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1、10申请公布号CN101973028A43申请公布日20110216CN101973028ACN101973028A21申请号201010508235322申请日20101015B25J5/00200601B25J9/16200601B25J19/00200601B25J18/00200601B25J13/0020060171申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号72发明人赵宸朱佳敏罗宁齐征胡松74专利代理机构北京永创新实专利事务所11121代理人周长琪54发明名称一种多关节串联的轮式移动机器人57摘要本发明公开一种多关节串联的轮式移动机器人，所述机器人中车轴上设置有中。
2、间箱体，中间箱体上方安装有控制系统；俯仰关节固定在中间箱体内部，并关于中车轴对称每个俯仰关节分别与一个扭转关节连接，每个扭转关节各连接有一个摆动关节，摆动关节分别与前部车轴、后部车轴连接，前车轴、中车轴与后车轴两端安装有车轮；位于后端的扭转关节上连接有机械臂安装支架，机械臂安装支架上安装有机械臂；在机器人前部安装有导航系统。本发明机器人整体结构以中车轴为对称轴中心轴对称，使重力在各车轮上平均分配，最大程度发挥直流电机的工作效率，且可实时测量并调整中间箱体的姿态，保证控制系统相对稳定，且结构简单，重量小。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书3页说明书10页附图。
3、8页CN101973030A1/3页21一种多关节串联的轮式移动机器人，其特征在于包括机械主体、机械臂、控制系统与导航系统；所述机械主体包括俯仰关节、扭转关节、摆动关节、车轮、车轴；导航系统包括视觉导航系统与超声波传感器；其中，中车轴上活动套接有中间箱体，中间箱体上方安装有控制系统；中车轴前后两端各对称连接有一个俯仰关节，俯仰关节位于中间箱体内，且位于车轮轴线以下；每个俯仰关节各与一个扭转关节连接，每个扭转关节各连接有一个摆动关节，最终摆动关节分别于与前车轴、后车轴连接，前车轴、中车轴与后车轴两端安装有车轮；位于前端的扭转关节上连接有机械臂安装支架，机械臂安装支架上安装有机械臂；在前车轴上安装。
4、有视觉导航系统，前端的摆动关节上安装有超声波传感器；所述俯仰关节包括直流电机A、直流电机安装座、电磁离合器、轴承A、电磁离合器轴承盖、主动齿轮、从动齿轮、从动齿轮轴、轴承B、从动齿轮轴承盖、套筒A、定位套筒、俯仰关节臂、俯仰关节臂连接件、俯仰杆件与扭转关节连接件；直流电机A安装盘与中间箱体固定连接；直流电机A与电磁离合器分别与直流电机安装座连接，直流电机A的输出轴与电磁离合器的周向定位，电磁离合器的输出轴上安装有轴承A，轴承A的外圈与电磁离合器轴承盖配合，电磁离合器轴承盖与中间箱体固连；电磁离合器的输出轴上固定套接有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮固定套接在从动齿轮轴上，从动齿轮轴的。
5、两端均安装有轴承B，轴承B的外圈与从动齿轮轴承盖配合，从动齿轮轴承盖与中间箱体固连；轴承B的内圈通过套筒A轴向定位，套筒A套接在从动齿轮轴上；定位套筒与从动齿轮轴固连，实现与从动齿轮轴周向定位；两俯仰关节臂一端套接在从动齿轮轴上，分别位于从动齿轮轴两端的套筒A与定位套筒之间，通过套筒A和定位套筒实现轴向定位，同时与定位套筒固连；俯仰关节臂另一端与俯仰关节臂连接件固连，两俯仰杆件一端固定连接在俯仰关节臂连接件上，另一端与扭转关节连接件固定连接；扭转关节连接件位于两俯仰杆件之间，通过扭转关节连接件连接扭转关节；扭转关节包括扭转关节内圈，扭转关节外圈、端盖A、挡圈A、套筒B、轴承C、扭转关节轴承盖、。
6、摆动关节左连接件、摆动关节右连接件；扭转关节内圈一端与俯仰关节中的扭转关节连接件固定连接；扭转关节内圈上套接有扭转关节外圈、端盖A与挡圈A，其中，在扭转关节外圈与挡圈贴合，端盖A与挡圈A固定，所述挡圈A与端盖A位于扭转关节外圈与扭转关节内圈之间；扭转关节外圈与扭转关节内圈之间还安装有轴承C，轴承C通过挡圈A与扭转关节轴承盖实现在扭转关节外圈上的轴向定位，扭转关节轴承盖通过固定套接在扭转关节内圈上的套筒B轴向定位；扭转关节外圈上连接有摆动关节左连接件与摆动关节右连接件，摆动关节左连接件与摆动关节右连接件相对固定；摆动关节左连接件与扭转摆动关节右连接件与摆动关节连接；所述摆动关节包括摆动关节支架、。
7、摆动关节摆杆、车轴套筒、曲柄、连杆、摆动关节轴、曲柄连杆轴、连杆摆杆轴、曲柄支架轴；摆动关节支架一端与摆动关节摆杆一端通过摆动关节轴活动连接；摆动关节摆杆另一端开有圆孔，且固定连接有车轴套筒，其中车轴套筒，车轴套筒的截面与圆孔同轴心，且截面的内径与圆孔的直径以及车轴或车轴的外径相等；摆动关节支架的另一端与曲柄的一端通过曲柄支架轴与扭转关节中的扭转摆动关节左连接件与扭转摆动关节右连接件活动连接；连杆的一端通过连杆摆杆轴与摆动关节摆杆中部活动连接；连杆的另一端与曲柄的另一端通过曲柄连杆轴活动连接；所述车轮包括圆柱壳体、圆锥壳体、外侧壁、内侧壁、挡圈B、端盖B、轴承D、车轴轴承权利要求书CN1019。
8、73028ACN101973030A2/3页3盖、角铝、扭矩传递连杆、支撑弹簧、胎面、弹性联轴器、直流电机B、直流电机安装盘，联轴器输出轴；其中，圆柱壳体为内部镂空结构，在圆柱壳体周向外壁上套有胎面；圆柱壳体内部分别设置有，内侧壁为圆环状；内侧壁与外侧壁间通过扭矩传递连杆相对固定连接；外侧壁与圆柱壳体间通过角铝固定连接；车轴两端固定套接有端盖，车轴两端面上安装有直流电机安装盘，直流电机安装盘与端盖固连，直流电机B安装盘置于车轴内，分别固定在直流电机安装盘上，直流电机B的输出轴穿过直流电机安装盘后与外侧壁固定连接，位于内侧壁与外侧壁之间的直流电机B的输出轴上安装有弹性联轴器，弹性联轴器另一端连接。
9、有联轴器输出轴，联轴器输出轴与外侧壁固连；内侧壁外侧固定连接有挡圈B，轴承D内圈通过端盖定位，外圈通过车轴轴承盖与挡圈B定位；圆锥壳体套接在车轴上，且底部与内侧壁固定连接；圆锥壳体与车轴之间通过支撑弹簧连接；所述机械臂包括手腕臂、手爪座、手爪、M个舵机与N个连接臂，M、N为正整数，且N2、MN4；第1个舵机安装在机械臂安装支架上，第2个舵机与第一个舵机相连，第2个舵机与第1个连接臂一端轴接，第1个连接臂的另一端与第2个连接臂的一端以及第3舵机轴接，第2个连接臂的另一端与第3个连接臂以及第4个舵机轴接，以此类推，第N个连接臂一端与第N1个连接臂以及第M3个舵机轴接，第N个连接臂另一端与手腕臂以及。
10、第M2个舵机轴接，手腕臂上安装有第M1个舵机，第M1个舵机与手爪座相连；手爪座上固定有至少两个手爪，在手爪座上装有第M个舵机，且第M个舵机与手爪相连；所述控制系统包括DSP数字信号处理器、电机驱动器、双轴倾角传感器、无线通讯器、增量式光电编码器，机械臂运动控制器；外部主控PC机将控制信号发送给控制系统中的DSP数字信号处理器，DSP数字信号处理器对控制信号进行处理后得到驱动信号，并将驱动信号发送给电机驱动器；电机驱动器对收到的驱动信号进行放大，最终驱动直流电机A与直流电机B以及俯仰关节中的电磁离合器运作，从而控制本发明机器人的运动；双轴倾角传感器实时获得中间箱体的俯仰角度数据，并将俯仰角数据发。
11、送给DSP数字信号处理器；通过增量式光电编码器实时采集直流电机A与直流电机B的转速，并将转速的数据发送给DSP数字信号处理器，DSP数字信号处理器将转速的数据以及俯仰角数据发送给外部主控PC机；DSP数字信号处理器对接收到的俯仰角度数据以及转速的数据对数据进行解析后，向电机驱动器发送驱动信号，驱动直流电机A与直流电机B旋转，使中间箱体的俯仰角度达以及机器人运动速度达到设定值，由此实时控制中间箱体的俯仰角度以及机器人的运动速度；机械臂运动控制器接收外部主控PC机发出的控制信号，驱动转动，调整手爪的位置以及控制手爪的开合角度；所述导航系统中视觉导航系统包括无线视频编码器、线阵CCD相机；线阵CCD。
12、相机用来采集外部环境视频信息，并将有效距离内采集到的视频信号发送给无线视频编码器，无线视频编码器将收到的视频信息发送到外部无线视频解码器中进行解码，外部无线视频解码器将解码后的视频信号发送给外部的图像采集卡，图像采集卡将模拟视频信号转换成数字视频信号，最终将转换后的数字视频信号发送给外部主控PC机；外部主控PC机对接收到的数字视频信号进行解析后，得到外部环境信息，并发送给DSP数字信号处理器，DSP数字信号处理器对接收到的外部环境信息进行解析后，向电机驱动器发送驱动信号，驱动直流电机A与直流电机B以及电磁离合器工作，从而使月球探测的进行相应的运动；导航系统中的超声波传感器用来采集机器人与障碍物。
13、间的距离信息，并将距离信息发权利要求书CN101973028ACN101973030A3/3页4送给外部主控PC机与DSP数字信号处理器，DSP数字信号处理器对接收到的距离信息进行解析后，向电机驱动器发送驱动信号，驱动直流电机A与直流电机B以及电磁离合器工作，从而使月球探测进行相应的运动。2如权利要求1所述一种多关节串联的轮式移动机器人，其特征在于所述挡圈与扭转关节外圈分别嵌入到扭转关节内圈周向上的凹槽A与凹槽B中，且凹槽A的深度要大于凹槽B的深度。3如权利要求1所述一种多关节串联的轮式移动机器人，其特征在于摆动关节左连接件与摆动关节右连接件间通过连接垫板相互固定。4如权利要求1所述一种多关节。
14、串联的轮式移动机器人，其特征在于所述曲柄支架轴、连杆摆杆轴、曲柄连杆轴的两端均通过螺母和垫片定位。5如权利要求4所述一种多关节串联的轮式移动机器人，其特征在于所述垫片为聚四氟垫片。6如权利要求1所述一种多关节串联的轮式移动机器人，其特征在于所述胎面采用发泡PVC制成。7如权利要求1所述一种多关节串联的轮式移动机器人，其特征在于所述内侧壁与外侧壁相互平行，且内侧壁与外侧壁的直径与圆柱壳体内径相等。8如权利要求1所述一种多关节串联的轮式移动机器人，其特征在于上述外部主控PC机与控制系统中的数据交互是通过外部无线通讯器与控制系统中的无线通讯器来实现的。9如权利要求1所述一种多关节串联的轮式移动机器人。
15、，其特征在于所述中间箱体内的一个俯仰关节中扭转关节连接件上连接的扭转关节外圈与另一个中间箱体内俯仰关节中扭转关节连接件上连接的扭转关节内圈通过万向联轴器相连。10如权利要求1所述一种多关节串联的轮式移动机器人，其特征在于当所述的外部环境视频信息中包含障碍物时，外部主控PC机对接受到的视频数字信号进行解析，得到障碍物的几何信息，并发送到DSP数字信号处理器；同时，超声波传感器将采集到的机器人与障碍物间的距离信息发送给DSP数字信号处理器，DSP数字信号处理器将由外部主控PC机解析后得到的障碍物几何信息中的距离信息与由超声波传感器采集到的距离信息进行对比，如果误差过大，则再次测量，直至误差小于阈值。
16、，从而得到障碍物的准确信息。权利要求书CN101973028ACN101973030A1/10页5一种多关节串联的轮式移动机器人技术领域0001本发明涉及移动机器人领域，具体地说，是一种多关节串联的轮式移动机器人。背景技术0002月球表面地形复杂且环境恶劣，机器人在这种复杂的地形环境中执行科学探测任务，必须具备性能优越、自适应能力强的移动系统。在星际飞行过程中，机器人又需置于由飞行器所携带的着陆器内，要求探测车结构紧凑、体积要小、重量轻和低功耗。从目前国内月球车的研究情况来看，六轮月球车均具备较强的越野性能，但也存在着几大不足之处0003整车质量为50KG，而其中的力矩电机、离合器、制动器等装。
17、置极大的增加了车体的质载荷比，间接地增加了运载火箭负载；0004该车体无法保证实时调整负载平台的姿态，进而无法保证导航系统与科学仪器的安全稳定和正常运行；0005车体摆动关节需通过带制动器的伺服电机控制角位移，控制难度大，成本高，增加了车体的重量；0006前后俯仰关节位置与轮毂轴线相对位置不佳，被动翻越较高的垂直障碍时，俯仰力矩仅由摩擦产生，相对重力矩很小，不能有效地提供俯仰力矩，很有可能出现无法被动越障的情况；0007未提供可重构模块，即在负载需求大幅度增加的情况下，在短时间内无法重构为可靠的8轮、12轮结构。发明内容0008本发明的目的在于设计一种具备人工智能的、可自适应各种复杂地形、可结。
18、构重构并可完成采样任务的一种多关节串联的轮式移动机器人，包括机械主体、机械臂、控制系统与导航系统。所述机械主体包括俯仰关节、扭转关节、摆动关节、车轮、车轴。导航系统包括视觉导航系统与超声波传感器。0009其中，中车轴上活动套接有中间箱体，中间箱体上方安装有控制系统。中车轴前后两端各对称连接有一个俯仰关节，俯仰关节位于中间箱体内，且位于车轮轴线以下。每个俯仰关节各与一个扭转关节连接，每个扭转关节各连接有一个摆动关节，最终摆动关节分别于与前车轴、后车轴连接，每个车轴两端安装有车轮。位于前端的扭转关节上连接有机械臂安装支架，机械臂安装支架上安装有机械臂。在前车轴上安装有视觉导航系统，前端的摆动关节上。
19、安装有超声波传感器。0010所述俯仰关节包括直流电机A、直流电机安装座、电磁离合器、轴承A、电磁离合器轴承盖、主动齿轮、从动齿轮、从动齿轮轴、轴承B、从动齿轮轴承盖、套筒A、定位套筒、俯仰关节臂、俯仰关节臂连接件、俯仰杆件与扭转关节连接件。0011直流电机A安装盘与中间箱体固定连接。直流电机A与电磁离合器分别与直流电机安装座连接，直流电机A的输出轴与电磁离合器的周向定位，电磁离合器的输出轴上安说明书CN101973028ACN101973030A2/10页6装有轴承A，轴承A的外圈与电磁离合器轴承盖配合，电磁离合器轴承盖与中间箱体固连。电磁离合器的输出轴上固定套接有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮。
20、啮合，从动齿轮固定套接在从动齿轮轴上，从动齿轮轴的两端均安装有轴承B，轴承B的外圈与从动齿轮轴承盖配合，从动齿轮轴承盖与中间箱体固连。轴承B的内圈通过套筒A轴向定位，套筒A套接在从动齿轮轴上；定位套筒与从动齿轮轴固连，实现与从动齿轮轴周向定位。两俯仰关节臂一端套接在从动齿轮轴上，分别位于从动齿轮轴两端的套筒A与定位套筒之间，通过套筒A和定位套筒实现轴向定位，同时与定位套筒固连。俯仰关节臂另一端与俯仰关节臂连接件固连，两俯仰杆件一端固定连接在俯仰关节臂连接件上，另一端与扭转关节连接件固定连接。扭转关节连接件位于两俯仰杆件之间，通过扭转关节连接件连接扭转关节。0012扭转关节包括扭转关节内圈，扭转。
21、关节外圈、端盖A、挡圈A、套筒B、轴承C、扭转关节轴承盖、摆动关节左连接件、摆动关节右连接件。0013扭转关节内圈一端与俯仰关节中的扭转关节连接件固定连接；扭转关节内圈上套接有扭转关节外圈、端盖A与挡圈A，其中，在扭转关节外圈与挡圈贴合，端盖A与挡圈A固定，所述挡圈A与端盖A位于扭转关节外圈与扭转关节内圈之间。扭转关节外圈与扭转关节内圈之间还安装有轴承C，轴承C通过挡圈A与扭转关节轴承盖实现在扭转关节外圈上的轴向定位，扭转关节轴承盖通过固定套接在扭转关节内圈上的套筒B轴向定位。扭转关节外圈上连接有摆动关节左连接件与摆动关节右连接件，摆动关节左连接件与摆动关节右连接件相对固定。摆动关节左连接件与。
22、扭转摆动关节右连接件与摆动关节连接。0014所述摆动关节包括摆动关节支架、摆动关节摆杆、车轴套筒、曲柄、连杆、摆动关节轴、曲柄连杆轴、连杆摆杆轴、曲柄支架轴。0015摆动关节支架一端与摆动关节摆杆一端通过摆动关节轴活动连接。摆动关节摆杆另一端开有圆孔，且固定连接有车轴套筒，其中车轴套筒，车轴套筒的截面与圆孔同轴心，且截面的内径与圆孔的直径以及车轴或车轴的外径相等。摆动关节支架的另一端与曲柄的一端通过曲柄支架轴与扭转关节中的扭转摆动关节左连接件与扭转摆动关节右连接件活动连接。连杆的一端通过连杆摆杆轴与摆动关节摆杆中部活动连接。连杆的另一端与曲柄的另一端通过曲柄连杆轴活动连接。0016所述车轮包括。
23、圆柱壳体、圆锥壳体、外侧壁、内侧壁、挡圈B、端盖B、轴承D、车轴轴承盖、角铝、扭矩传递连杆、支撑弹簧、胎面、弹性联轴器、直流电机B、直流电机安装盘，联轴器输出轴。0017其中，圆柱壳体为内部镂空结构，在圆柱壳体周向外壁上套有胎面；圆柱壳体内部分别设置有，内侧壁为圆环状。内侧壁与外侧壁间通过扭矩传递连杆相对固定连接。外侧壁与圆柱壳体间通过角铝固定连接。车轴两端固定套接有端盖，车轴两端侧上安装有直流电机安装盘，直流电机安装盘与端盖固连，直流电机B安装盘置于车轴内，固定在直流电机安装盘上，直流电机B的输出轴穿过直流电机安装盘后与弹性联轴器815连接，弹性联轴器另一端连接有联轴器输出轴，联轴器输出轴与。
24、外侧壁固连。内侧壁外侧固定连接有挡圈B，轴承D内圈通过端盖定位，外圈通过车轴轴承盖与挡圈B定位。圆锥壳体套接在车轴上，且底部与内侧壁固定连接；圆锥壳体内部通过支撑弹簧与车轴连接。0018所述机械臂2包括手腕臂、手爪座、手爪、M个舵机与N个连接臂，N为正整数，且N2。说明书CN101973028ACN101973030A3/10页70019所述机械臂包括手腕臂、手爪座、手爪、M个舵机与N个连接臂，M、N为正整数，且N2、MN4；第1个舵机安装在机械臂安装支架上，第2个舵机与第一个舵机相连，第2个舵机与第1个连接臂一端轴接，第1个连接臂的另一端与第2个连接臂的一端以及第3舵机轴接，第2个连接臂的另。
25、一端与第3个连接臂以及第4个舵机轴接，以此类推，第N个连接臂一端与第N1个连接臂以及第M3个舵机轴接，第N个连接臂另一端与手腕臂以及第M2个舵机轴接，手腕臂上安装有第M1个舵机，第M1个舵机与手爪座相连；手爪座上固定有至少两个手爪，在手爪座上装有第M个舵机，且第M个舵机与手爪相连；0020所述控制系统包括DSP数字信号处理器、电机驱动器、双轴倾角传感器、无线通讯器、增量式光电编码器，机械臂运动控制器。0021外部主控PC机将控制信号发送给控制系统中的DSP数字信号处理器，DSP数字信号处理器对控制信号进行处理后得到驱动信号，并将驱动信号发送给电机驱动器。电机驱动器对收到的驱动信号进行放大，最终。
26、驱动直流电机A与直流电机B以及俯仰关节中的电磁离合器运作，从而控制本发明机器人的运动。双轴倾角传感器实时获得中间箱体的俯仰角度数据，并将俯仰角数据发送给DSP数字信号处理器。通过增量式光电编码器实时采集直流电机A与直流电机B的转速，并将转速的数据发送给DSP数字信号处理器，DSP数字信号处理器将转速的数据发送给外部主控PC机，可使操作人员实时了解中间箱体的俯仰角度以及机器人运动的速度。DSP数字信号处理器对接收到的俯仰角度数据以及转速的数据对数据进行解析后，向电机驱动器发送驱动信号，驱动直流电机A与直流电机B旋转，使中间箱体的俯仰角度达以及机器人运动速度达到设定值，由此实时控制中间箱体的俯仰角。
27、度以及机器人的运动速度；机械臂运动控制器接收外部主控PC机发出的控制信号，驱动转动，调整手爪的位置以及控制手爪的开合角度。0022所述导航系统中视觉导航系统包括无线视频编码器、线阵CCD相机；线阵CCD相机用来采集外部环境视频信息，并将有效距离内采集到的视频信号发送给无线视频编码器，无线视频编码器将收到的视频信息发送到外部无线视频解码器中进行解码，外部无线视频解码器将解码后的视频信号发送给外部的图像采集卡，图像采集卡将模拟视频信号转换成数字视频信号，最终将转换后的数字视频信号发送给外部主控PC机。外部主控PC机对接收到的数字视频信号进行解析后，得到外部环境信息，并发送给DSP数字信号处理器，D。
28、SP数字信号处理器对接收到的外部环境信息进行解析后，向电机驱动器发送驱动信号，驱动直流电机A与直流电机B以及电磁离合器工作，从而使月球探测的进行相应的运动。0023导航系统中的超声波传感器用来采集机器人与障碍物间的距离信息，并将距离信息发送给外部主控PC机与DSP数字信号处理器，DSP数字信号处理器对接收到的距离信息进行解析后，向电机驱动器发送驱动信号，驱动直流电机A与直流电机B以及电磁离合器工作，从而使月球探测的进行相应的运动。0024本发明优点在于00251、本发明机器人整体结构为中心轴对称，使重力在各车轮上平均分配，最大程度发挥直流电机的工作效率；00262、本发明机器人可实时测量并调整。
29、中间箱体的姿态，保证控制系统相对稳定；00273、本发明机器人中摆动关节的设计，使该车能够根据需要以轮步方式移动，同时保证车体运行稳定的作用；说明书CN101973028ACN101973030A4/10页800284、本发明机器人中的俯仰关节位置位于车轮轴线以下，保证了被动翻越垂直障碍时可得到足够的上仰力矩，从而使车体抗侧翻能力更强；00295、本发明机器人可整体重构，在需求负载大幅增加的情况下，可随时重构为8轮、12轮等更多偶数轮结构，且运行稳定、可靠；00306、本发明机器人在保证功能的前提下，结构简单，重量轻，减小了运载火箭的负载。附图说明0031图1为本发明机器人整体结构示意图；00。
30、32图2为本发明机器人俯仰关节局部结构俯视剖视图；0033图3为本发明机器人俯仰关节局部结构示意图；0034图4为本发明机器人扭转关节左视结构局部剖视图；0035图5为本发明机器人扭转关节俯视图；0036图6为本发明机器人摆动关节结构示意图；0037图7为本发明机器人中车轮结构半剖视图；0038图8为本发明机器人中机械臂结构示意图图；0039图9为本发明机器人控制系统与导航系统整体结构框图；0040图中0041说明书CN101973028ACN101973030A5/10页90042说明书CN101973028ACN101973030A6/10页10具体实施方式0043下面结合附图来对本发明一。
31、种多关节串联的轮式移动机器人作进一步说明。0044本发明一种多关节串联的轮式移动机器人，如图1、图9所示，包括机械主体1、机械臂2、控制系统3与导航系统4。所述机械主体1包括两个俯仰关节5、两个扭转关节6、两个摆动关节7、六个车轮8、车轴9。导航系统4包括视觉导航系统401与超声波传感器402，车轴9包括前车轴901、中车轴902与后车轴903。0045其中，中车轴902上活动套接有中间箱体10，中间箱体10上方安装有控制系统3；两个俯仰关节5固定在中间箱体10内部，并关于中车轴902对称，所述俯仰关节5位于车轮8轴线以下，每个俯仰关节5各与一个扭转关节6连接，每个扭转关节6各连接有一个摆动关。
32、节7，最终两个摆动关节7分别与前车轴901、后车轴903连接，所述的前车轴901、中车轴902与后车轴903的两端分别安装有车轮8。位于后端的扭转关节6上连接有机械臂安装支架11，机械臂安装支架11上安装有机械臂2。在前车轴901上安装有视觉导航系统401，前端的摆动关节7上安装有超声波传感器402，如图1所示。0046所述俯仰关节5包括直流电机A501、直流电机安装座502、电磁离合器503、轴承A504、电磁离合器轴承盖505、主动齿轮506、从动齿轮507、从动齿轮轴508、轴承B509、从动齿轮轴承盖510、套筒A511、定位套筒512、俯仰关节臂513、俯仰关节臂连接件514、俯仰杆。
33、件515与扭转关节连接件516，如图2、图3所示。0047直流电机安装座502通过螺栓和螺母与中间箱体10固定连接；直流电机A501与电磁离合器503分别通过螺栓与直流电机安装座502连接，直流电机A501的输出轴通过紧定螺钉实现与电磁离合器503的周向定位，电磁离合器503的输出轴上安装有轴承A504，轴承A504的外圈与电磁离合器轴承盖505配合，电磁离合器轴承盖505与中间箱体10通过六角螺栓固连。电磁离合器503的输出轴上通过双紧定螺钉固定套接有主动齿轮506，主动齿轮506与从动齿轮507啮合，从动齿轮507固定套接在从动齿轮轴508上，从动齿轮轴508的两端均安装有轴承B509，轴。
34、承B509的外圈与从动齿轮轴承盖510配合，从动齿轮轴承盖510通过六角螺栓与中间箱体10固连。轴承B509的内圈通过套筒A511轴向定位，套筒A511套接在从动齿轮轴508上。定位套筒512与从动齿轮轴508通过紧定螺钉固连，实现与从动齿轮轴508周向定位。两俯仰关节臂513一端套接在从动齿轮轴508上，分别位于从动齿轮轴508两端的套筒A511与定位套筒512之间，通过套筒A511和定位套筒512实现轴向定位，同时与定位套筒512固连。俯仰关节臂513另一端与俯仰关节臂连接件514固连，两俯仰杆件515一端通过螺栓固定连接在俯仰关节臂连接件514上，另一端通过螺栓与扭转关节连接件516固定。
35、连接；扭转关节连接件516位于两俯仰杆件515之间，通过扭转关节连接件516连接扭转关节6。说明书CN101973028ACN101973030A7/10页110048如图4、图5所示，扭转关节6包括扭转关节内圈601、扭转关节外圈602、端盖A603、挡圈A604、套筒B605、轴承C606、扭转关节轴承盖607、摆动关节左连接件608、摆动关节右连接件609、连接垫板610。0049扭转关节内圈601为筒状结构，一端与俯仰关节5中的扭转关节连接件516通过螺栓固定连接。扭转关节内圈601上套接有扭转关节外圈602、端盖A603与挡圈A604，其中，扭转关节外圈602与挡圈604贴合，分别嵌。
36、入到扭转关节内圈601周向上的凹槽A611与凹槽B612中，且所述凹槽A611的深度要大于凹槽B612的深度，端盖A603通过螺栓与挡圈A604固定，由此实现扭转关节外圈602与挡圈A604在扭转关节内圈601轴向上的定位，同时也可在扭转关节内圈601周向上转动。所述挡圈A604与端盖A603位于扭转关节外圈602与扭转关节内圈601之间。扭转关节外圈602与扭转关节内圈601之间还安装有轴承C606，轴承C606通过挡圈A604与扭转关节轴承盖607实现在扭转关节外圈602上的轴向定位，扭转关节轴承盖607通过固定套接在扭转关节内圈601上的套筒B605轴向定位。扭转关节外圈602上连接有摆。
37、动关节左连接件608与摆动关节右连接件609，且通过螺栓将连接垫板610与摆动关节左连接件608、摆动关节右连接件609连接，从而将摆动关节左连接件608与摆动关节右连接件609相对固定。摆动关节左连接件608与扭转摆动关节右连接件609与摆动关节7连接。0050如图6所示，所述摆动关节7包括摆动关节支架701、摆动关节摆杆702、车轴套筒703、曲柄704、连杆705、摆动关节轴706、曲柄连杆轴707、连杆摆杆轴708、曲柄支架轴709。0051摆动关节支架701一端与摆动关节摆杆702一端通过摆动关节轴706活动连接。摆动关节摆杆702另一端开有圆孔710，且通过螺栓固定连接有车轴套筒7。
38、03，其中车轴套筒703为圆柱形筒状结构，车轴套筒703的截面与圆孔710同轴心，且截面的内径与圆孔710的直径以及车轴或车轴的外径相等，由此使前车轴或后车轴可依次穿过圆孔710以及套筒，并通过螺栓可将前车轴或后车轴与车轴套筒703固定。摆动关节支架701的另一端与曲柄704的一端均通过曲柄支架轴709与扭转关节6中的扭转摆动关节左连接件608与扭转摆动关节右连接件609活动连接。连杆705的一端通过连杆摆杆轴708与摆动关节摆杆702中部活动连接。通过上述连接使得摆动关节摆杆702与摆动关节支架701间以及摆动关节支架701与扭转关节6之间实现自由抬起放下的摆动动作。连杆705的另一端与曲柄。
39、704的另一端通过曲柄连杆轴707活动连接。其中，曲柄支架轴709、连杆摆杆轴708、曲柄连杆轴707的两端均通过螺母和垫片定位，由此可防止连接部分松动，保证摆动关节7的正常运行。所述垫片为聚四氟垫片，可起到自润滑作用，并可防止之间过渡的摩擦。0052所述车轮8包括圆柱壳体801、圆锥壳体802、外侧壁803、内侧壁804、挡圈B805、端盖B806、轴承D807、车轴轴承盖808、角铝809、扭矩传递连杆810、支撑弹簧811、胎面812、弹性联轴器815、直流电机B814、直流电机安装盘813，联轴器输出轴816，如图7所示。0053其中，圆柱壳体801为内部镂空结构，在圆柱壳体801周向。
40、外壁上套有胎面812，胎面812采用发泡PVC制成，可增加胎面812与模拟月壤的摩擦力。圆柱壳体801内部分别设置有相互平行的内侧壁804与外侧壁803，内侧壁804与外侧壁803的直径与圆柱壳体801内径相等，内侧壁804为圆环状。内侧壁804与外侧壁803间通过扭矩传递连杆810相对固定连接。其中，外侧壁803与圆柱壳体801间通过角铝809固定连接，由此加固了外侧说明书CN101973028ACN101973030A8/10页12壁803与圆柱壳体801的连接。车轴9两端固定套接有端盖B806，车轴9两端的端面上安装有直流电机安装盘813，直流电机安装盘813与端盖B806固连，直流电机。
41、B814置于车轴9内，固定在直流电机安装盘813上，直流电机B814的输出轴穿过直流电机安装盘813，与弹性联轴器815连接，弹性联轴器815另一端连接有联轴器输出轴816，联轴器输出轴816通过螺母与外侧壁803固连。内侧壁804外侧固定连接有挡圈B805，轴承D807内圈通过端盖B806定位，外圈通过车轴轴承盖808与挡圈B805定位。圆锥壳体802套接在车轴9上，且底部通过螺栓与内侧壁804固定连接；圆锥壳体802内部与车轴9之间连接有支撑弹簧811，支撑弹簧811起到减震作用。在直流电机B814工作时，直流电机B814的输出轴带动弹性联轴器815转动，从而带动联轴器输出轴816转动，最。
42、终使圆柱壳体801与圆锥壳体802共同转动。圆柱壳体801转动的同时轴承D807的外圈与车轴轴承盖808以及挡圈B805随圆柱壳体801一同转动，而车轴、直流电机安装盘813与端盖B806以及轴承D807的内圈保持不动。0054所述机械臂2为由第一舵机201、第二舵机202、第三舵机203、第四舵机204、第五舵机205、第六舵机206、下连接臂207、上连接臂208、手腕臂209、手爪座210、手爪211组成的六自由度机械臂，如图8所示。0055第一舵机201安装在机械臂安装支架11上，第二舵机202与第一舵机201相连，第二舵机202与下连接臂207的一端轴接，下连接臂207的另一端与上连。
43、接臂208一端以及第三舵机轴接。上连接臂208另一端与手腕臂209一端以及第四舵机轴接。手腕臂209上安装有第五舵机205，第五舵机205与手爪座210相连，手爪座上通过螺钉固定有至少两个手爪211，手爪座210上安装有第六舵机206，第六舵机206与手爪211相连控制手爪211的开合。所述手爪211为平行四杆机构。机械臂2中可安装有M个舵机与N个连接臂，M、N为正整数，且N2、MN4。如图9所示，所述控制系统3包括DSP数字信号处理器301、电机驱动器302、双轴倾角传感器303、无线通讯器305、增量式光电编码器304，机械臂运动控制器306，如图9所示。0056外部主控PC机12将控制信。
44、号发送给控制系统中的DSP数字信号处理器301，DSP数字信号处理器301对控制信号进行处理后得到驱动信号，并将驱动信号发送给电机驱动器302；电机驱动器302对收到的驱动信号进行放大，最终驱动直流电机A501与直流电机B814以及俯仰关节5中的电磁离合器503运作，从而控制本发明机器人的运动。双轴倾角传感器303实时获得中间箱体10的俯仰角度数据，并将俯仰角数据发送给DSP数字信号处理器301。通过增量式光电编码器304实时采集直流电机A501与直流电机B814的转速，并将转速的数据发送给DSP数字信号处理器301，DSP数字信号处理器301将转速的数据以及俯仰角数据发送给外部主控PC机12。
45、，可使操作人员实时了解中间箱体10的俯仰角度以及机器人运动的速度。DSP数字信号处理器301对接收到的俯仰角度数据以及转速的数据对数据进行解析后，再次向电机驱动器302发送驱动信号，驱动直流电机A501与直流电机B814旋转，使中间箱体10的俯仰角度达以及机器人运动速度达到设定值，由此实时控制中间箱体10的俯仰角度以及机器人的运动速度。机械臂运动控制器306接收外部主控PC机12发出的控制信号，驱动第一舵机201、第二舵机202、第三舵机203、第四舵机204、第五舵机205、第六舵机206转动，调整手爪211的位置，第六舵机206控制手爪211的开合角度，从而控制机器人进行采样。上述外部主控。
46、PC机12与控制系统3中的数据交互是通过外部说明书CN101973028ACN101973030A9/10页13无线通讯器13与控制系统3中的无线通讯器来实现的。0057所述导航系统中视觉导航系统401包括无线视频编码器4012、线阵CCD相机4011，如图10所示。0058线阵CCD相机4011用来采集外部环境视频信息，并将有效距离内采集到的视频信号发送给无线视频编码器4012，无线视频编码器4012将收到的视频信息发送到外部无线视频解码器14中进行解码，外部无线视频解码器14将解码后的视频信号发送给外部的图像采集卡15，图像采集卡15将模拟视频信号转换成数字视频信号，最终将转换后的数字视频。
47、信号发送给外部主控PC机12。外部主控PC机12对接收到的数字视频信号进行解析后，得到外部环境信息，并发送给DSP数字信号处理器301，DSP数字信号处理器301对接收到的外部环境信息进行解析后，向电机驱动器302发送驱动信号，驱动直流电机A501与直流电机B814以及电磁离合器工作，从而使月球探测的进行相应的运动。0059导航系统中的超声波传感器402位于摆动关节7中支架摆杆轴706处。超声波传感器402用来采集机器人与障碍物间的距离信息，并将距离信息发送给外部主控PC机12与DSP数字信号处理器301，DSP数字信号处理器301对接收到的距离信息进行解析后，向电机驱动器302发送驱动信号，。
48、驱动直流电机A501与直流电机B814以及电磁离合器工作，从而使月球探测的进行相应的运动。0060本发明一种多关节串联的轮式移动机器人包括对以下几个运动方式0061A、爬坡行走；0062由于月球表面月尘较厚，摩擦系数小，通过轮步式行走，可以使得爬坡坡度更大。外部主控PC机12向DSP数字信号处理器301发送控制指令轮步式行走指令，前车轮内的直流电机B814启动，前端摆动关节摆杆702绕摆动关节轴706转动，使连杆705和曲柄704运动，摆动关节7展开，此时中车轮与后车轮为静止；中车轮内的直流电机B814启动，前车轮处的摆动关节7收拢，后车轮处的摆动关节7展开；两后车轮内的直流电机B814启动，。
49、前车轮与中车轮静止，至此完成一次轮步式行走。0063B、跨越壕沟；0064外部主控PC机12向DSP数字信号处理器301发送控制指令跨越壕沟指令，所需跨越的壕沟宽度应不大于相邻两节车轴的中心距。在前车轮离开地面前，前端俯仰关节5中的电磁离合器503吸合，使中车轴902前部的机械部分1相对固定，同时后端的摆动关节7展开，使机械部分1中部与后部间的距离加大，使得机械部分1重心后移，则可在前车轮进入悬空状态时仍保持平稳行驶；在中车轮将要进入悬空时，两前车轮已处于接地状态，此时机器人重心与机器人在普通路面行驶时重合，可以平稳行驶；当前车轮和中车轮均处于与地面接触状态时，前端俯仰关节5中的电磁离合器503解除吸合状态，后端俯仰关节5中的电磁离合器503进入吸合状态，使中车轴902后部的机械部分1相对固定，同时前端的摆动关节展开，使机械部分1中部与前部间的距离加大，使得机械部分1重心前移，后车轮即可安全越过壕沟。0065C、越障与避障；0066当机器人遇到障碍物时，通过线阵CCD相机4011将障碍物的图像视频信息传送至无线视频编解码器4012，无线视频编解码器16收到障碍物的图像信息后对图像进行解码，将解码后的图像信息发送给外部的图像采集卡15，外部图像采集卡15将采集到的视频模说明书CN101973028ACN101973030A10/10页14拟信号转换成视频数。