CN113147291B - 一种水陆两栖跨介质无人车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水陆两栖跨介质无人车，属于水陆两栖车辆技术领域。本发明的两栖车包括：可变重心电池、可伸缩折叠防浪板机构、矢量喷水推进器与无人控制系统，当需要下潜时调整车体的姿态和重心，实现快速下潜。本发明采用可变重心电池，通过配重电池的前后移动，在车辆行驶过程中，随时改变车辆重心，有效地控制车体姿态，实现快速下潜。同时，避免车辆在水中出现由于重心偏移导致的非理想动作。且后期可通过改变配重电池重量达到增加重心调整尺度的目的。改变电池组布置位置，解决多功能扩展模块布置的空间问题，为扩展模块布置提供更多可能性。

Description

一种水陆两栖跨介质无人车

技术领域

本发明涉及一种水陆两栖跨介质无人车，属于水陆两栖车辆技术领域。

背景技术

水陆两栖车是一种既可在陆上行驶，又可泛水浮渡，兼具车与船特性的特种车辆。随着科学技术技术的发展，无人水陆两栖车逐渐被用于水域探索、搜索排雷等危险以及不适于有人参与的任务。但是现有无人水陆两栖车只具有陆地和水面两种行驶方式，并不具有水下潜航行驶的功能。当水面行驶环境极其恶劣不利于无人水陆两栖车正常行驶，急需快速潜入水中时，现有无人水陆两栖车就暴露出其功能的弊端。针对现有无人水陆两栖车无法快速潜入水中实现潜航行驶等现状，有必要发明一种水陆两栖跨介质无人车实现快速下潜，使无人水陆两栖车功能更加灵活。

发明内容

本发明的目的为了解决现有水陆两栖车辆无法快速潜入水中等问题，提出一种水陆两栖跨介质无人车，该车辆能够通过可变重心电池、可伸缩折叠防浪板机构与矢量喷水推进器调整车体的姿态和重心，实现快速下潜。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种无人水陆跨介质两栖车，包括：可变重心电池、可伸缩折叠防浪板机构、矢量喷水推进器与无人控制系统，当需要下潜时调整车体的姿态和重心，实现快速下潜。

所述可变重心电池设置在所述车体内部，作为所述无人两栖车的动力源。同时，采用双电池布局设计作为重心调整机构。包括：配重滑轨、丝杠电机、配重电池、驱动丝杠和固定电池，连接关系：固定电池设置在车体内部前端，用于和车体尾部的矢量喷水推进器进行平衡；驱动丝杠和配重滑轨分别固定在车体内部下端，配重电池安装在配重滑轨上，同时与驱动丝杠相连；丝杠电机与驱动丝杠一端同轴相连。通过调控驱动丝杠使配重电池沿配重滑轨前移x调整车体重心实现快速下潜。

所述可伸缩折叠防浪板机构设置在所述车体首部，用于抵消一些水流对车体的扰动和阻力、提升整车水中速度以及切换车体姿态实现水下行驶。包括：前支撑杆、推杆支架、上段电动推杆和下段电动推杆、防浪板下段、防浪板上段，连接关系：防浪板下段的一端和车首下部通过转轴相连，另一端与防浪板上段通过转轴相连，形成两个转动副；下段电动推杆一端通过转轴连接到车首中部，另一端通过转轴连接到防浪板下段，形成两个转动副；前支撑杆的一端与防浪板上段通过转轴连接，另一端与推杆支架一端通过转轴连接，形成两个转动副；推杆支架一端通过转轴与防浪板下段连接，形成一个转动副；上段电动推杆一端通过转轴连接到车首上部，另一端通过转轴连接到推杆支架中部，形成两个转动副；为防止运动干涉，上段电动推杆与前支撑杆、推杆支架并不在同一平面。通过调控防浪板下段与防浪板上段，防浪板下段与车体下水平面形成一定角度ω₁，调整车体姿态实现快速下潜。

所述矢量喷水推进器设置在车尾底部，包括矢量喷口、进水口。喷水推进器与推进器电机连接；矢量喷口与倒车水斗通过转轴连接形成一个转动副。以上所述机构包括两组，左右对称分布在所述车体尾部。矢量喷口可以引导水流向上角度ω₂喷出，调整喷水方向实现快速下潜。

所述配重前移距离x在0.37～0.5m内都可实现下潜。

所述角度ω₁在0～10°内都可实现下潜。

所述角度ω₂在10～20°内都可实现下潜。

所述角度ω₁、所述角度ω₂与所述配重前移距离x在各自范围内配合，同时满足：

实现快速下潜。

所述无人控制系统设置在所述车体内部后方用于控制所述无人两栖车的速度、转向、制动以及所述车体姿态。包括：图传摄像头、电机控制器、姿态传感器、驱动器、控制板、路由器、浸水传感器与水位传感器，连接关系：电机控制器、姿态传感器、驱动器、控制板、路由器设置在车体内部；浸水传感器包括四个，设置在车体内部下平面四个角，用于检测所述车体的防水性；水位传感器设置在车体底部，用于监测水位，根据水位变化自动选用最佳的驱动方式；图传摄像头包括四个，设置在所述车体顶部四个角，可360°旋转用于获取道路、水域、车辆等周围环境；声纳传感器设置在所述车体底部，用于获取所述图传摄像头捕捉不到的水下环境信息。

所述水陆两栖跨介质无人车所有的工作方式均可由无人两栖车自主完成，由所述无人控制系统中的图传摄像头与姿态传感将捕获的道路、水域、车辆等周围环境信息反馈给控制板，控制板通过驱动器和路由器控制电机控制器，对可伸缩折叠防浪板机构、车尾水翼机构、可变重心电池机构进行控制调节。同时，也可接入远程遥控系统，实现对无人车下达指令和遥控干预。

有益效果

1.本发明的一种水陆两栖跨介质无人车，采用可变重心电池，通过配重电池的前后移动，在车辆行驶过程中，随时改变车辆重心，有效地控制车体姿态，实现快速下潜。同时，避免车辆在水中出现由于重心偏移导致的非理想动作。后期可通过改变配重电池重量达到增加重心调整尺度的目的。改变电池组布置位置，解决多功能扩展模块布置的空间问题，为扩展模块布置提供更多可能性；

2.本发明的一种水陆两栖跨介质无人车，采用可伸缩折叠防浪板机构，通过电动推杆和机械机构的配合，控制上下防浪板的打开与收起。可以在不影响陆地行动能力的前提下，在水中托起车身，大幅减小平台阻力，提高平台稳定性及最大航行速度；

3.本发明的一种水陆两栖跨介质无人车，采用矢量喷水推进器，通过喷水推进器与矢量喷口，可以引导水流喷出反方向上下左右各20°。同时与可变重心电池、可伸缩折叠防浪板机构配合调整车体姿态和重心，实现快速下潜；

4.本发明的一种水陆两栖跨介质无人车，采用分布式电机驱动方式，无需液压系统、离合、差速器等机械传动部件，简化动力传输路线，传动结构简单，传动效率高。四个车轮由四组电机独立驱动，分别控制，可实现差速转向；

5.本发明的一种水陆两栖跨介质无人车，采用无人控制系统，通过车载传感器、图传摄像头得到本车位置，感知路面、水域、车辆等周围环境自动控制车辆的驱动速度、转向和制动，控制防浪板下段与车体之间的角度、矢量喷水推进器的喷水方向与配重电池的移动距离调整下潜速度。同时，可以接入远程遥控系统，实现对无人车下达指令和遥控干预。

附图说明

图1为本发明外部结构示意图；

图2为本发明内部结构示意图；

图3为本发明底盘结构示意图；

图4为本发明快速下潜角度示意图；

图5为本发明角度ω₁＝0°车体姿态示意图。

附图标记说明：1—前支撑杆、2—推杆支架、3—上段电动推杆、4—下段电动推杆、5—图传摄像头、6—后电动推杆、7—后水翼、8—后支撑杆、9—车体、10—车轮、11—防浪板下段、12—防浪板上段、13—配重滑轨、14—丝杠电机、15—推进器电机、16—电机控制器、17—姿态传感器、18—驱动器、19—控制板、20—路由器、21—浸水传感器、22—车轮电机、23—减速器、24—链条传动机构、25—配重电池、26—驱动丝杠、27—固定电池、 28—防水承重轴承、29—水位传感器、30—倒车水斗、31—矢量碰口、32—矢量喷水推进器、 33—进水口、34—声纳传感器。

具体实施方式

为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。

实施例1：

如附图1所示，本发明提供一种水陆两栖跨介质无人车，该车辆可以实现无人陆地行驶、无人水上行驶以及通过改变车体姿态实现快速下潜的水陆两栖跨介质无人车。

一种水陆两栖跨介质无人车，包括：车体、陆上推进系统、车尾水翼机构、无人控制系统、矢量喷水推进器、可伸缩折叠防浪板机构、以及可变重心电池机构。

所述车体9由金属钢板钣金、焊接制作而成，用以承受各种机械载荷、安装陆上推进系统、水上推进系统、可伸缩折叠的防浪板、无人控制系统，并保证整个平台密封性。

所述陆上推进系统并排左右对称设置在所述车体9下方，用于支撑所述车体及各种载荷重量，保证车辆在路面平稳行驶。包括：车轮10、车轮电机22、减速器23、传动链条机构 24和防水承重轴承28，连接关系：车轮10与防水承重轴承28、传动链条机构24的从动轮同轴连接；车轮电机22通过减速器23与链条传动机构24的主动轮同轴连接，通过链条机构24将动力输出到车轮10上。以上所述结构均包括四组，车轮11由四组车轮电机22独立驱动分别控制，可实现差速转向。

所述车尾水翼设置在所述车体尾部，用于配和防浪板在水中托起车身，大幅减小行驶阻力。包括：后电动推杆6、后水翼7、后支撑杆8，连接关系：后电动推杆6一端与车体9车尾上部通过转轴相连，另一端与后水翼7通过转轴相连，形成两个转动副；后支撑杆8一端与车体9车尾下部通过转轴相连，另一端与后水翼7通过转轴相连，形成两个转动副。

所述无人控制系统设置在所述车体内部后方用于控制所述无人两栖车的速度、转向、制动以及所述车体姿态。包括：图传摄像头5、电机控制器16、姿态传感器17、驱动器18、控制板19、路由器20、浸水传感器21、水位传感器29。连接关系：电机控制器16、姿态传感器17、驱动器18、控制板19、路由器20设置在车体9内部；浸水传感器21包括四个，设置在车体9内部下平面四个角，用于检测所述车体9的防水性；水位传感器29设置在车体9 底部，用于监测水位，根据水位变化自动选用最佳的驱动方式；图传摄像头5包括四个，设置在所述车体9顶部四个角，可360°旋转用于获取道路、水域、车辆等周围环境；声纳传感器34设置在所述车体9底部，用于获取所述图传摄像头5捕捉不到的水下环境信息。

所述矢量喷水推进器32设置在车尾底部，用于驱动所述车体在水上行进、转向、平移和倒车。包括：矢量喷口31、进水口33；矢量喷水推进器32与推进器电机15连接；矢量喷口31与倒车水斗30通过转轴连接形成一个转动副；以上所述机构包括两组，左右对称分布在所述车体9尾部；矢量喷口31可以引导水流向上角度ω₂喷出，调整喷水方向实现快速下潜，所述角度ω₂如附图4所示。

所述可伸缩折叠防浪板机构设置在所述车体9首部,用于抵消一些水流对车体的扰动和阻力、提升整车水中速度以及切换车体姿态实现水下潜航。包括：前支撑杆1、推杆支架2、上段电动推杆3和下段电动推杆4、防浪板下段11、防浪板上段12，连接关系：防浪板下段11 的一端和车体9车首下部通过转轴相连，另一端与防浪板上段12通过转轴相连，形成两个转动副；下段电动推杆4一端通过转轴连接到车体9车首中部，另一端通过转轴连接到防浪板下段11，形成两个转动副；前支撑杆1的一端与防浪板上段12通过转轴连接，另一端与推杆支架2一端通过转轴连接，形成两个转动副；推杆支架2一端通过转轴与防浪板下段11连接，形成一个转动副；上段电动推杆3一端通过转轴连接到车体9车首上部，另一端通过转轴连接到推杆支架2中部，形成两个转动副；为防止运动干涉，上段电动推杆3与所述前支撑杆1、所述推杆支架2并不在同一平面，通过调控防浪板下段11与防浪板上段12，防浪板下段11与车体9下水平面形成一定角度ω₁，调整车体姿态实现快速下潜，所述角度ω₁如附图4所示。

所述可变重心电池设置在所述车体内部，作为所述无人两栖车的动力源。同时，采用双电池布局设计作为重心调整机构。包括：配重滑轨13、丝杠电机14、配重电池25、驱动丝杠26、固定电池27，连接关系：固定电池27设置在车体9内部前端，用于和车体9尾部的喷水推进器32进行平衡；丝杠26和配重滑轨13分别固定在车体9内部下端，配重电池25 安装在配重滑轨13上，同时与驱动丝杠26相连；丝杠电机14与驱动丝杠26一端同轴相连。

具体工作过程：

当两栖车需要快速下潜时，可伸缩折叠防浪板机构的下段电动推杆4伸长，下段电动推杆4推动防浪板下段11绕车头转动副旋转。上段电动推杆3收缩，上段电动推杆3拉动推杆支架2绕防浪板下段11转动副旋转，推杆支架2与前支撑杆1配合拉动防浪板上段12绕防浪板下段11转动副旋转收缩。防浪板上段12完全收回到车体9前部与防浪板下段11与车体9下部水平面形成角度ω₁如附图4所示。同时，丝杠电机14驱动丝杠26工作，驱动丝杠26 与配重滑轨13配合将配重电池25向附图2箭头方向移动距离x，使车重心前移。喷水推进器33通过矢量喷口31将水流与水平面形成向上的角度ω₂喷出如附图4所示，使得两栖车获得一个向下的推力。所述角度ω₁在0～10°范围内、所述角度ω₂在10～20°范围内、所述配重电池前移距离x在0.37～0.5m范围，且ω₁、ω₂、x同时满足函数关系：

都可实现快速下潜，同时可以调控所述角度ω₁、所述角度ω₂与前移距离x控制两栖车下潜速度。

当所述倒车水斗30工作时，所述倒车水斗30绕所述矢量喷口31端转动副旋转与所述矢量喷口31配合，将从所述喷水推进器33喷出的水流引向所述车体9前方，从而推动车辆在水面上向后航行。所述倒车水斗30配合所述矢量喷口31可以达到倒车时向左、向右转弯的目的。当所述倒车水斗30和所述矢量喷口31引导水流喷出的方向如附图3所示时，所述倒车水斗30引导水流和所述矢量喷口31引导水流矢量合成垂直于所示车体9的水流，实现所述无人两栖车在水面向附图3中垂直于所述车体9箭头方向平移。

以上所述工作过程均可由所述无人两栖车自主完成，图传摄像头5与姿态传感34将捕获的道路、水域、车辆等周围环境信息反馈给控制板19，控制板19通过驱动器18和路由器20 控制电机控制器16，对所述可伸缩折叠防浪板机构、所述车尾水翼机构、所述可变重心电池机构进行控制调节。同时，也可接入远程遥控系统，实现对无人车下达指令和遥控干预。

结论

本发明的目的为了解决现有水陆两栖车辆无法快速潜入水中等问题，提出一种水陆两栖跨介质无人车，该车辆能够通过可变重心电池、可伸缩折叠防浪板机构与矢量喷水推进器调整车体的姿态和重心，实现快速下潜。本发明采用可变重心电池，通过配重电池的前后移动，在车辆行驶过程中，随时改变车辆重心，有效地控制车体姿态，实现快速下潜。同时，避免车辆在水中出现由于重心偏移导致的非理想动作。且后期可通过改变配重电池重量达到增加重心调整尺度的目的。改变电池组布置位置，解决多功能扩展模块布置的空间问题，为扩展模块布置提供更多可能性。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种水陆两栖跨介质无人车，其特征在于：包括可变重心电池、可伸缩折叠防浪板机构、矢量喷水推进器与无人控制系统，当需要下潜时调整水陆两栖跨介质无人车的姿态和重心，实现快速下潜；

所述可变重心电池设置在车体(9)内部，作为所述水陆两栖跨介质无人车的动力源；同时，采用双电池布局设计作为重心调整机构，包括：配重滑轨(13)、丝杠电机(14)、配重电池(25)、驱动丝杠(26)和固定电池(27)，连接关系：固定电池(27)设置在车体(9)内部前端，用于和车体(9)尾部的矢量喷水推进器(32)进行平衡；驱动丝杠(26)和配重滑轨(13)分别固定在车体(9)内部下端，配重电池(25)安装在配重滑轨(13)上，同时与驱动丝杠(26)相连；丝杠电机(14)与驱动丝杠(26)一端同轴相连；通过调控驱动丝杠(26)使配重电池(25)沿配重滑轨(13)前移距离x调整车体重心实现快速下潜；

所述可伸缩折叠防浪板机构设置在车体(9)首部，用于抵消一些水流对车体的扰动和阻力、提升整车水中速度以及切换车体姿态实现水下行驶，包括：前支撑杆(1)、推杆支架(2)、上段电动推杆(3)、下段电动推杆(4)、防浪板下段(11)、防浪板上段(12)，连接关系：防浪板下段(11)的一端和车首下部通过转轴相连，另一端与防浪板上段(12)通过转轴相连，形成两个转动副；下段电动推杆(4)一端通过转轴连接到车首中部，另一端通过转轴连接到防浪板下段(11)，形成两个转动副；前支撑杆(1)的一端与防浪板上段(12)通过转轴连接，另一端与推杆支架(2)一端通过转轴连接，形成两个转动副；推杆支架(2)一端通过转轴与防浪板下段(11)连接，形成一个转动副；上段电动推杆(3)一端通过转轴连接到车首上部，另一端通过转轴连接到推杆支架(2)中部，形成两个转动副；为防止运动干涉，上段电动推杆(3)与前支撑杆(1)、推杆支架(2)并不在同一平面；通过调控防浪板下段(11)与防浪板上段(12)，防浪板下段(11)与车体下水平面形成一定角度ω₁，调整车体姿态实现快速下潜；

所述矢量喷水推进器(32)设置在车尾底部，包括：矢量喷口(31)、进水口(33)；矢量喷水推进器(32)与推进器电机(15)连接；矢量喷口(31)与倒车水斗(30)通过转轴连接形成一个转动副；以上所述机构包括两组，左右对称分布在车体(9)尾部；矢量喷口(31)可以引导水流向上角度ω₂喷出，调整喷水方向实现快速下潜；

所述无人控制系统设置在所述车体(9)内部后方用于控制所述水陆两栖跨介质无人车的速度、转向、制动以及所述车体姿态，包括：图传摄像头(5)、电机控制器(16)、姿态传感器(17)、驱动器(18)、控制板(19)、路由器(20)、浸水传感器(21)、水位传感器(29)，连接关系：电机控制器(16)、姿态传感器(17)、驱动器(18)、控制板(19)、路由器(20)设置在车体(9)内部；浸水传感器(21)包括四个，设置在车体(9)内部下平面四个角，用于检测车体(9)的防水性；水位传感器(29)设置在车体(9)底部，用于监测水位，根据水位变化自动选用最佳的驱动方式；图传摄像头(5)包括四个，设置在车体(9)顶部四个角，可360°旋转用于获取周围环境信息；声纳传感器34设置在车体(9)底部，用于获取所述图传摄像头(5)捕捉不到的水下环境信息。

2.如权利要求1所述的一种水陆两栖跨介质无人车，其特征在于：所述配重电池(25)前移距离x在0.37～0.5m内都可实现下潜。

3.如权利要求1所述的一种水陆两栖跨介质无人车，其特征在于：所述角度ω₁在0～10°内都可实现下潜。

4.如权利要求1所述的一种水陆两栖跨介质无人车，其特征在于：所述角度ω₂在10～20°内都可实现下潜。

5.如权利要求1所述的一种水陆两栖跨介质无人车，其特征在于：所述角度ω₁、所述角度ω₂与所述配重电池(25)前移距离x在各自范围内配合，同时满足：

可实现快速下潜。

6.如权利要求1所述的一种水陆两栖跨介质无人车，其特征在于：所述可变重心电池、所述可伸缩折叠防浪板机构以及所述矢量喷水推进器的工作均可由所述水陆两栖跨介质无人车自主完成，由所述无人控制系统中的图传摄像头(5)与姿态传感器(17)将捕获的周围环境信息反馈给控制板(19)，控制板(19)通过驱动器(18)和路由器(20)控制电机控制器(16)，对所述可伸缩折叠防浪板机构、所述矢量喷水推进器、所述可变重心电池进行控制调节；同时，也可接入远程遥控系统，实现对无人车下达指令和遥控干预。

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