轮式星际探测巡视车辆行走控制方法.pdf

本发明涉及一种轮式星际探测巡视车辆行走控制方法，其在车辆行走时，当车轮立柱从后向前摆动时，与其连接的车轮向前滚动旋转，以减少摆动的阻力；当车轮立柱从前向后摆动时，与其连接的车轮停止转动，以增大土壤对车轮的推力。利用两个方向摆动的地面对车轮的作用力差值实现车辆行驶。本发明实现了车辆的跨步行驶，其不仅结构控制简单，又能够大大提高了车辆在松软地面及松软斜坡的通过能力，同时可以实现整车收拢等对深空探测车辆十分必要的功能。

1.  一种轮式星际探测巡视车辆行走控制方法，其特征在于：在车辆行走时，当车轮立柱从后向前摆动时，与其连接的车轮向前滚动旋转；当车轮立柱从前向后摆动时，与其连接的车轮停止转动。

2.  根据权利要求1所述的轮式星际探测巡视车辆行走控制方法，其特征在于：
在车轮立柱前摆时，车轮立柱摆动的角速度同与其连接的车轮旋转速度有如下关系：
在车轮立柱后摆时，车轮立柱摆动的角速度同与其连接的车轮旋转速度有如下关系： ω₄＝0；
上述公式中：
V为车辆行走速度；
l为车轮立柱长度；
R为车轮半径；
为车轮立柱前摆时的前极限角；
为车轮立柱后摆时的后极限角；
ω₁为车轮立柱前摆时车轮立柱摆动的角速度；
ω₃为车轮立柱前摆时车轮的自转角速度；
ω₂为车轮立柱后摆时车轮立柱摆动的角速度；
ω₄为车轮立柱后摆时车轮的自转角速度。

3.  根据权利要求2所述的轮式星际探测巡视车辆行走控制方法，其特征在于：车轮立柱前摆时的前极限角的设置范围在20～50°；车轮立柱后摆时的后极限角的设置范围在20～50°。

4.  根据权利要求1或2或3所述的轮式星际探测巡视车辆行走控制方法，其特征在于：按如下步骤控制六轮星际探测巡视车辆行走：
(1)车辆开始行走前，位于车辆左(或右)侧的前部及后部的两个车轮立柱摆至前极限角，中部的车轮立柱摆至后极限角；位于车辆右(或左)侧的前部及后部的两个车轮立柱摆至后极限角，中部的车轮立柱摆至前极限角；
(2)车辆开始行走时，步骤(1)中所述摆至前极限角的三个车轮立柱从前向后摆动，车轮停止转动，摆至后极限角的三个车轮立柱从后向前摆动，车轮向前滚动旋转；
(3)当位于车辆左(或右)侧的前部及后部的两个车轮立柱摆至后极限角，中部的车轮立柱摆至前极限角，位于车辆右(或左)侧的前部及后部的两个车轮立柱摆至前极限角，中部的车轮立柱摆至后极限角，车辆整体前行了一步；
(4)然后，步骤(3)中所述摆至前极限角的三个车轮立柱从前向后摆动，车轮停止转动，摆至后极限角的三个车轮立柱从后向前摆动，车轮向前滚动旋转；
(5)当位于车辆左(或右)侧的前部及后部的两个车轮立柱再次摆至前极限角，中部的车轮立柱再次摆至后极限角，位于车辆右(或左)侧的前部及后部的两个车轮立柱再次摆至后极限角，中部的车轮立柱再次摆至前极限角，车辆整体又前行了一步；
(6)循环重复步骤(2)至步骤(5)，从而实现了车辆整体行走。

5.  根据权利要求1或2或3所述的轮式星际探测巡视车辆行走控制方法，其特征在于：按如下步骤控制六轮星际探测巡视车辆行走：
(1)车辆开始行走前，所有的车轮立柱均摆至后极限角；
(2)车辆开始行走时，位于车辆后部的两个车轮立柱从后向前摆动，车轮向前滚动旋转；
(3)当位于车辆后部的两个车轮立柱摆至前极限角，位于车辆中部的两个车轮立柱从后向前摆动，车轮向前滚动旋转；
(4)当位于车辆中部的两个车轮立柱摆至前极限角，位于车辆前部的两个车轮立柱从后向前摆动，车轮向前滚动旋转；
(5)当位于车辆前部的两个车轮立柱摆至前极限角，所有的车轮立柱再从前向后摆动，车轮停止转动；
(6)当所有的车轮立柱均摆至后极限角，车辆整体前行一步；
(7)循环重复步骤(2)至步骤(6)，从而实现了车辆整体行走。

6.  根据权利要求1或2或3所述的轮式星际探测巡视车辆行走控制方法，其特征在于：当所有的车轮立柱及车轮均翻转至朝上，车辆整车在垂直方向收拢，从而实现了车辆整车收缩、车厢底部接地。

轮式星际探测巡视车辆行走控制方法
技术领域
本发明涉及轮式车辆的行走控制方法，具体涉及一种轮式星际探测巡视车辆行走控制方法。
背景技术
目前的星际探测巡视车辆多采用轮式为主要构型。轮式车辆具有机械结构简单，运动速度快，控制容易等优点。但相对于星际及月面探测的要求而言，其越野能力不能满足要求，2005年4月底，美国“机遇号”火星车由于开上了1个30厘米高的沙堆而动弹不得，受困达1个月之久。因此，人们把注意力集中在改变轮式车辆的行走控制方法。经过对现有技术文献检索发现，中国专利公开号为CN 1546289A，公开日为2004年11月17日，专利名称为“变结构腿轮式探测机器人”，该专利公布的一种腿轮式探测机器人，有四个腿轮，每个腿轮有三个关节，采用一种类似四足动物的步态方式实现行走。这种行走控制方法虽然相对于轮式车辆获得了更好的通过能力，但机构过于复杂，控制比较困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轮式星际探测巡视车辆行走控制方法，其既能够提高轮式车辆的通过能力，尤其是软地通过能力，降低了系统的复杂性，又能够实现整车收拢。
本发明所述的轮式星际探测巡视车辆行走控制方法，其在车辆行走时，当车轮立柱从后向前摆动时，与其连接的车轮向前滚动旋转；当车轮立柱从前向后摆动时，与其连接的车轮停止转动。
如上所述的轮式星际探测巡视车辆行走控制方法，其
在车轮立柱前摆时，车轮立柱摆动的角速度同与其连接的车轮旋转速度有如下关系：
在车轮立柱后摆时，车轮立柱摆动的角速度同与其连接的车轮旋转速度有如下关系：ω₄＝0；
上述公式中：
V为车辆行走速度；
l为车轮立柱长度；
R为车轮半径；
为车轮立柱前摆时的前极限角；
为车轮立柱后摆时的后极限角；
ω₁为车轮立柱前摆时车轮立柱摆动的角速度；
ω₃为车轮立柱前摆时车轮的自转角速度；
ω₂为车轮立柱后摆时车轮立柱摆动的角速度；
ω₄为车轮立柱后摆时车轮的自转角速度。
如上所述的轮式星际探测巡视车辆行走控制方法，其车轮立柱前摆时的前极限角的设置范围在20～50°；车轮立柱后摆时的后极限角的设置范围在20～50°。
如上所述的轮式星际探测巡视车辆行走控制方法，其按如下步骤控制六轮星际探测巡视车辆行走：
(1)车辆开始行走前，位于车辆左(或右)侧的前部及后部的两个车轮立柱摆至前极限角，中部的车轮立柱摆至后极限角；位于车辆右(或左)侧的前部及后部的两个车轮立柱摆至后极限角，中部的车轮立柱摆至前极限角；
(2)车辆开始行走时，步骤(1)中所述摆至前极限角的三个车轮立柱从前向后摆动，车轮停止转动，摆至后极限角的三个车轮立柱从后向前摆动，车轮向前滚动旋转；
(3)当位于车辆左(或右)侧的前部及后部的两个车轮立柱摆至后极限角，中部的车轮立柱摆至前极限角，位于车辆右(或左)侧的前部及后部的两个车轮立柱摆至前极限角，中部的车轮立柱摆至后极限角，车辆整体前行了一步；
(4)然后，步骤(3)中所述摆至前极限角的三个车轮立柱从前向后摆动，车轮停止转动，摆至后极限角的三个车轮立柱从后向前摆动，车轮向前滚动旋转；
(5)当位于车辆左(或右)侧的前部及后部的两个车轮立柱再次摆至前极限角，中部的车轮立柱再次摆至后极限角，位于车辆右(或左)侧的前部及后部的两个车轮立柱再次摆至后极限角，中部的车轮立柱再次摆至前极限角，车辆整体又前行了一步；
(6)循环重复步骤(2)至步骤(5)，从而实现了车辆整体行走。
如上所述的轮式星际探测巡视车辆行走控制方法，其按如下步骤控制六轮星际探测巡视车辆行走：
(1)车辆开始行走前，所有的车轮立柱均摆至后极限角；
(2)车辆开始行走时，位于车辆后部的两个车轮立柱从后向前摆动，车轮向前滚动旋转；
(3)当位于车辆后部的两个车轮立柱摆至前极限角，位于车辆中部的两个车轮立柱从后向前摆动，车轮向前滚动旋转；
(4)当位于车辆中部的两个车轮立柱摆至前极限角，位于车辆前部的两个车轮立柱从后向前摆动，车轮向前滚动旋转；
(5)当位于车辆前部的两个车轮立柱摆至前极限角，所有的车轮立柱再从前向后摆动，车轮停止转动；
(6)当所有的车轮立柱均摆至后极限角，车辆整体前行一步；
(7)循环重复步骤(2)至步骤(6)，从而实现了车辆整体行走。
如上所述的轮式星际探测巡视车辆行走控制方法，其当所有的车轮立柱及车轮均翻转至朝上，车辆整车在垂直方向收拢，从而实现了车辆整车收缩、车厢底部接地。
本发明的效果在于：本发明所述的轮式星际探测巡视车辆行走控制方法，当车轮立柱从后向前摆动时，与其连接的车轮向前滚动旋转，以减少摆动的阻力；当车轮立柱从前向后摆动时，与其连接的车轮停止转动，以增大土壤对车轮的推力。利用两个方向摆动的地面对车轮的作用力差值实现车辆行驶。本发明实现了车辆的跨步行驶，其不仅结构控制简单，又能够大大提高了车辆在松软地面及松软斜坡的通过能力，同时可以实现整车收拢等对深空探测车辆十分必要的功能。
附图说明
图1为本发明的所述的一种六轮星际探测巡视车辆示意图；
图2为图1所示I部分结构示意图；
图3为本发明的所述一种轮式星际探测巡视车辆行走控制方法的示意图；
图4为实施例1所述的一种轮式星际探测巡视车辆行走控制方法示意图；
图5为实施例2所述的一种轮式星际探测巡视车辆行走控制方法示意图；
图6为本发明所述的一种轮式星际探测巡视车辆收缩状态示意图；
图中：1.车轮；2.车轮立柱；3.驱动器；4.驱动器。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明所述的轮式星际探测巡视车辆行走控制方法作进一步具体描述。
实施例1
如图1所示，轮式星际探测巡视车辆具有六个车轮，分别设置在车辆左右两侧。如图2所示，每个车轮1都通过车轮立柱2与车体连接，所述的车体上设有使车轮立柱摆动的驱动器3，所述的车轮立柱2与车轮1连接端上设有使车轮1旋转的驱动器4。
在控制车辆行走时，当车轮立柱从后向前摆动时，与其连接的车轮向前滚动旋转，以减少摆动的阻力；当车轮立柱从前向后摆动时，与其连接的车轮停止转动，以增大土壤对车轮的推力。利用两个方向摆动的地面对车轮的作用力差值实现车辆行驶。
如图3所示，在车轮立柱前摆时，车轮立柱摆动的角速度同与其连接的车轮旋转速度有如下关系：
如图3所示，在车轮立柱后摆时，车轮立柱摆动的角速度同与其连接的车轮旋转速度有如下关系：ω₄＝0；
上述公式中：
V为车辆行走速度；
l为车轮立柱长度；
R为车轮半径；
为车轮立柱前摆时的前极限角，其设置范围在20～50°；
为车轮立柱后摆时的后极限角，其设置范围在20～50°；
ω₁为车轮立柱前摆时车轮立柱摆动的角速度；
ω₃为车轮立柱前摆时车轮的自转角速度；
ω₂为车轮立柱后摆时车轮立柱摆动的角速度；
ω₄为车轮立柱后摆时车轮的自转角速度。
按照如下步骤控制上述六轮星际探测巡视车辆行走，如图4所示：
(1)车辆开始行走前，位于车辆左(或右)侧的前部及后部的两个车轮立柱摆至前极限角，中部的车轮立柱摆至后极限角；位于车辆右(或左)侧的前部及后部的两个车轮立柱摆至后极限角，中部的车轮立柱摆至前极限角；
(2)车辆开始行走时，步骤(1)中所述摆至前极限角的三个车轮立柱(A组)从前向后摆动，车轮停止转动，摆至后极限角的三个车轮立柱(B组)从后向前摆动，车轮向前滚动旋转；
(3)当位于车辆左(或右)侧的前部及后部的两个车轮立柱摆至后极限角，中部的车轮立柱摆至前极限角，位于车辆右(或左)侧的前部及后部的两个车轮立柱摆至前极限角，中部的车轮立柱摆至后极限角，车辆整体前行了一步；
(4)然后，步骤(3)中所述摆至前极限角的三个车轮立柱从前向后摆动，车轮停止转动，摆至后极限角的三个车轮立柱从后向前摆动，车轮向前滚动旋转；
(5)当位于车辆左(或右)侧的前部及后部的两个车轮立柱再次摆至前极限角，中部的车轮立柱再次摆至后极限角，位于车辆右(或左)侧的前部及后部的两个车轮立柱再次摆至后极限角，中部的车轮立柱再次摆至前极限角，车辆整体又前行了一步；
(6)循环重复步骤(2)至步骤(5)，从而实现了车辆整体行走。
如图6所示，当所有的车轮立柱及车轮均翻转至朝上，车辆整车在垂直方向收拢，从而实现了车辆整车收缩、车厢底部接地。
实施例2
如图1所示，轮式星际探测巡视车辆具有六个车轮，分别设置在车辆左右两侧。如图2所示，每个车轮1都通过车轮立柱2与悬挂系统连接，在悬挂系统上设有使车轮立柱摆动的驱动器3，在车轮立柱2与车轮1连接端上设有使车轮1旋转的驱动器4。
在控制车辆行走时，当车轮立柱从后向前摆动时，与其连接的车轮向前滚动旋转；当车轮立柱从前向后摆动时，与其连接的车轮停止转动。
如图3所示，在车轮立柱前摆时，车轮立柱摆动的角速度同与其连接的车轮旋转速度有如下关系：
如图3所示，在车轮立柱后摆时，车轮立柱摆动的角速度同与其连接的车轮旋转速度有如下关系：ω₄＝0；
上述公式中：
V为车辆行走速度；
l为车轮立柱长度；
R为车轮半径；
为车轮立柱前摆时的前极限角，其设置范围在20～50°；
为车轮立柱后摆时的后极限角，其设置范围在20～50°；
ω₁为车轮立柱前摆时车轮立柱摆动的角速度；
ω₃为车轮立柱前摆时车轮的自转角速度；
ω₂为车轮立柱后摆时车轮立柱摆动的角速度；
ω₄为车轮立柱后摆时车轮的自转角速度。
按照如下步骤控制上述六轮星际探测巡视车辆行走，如图5所示：
(1)车辆开始行走前，所有的车轮立柱均摆至后极限角；
(2)车辆开始行走时，位于车辆后部的两个车轮立柱从后向前摆动，车轮向前滚动旋转；
(3)当位于车辆后部的两个车轮立柱摆至前极限角，位于车辆中部的两个车轮立柱从后向前摆动，车轮向前滚动旋转；
(4)当位于车辆中部的两个车轮立柱摆至前极限角，位于车辆前部的两个车轮立柱从后向前摆动，车轮向前滚动旋转；
(5)当位于车辆前部的两个车轮立柱摆至前极限角，所有的车轮立柱再从前向后摆动，车轮停止转动；
(6)当所有的车轮立柱均摆至后极限角，车辆整体前行一步；
(7)循环重复步骤(2)至步骤(6)，从而实现了车辆整体行走。
如图6所示，当所有的车轮立柱及车轮均翻转至朝上，车辆整车在垂直方向收拢，从而实现了车辆整车收缩、车厢底部接地。