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星球探测多轮足复合移动行走机构

项目分类:通用机械零部件 发布时间:2021-12-04 ID:432853
  • 星球探测多轮足复合移动行走机构
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  这套行走机构针对地外天体表面复杂地形的通行需求设计,核心采用轮足复合的构型思路,区别于传统纯轮式探测车在松软月壤、岩石障碍区域的通过性短板,也弥补了纯足式结构移动效率偏低、长距离行进能耗过高的问题。从结构布局来看,整套机构采用对称式三支点支撑构型,三组完全相同的轮足单元呈120度周向均布在中心安装基座周边,每个单元集成了驱动轮组、弹性缓冲支腿、铰接转向结构三个核心部分,中心基座预留了标准载荷安装接口,可直接搭载探测载荷、能源模块、通讯组件等核心探测设备,安装法兰的定位孔位按照通用航天载荷接口规范设计,无需额外转接结构即可完成载荷装配。

  在实际地形适配过程中,当探测区域为相对平整的月壤平原时,三组支腿保持固定支撑角度,驱动轮直接接触地表,以纯轮式模式行进,此时传动链路直接将动力输出至轮组,传动效率可达85%以上,能够满足长距离巡航的低能耗需求;当行进路径上出现尺寸不超过轮径1.2倍的岩石障碍、凹坑地形时,支腿的铰接结构会配合轮组的转动完成越障动作,弹性支腿内部的阻尼结构可以吸收地表凸起带来的冲击载荷,避免中心搭载的精密探测设备受到过大振动影响,支腿的摆角范围经过反复校核,单侧最大抬升高度可达到轮径的0.8倍,能够顺利跨过常规尺寸的岩石障碍,同时不会出现机构干涉、重心失稳的问题。

  设计过程中针对地外低重力、大温差的使用环境做了专项适配,所有铰接位置的轴承均采用自润滑固体润滑材料,避免常规润滑脂在真空低温环境下失效的问题,轮面的棘齿构型经过多轮地形仿真优化,在松软月壤表面的抓附力比普通光滑轮面提升40%以上,同时不会出现轮面粘土、陷车的问题。整套机构的重心控制在中心基座下方三分之一处,在25度侧倾坡面上依然能够保持稳定不倾覆,满足天体表面复杂坡地的通行要求。

  从安装边界来看,整套机构收拢状态下的最大外轮廓直径不超过中心基座直径的2.2倍,发射阶段可以将支腿向内收拢锁定,进一步压缩包络尺寸,适配运载火箭的整流罩内部空间要求,入着陆器后不需要额外的展开解锁机构,仅靠支腿自身的铰接驱动即可完成从收拢状态到工作状态的切换,降低了展开环节的故障风险。每个轮足单元的驱动模块采用一体化集成设计,将驱动电机、减速结构、位置传感器集成在轮组内部,减少了外部走线的数量,所有线缆均通过支腿内部的走线腔连接至中心基座的控制模块,避免空间辐射、月尘对线缆的侵蚀。

  在功能验证层面,这套构型经过了多轮地形模拟测试,在模拟月壤环境、岩石障碍场地、斜坡测试场地的综合通过率比传统四轮探测车提升60%以上,同时移动能耗比纯足式探测机器人降低35%,兼顾了复杂地形通过性与长距离巡航的经济性。支腿的弹性阻尼参数经过匹配调校,在行进过程中传递到中心基座的振动加速度控制在0.5g以内,能够有效保护搭载的精密光学探测、采样分析设备,避免振动导致的设备精度下降、结构损坏问题。三组轮足单元采用模块化设计,单个单元出现故障时可以单独更换,不需要拆解整套机构,提升了地外作业场景下的可维护性,当然受限于地外探测的实际场景,这套结构的设计冗余度达到了1.5倍,核心承载部件的安全系数满足航天结构的设计规范,能够承受发射阶段的过载冲击以及着陆瞬间的冲击载荷。

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