運動系統(tǒng) 4 “雙子星”車體結構及協(xié)調控制系統(tǒng) 5雙連桿柔性機械臂系統(tǒng) 6計算機遠程監(jiān)控及控制系統(tǒng) 7 攝像與紅外溫濕度探測系統(tǒng) 8混合能源供給系統(tǒng) 當前我國登月計劃正在緊密的實施過程中，月球車的研究在不斷深入，相信經過不斷的完善，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，強大的驅動力，亦能適應沙漠環(huán)境，可作沙漠車使用；獨立驅動與獨立轉向系統(tǒng)具有很大的研發(fā)前景，其應用于電動汽車可有效提高速度的限制、解決動力問題及能源匱乏問題；“雙子星”車體結構可在一定空間內調整相對位置，在很大程度上提高了車體的靈活性，可應用于專用重量級運輸車。 該作品為月球車行走系統(tǒng)、未來電動汽車、電動沙漠車、專用重量級運輸車的發(fā)展方向提供了一種嶄新的思路，存在廣闊的開發(fā)前景。
- 詳細介紹：
- 月球車（亦稱“月球探測遠程控制機器人”）是在月球表面行駛并對月球考察和收集分析樣品的專用車輛。針對月球表面復雜環(huán)境而設計各種獨特機構，增強了該車的適應能力。具備強大的驅動力、優(yōu)越的越障爬坡性能、平穩(wěn)運動功能及很強的通過性能。從而能高效率地完成各種月面探索活動的任務。 一．八輪獨立驅動系統(tǒng) 打破傳動獨立驅動車的設計模式，即摒棄傳統(tǒng)的同軸獨立驅動，采用自由輪臂獨立驅動，大大提高了該車對月球表面復雜環(huán)境的適應能力。此車精簡傳統(tǒng)汽車復雜的傳動機構，直接由電動機輸入動力，采用動力輪獨立驅動機構進行傳動， 每個輪子都有一個驅動電機驅動，電動機經過減速器直接將動力傳送到輪上，可大大提高車速及馬力，減少了復雜傳動機構的能量損失，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)電動汽車速度偏慢的問題。 二．八輪獨立轉向系統(tǒng) 每個輪子都可獨立任何角度轉向，亦可整體協(xié)調一致轉向，實現(xiàn)了車體的零轉彎半徑轉彎，很大程度上提高了月球車的轉向運動靈活性及整體運動靈活性。 三．八輪臂協(xié)調垂直伸縮運動系統(tǒng) 打破了傳統(tǒng)汽車可調底盤的設計模式，輪臂設計采用液壓缸，通過輪臂自動伸縮調節(jié)車體高度，達到了間接調節(jié)底盤的目的，在一定范圍內可保持車體的水平，實現(xiàn)減震功能；該系統(tǒng)亦能保證每個輪子在凸起或凹陷的環(huán)境條件下做仿形運動，實現(xiàn)了主動控制，提高了車對月面的適應性能，即整車通過性能。 四．“雙子星”車體結構及協(xié)調控制系統(tǒng) 兩個車體通過液壓伸縮連桿機構連接成一體，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自由運動，實時調整相對位置，在遇到障礙時通過將傳感器所獲得信息經無線傳輸至主控PC機，主控PC機使用圖像識別和分析技術獲得對象物體的形狀和位置信息，在人工指明目標物后，主控PC機經人工智能（模式識別、路徑規(guī)劃、軌跡避碰等）計算;將控制指令通過無線傳輸給車體嵌入式控制計算機，自動控制車體運動，可實施相互救助。另外，可以根據(jù)實驗的需要增加相應的車廂，猶如火車的車廂掛接，由于每節(jié)車廂的驅動系統(tǒng)是相對獨立的單元，即使其中某個車廂動力發(fā)生問題，也不會影響整個車體的正常運行。 五、雙連桿柔性機械臂系統(tǒng) 輪式的車可以高速行駛，但不適應特別復雜的地形環(huán)境，足類行工具正好彌補了這個缺陷。該機械臂為六自由度機械臂，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，增強了月球車對復雜環(huán)境的適應能力。另外，雙連桿柔性機械臂通過計算機控制實施采樣工作，故還可作為采樣工具使用。 六．計算機遠程監(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;雙車體包含嵌入式控制計算機和各關節(jié)伺服電機，能驅動各軸，分配各軸運動，處理和控制各種狀態(tài)量;操作控制臺部分包含主控PC機、指令解碼器、圖像解碼器、無線接收發(fā)射器等。CCD攝像機和超聲波傳感器所獲得的圖像信息、障礙物信息，經無線傳輸至主控PC機。在人工指明目標物后，主控PC機將控制指令通過無線傳輸給雙車體嵌入式控制計算機，自動控制雙車體協(xié)調運動。 七．攝像與紅外溫濕度探測系統(tǒng) 主要包括兩個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、驅動電路等組成，能夠能夠跟蹤和監(jiān)視高對比度的區(qū)域，運動監(jiān)測，顏色識別以及檢測，跟蹤。同時還能輸出不同的視頻格式到計算機進行額外的圖像處理。 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，有太陽能自動追蹤系統(tǒng)控制；在白天可有效補充能量，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)、未來電動汽車、專用重量級運輸車、電動沙漠車的發(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
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 強動力型月球車打破了傳統(tǒng)汽車和越野車的設計模式，針對月球表面復雜環(huán)境而設計各種獨特機構和控制系統(tǒng)，具備強大的驅動力、優(yōu)越的越障爬坡性能、平穩(wěn)運動功能及很強的通過性能。 創(chuàng)新點：一．八輪獨立驅動系統(tǒng) 打破傳統(tǒng)獨立驅動車的設計模式，采用自由輪臂獨立驅動，增強了車輪的動力及靈活性。 二．八輪獨立轉向系統(tǒng) 每個輪子都可獨立任何角度轉向，亦可整體協(xié)調一致轉向，可以實現(xiàn)車體的零轉彎半徑轉彎，很大程度上提高了轉向運動靈活性。 三．八輪臂協(xié)調垂直伸縮運動系統(tǒng) 打破了傳統(tǒng)汽車可調底盤的設計模式，通過輪臂伸縮調節(jié)車體高度，可做仿形運動，實現(xiàn)了主動控制，提高了整車通過性能。四．“雙子星”車體結構及協(xié)調控制系統(tǒng) 兩節(jié)車體可以在一定空間范圍內實時調整相對位置，主控PC機將控制指令通過無線傳輸給車內嵌入式控制計算機，自動控制車體運動，可實現(xiàn)避障或相互救助。 技術關鍵： 一、雙連桿柔性機械臂系統(tǒng) 該機械臂為六自由度機械臂，可作為月球車行走工具，亦可為月球車排除障礙物及實施采樣工作。 二．計算機遠程監(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、操作控制臺組成，自動控制雙車體協(xié)調運動。 三．攝像與紅外溫濕度探測系統(tǒng) 主要包括兩個CMU 2+攝像頭、視覺傳感器、溫濕度傳感器、無線接收/發(fā)射裝置和驅動電路組成，能夠探測和運動監(jiān)測。 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。
科學性、先進性
- 強動力型月球車不但繼承了傳統(tǒng)月球車的優(yōu)勢，也進行了突破性的創(chuàng)新設計，在各種機構設計方面打破了傳統(tǒng)的設計模式。八輪獨立驅動系統(tǒng)、獨立轉向系統(tǒng)使其具備強大的驅動力及靈活性；八輪臂協(xié)調垂直伸縮運動系統(tǒng)，通過液壓輪臂自動伸縮調節(jié)車體高度，實現(xiàn)主動仿形運動，提高整體協(xié)調性；“雙子星”車體結構，兩節(jié)車體可以在一定空間范圍內自由運動，實時調整相對位置，在遇到障礙時可實施相互救助。雙連桿柔性機械臂通過計算機控制實施采樣及行走功能；計算機遠程監(jiān)控及控制計算機實現(xiàn)遠程無線獨立控制及協(xié)調控制；攝像與紅外探測系統(tǒng)，能夠完成圖像采集，無線視頻控制及紅外探測的功能；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。車體結構對稱性好，不論前進、后退其動力性能都能保證一致，克服了有些月球車在前進或倒退中動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的任務。
獲獎情況及鑒定結果
- 2008年5月，獲得校SRTP項目基金資助 2009年3月，在?！疤魬?zhàn)杯”大學生課外學術科技作品競賽中獲得一等獎 2009年5月，在省“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術科技作品競賽中獲二等獎
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 使用權轉讓
作品可展示的形式
- 實物 圖紙 現(xiàn)場演示 圖片 錄像
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 技術特點： 1八輪獨立驅動系統(tǒng) 2八輪獨立轉向系統(tǒng) 3八輪臂協(xié)調垂直伸縮運動系統(tǒng) 4 “雙子星”車體結構及協(xié)調控制系統(tǒng) 5雙連桿柔性機械臂系統(tǒng) 6計算機遠程監(jiān)控及控制系統(tǒng) 7 攝像與紅外溫濕度探測系統(tǒng) 8混合能源供給系統(tǒng) 優(yōu)勢： 1控制系統(tǒng)穩(wěn)定性及可操作性強 2能量利用率高 3動力強大 4機動靈活性強 5環(huán)保節(jié)能 6雙重行走系統(tǒng) 適應范圍： 1空間探索工具 2沙漠環(huán)境工具 3電動汽車 4專用重量級運輸車 推廣場景：其各種獨特機構及控制系統(tǒng)，提高了車的適應能力，可作為月球車行走系統(tǒng);由于其具備優(yōu)越的靈活性，強大的驅動力，亦能適應沙漠環(huán)境；獨立驅動與獨立轉向系統(tǒng)具有很大的研發(fā)前景，其應用于電動汽車可有效提高速度的限制；“雙子星”車體結構可在一定空間內調整相對位置，在很大程度上提高了車體的靈活性，可應用于專用重量級運輸車。 該作品為月球車行走系統(tǒng)、未來電動汽車、專用重量級運輸車、電動沙漠車的發(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、前蘇聯(lián)曾發(fā)射了一系列的衛(wèi)星探測，并對月面環(huán)境進行了反復的科學實驗，為在探測器上攜帶月球車的成功打下了可靠的基礎?？茖W家對經由月球車月面的實地考察所帶回的寶貴資料進行了分析研究，大大深化了人類對月球的認識。1970年11月17日，蘇聯(lián)發(fā)射的 “月球”17號探測器把世界上第一臺無人駕駛的月球車── “月球車”1號送上月球。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 “阿波羅”15號飛船登上月球，兩名宇航員駕駛月球車行駛了27.9公里； “阿波羅”16號、17號攜帶的月球車，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和傳輸設備，向地球實時地發(fā)回宇航員在月面上活動的情景及離開月球返回環(huán)月軌道時登月艙上升級發(fā)動機噴氣的景象。 目前各國相繼開始增強空間技術的投資力度，努力爭取在不久的未來在外太空占有自己的一席之地，美國的空間技術一直處于世界前列，2008年6月，為了盡快重返月球，美國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間，有12個輪子，由2個電動馬達驅動，可兩級變速。歐洲航天局也在不斷加強對月球車研制技術的深入。 我國的嫦娥工程已經啟動，月球車在空間探索中起著重要作用。國內已有近20所高校及相關科研院所對我國月球車進行了研究，有些已經取得了一定的成果，但是此前所設計的月球車基本都是在傳統(tǒng)月球車的基礎上進行了一定的改進，但并沒有打破傳統(tǒng)的設計模式，以致無法突破技術壁壘，在實際運用過程中出現(xiàn)很多問題。例如某月球車在陷入月球撞擊坑時失去聯(lián)系，導致一次探月行動的重大損失。針對以上問題，我們研發(fā)了“雙子星”車體結構及協(xié)調控制系統(tǒng)，在遇到障礙時可通過計算機監(jiān)測并調整運行路線實現(xiàn)避障及相互救助。
