CN106004286B - 一种太阳能极地电动探测小车 - Google Patents

一种太阳能极地电动探测小车 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能极地电动探测小车，包括驱动轮支撑轴，驱动轮支撑轴安装有驱动车轮，中部装有底盘，安装有金属尾管，金属尾管末端装有螺旋桨，装有电子控制模块，太阳能电池板和锂电池；底盘下方装有收纳装置支撑板、可伸缩多自由度机械手、收纳盒；履带轮支撑架为倒U形，末端装有履带轮；摄像机总成包括摄像机支架，摄像机安装吊架铰接有一可旋转支架，支架前端安装有摄像机，摄像机能上下左右摆动。本发明采用直径较大的车轮，配备飞行系统，可实现低空滑行，提高地域适应性；实现原地旋转、转弯等动作，灵活性较好；履带轮使通过性及平衡性能增强；能量均由电池及太阳能电池板提供，解决了之前能源补给难、工作时间短等问题。

Description

一种太阳能极地电动探测小车
技术领域
本发明涉及一种探测小车，具体涉及一种太阳能极地电动探测小车。
背景技术
目前，地球人口与日俱增，自然资源越来越紧张，呈现匮乏的趋势，因此人们加紧了对地球甚至外星(如月球)等未知地域的探索。比如地球的南、北两极，是全球变化的驱动器、全球气候变化的冷源、也是人类暂未大规模探索的未知地域。尤其是南极，是地球上至今未被开发、未被污染的洁净大陆，那里蕴藏着无数的科学之谜和信息。在全球变化、特别是全球气候变化研究中，起着不可替代的关键作用，世界上越来越多的国家重视对南北极的考察与研究。因此，对极地探测与数据采集将变得越来越重要，而由于极地环境恶劣，某些情况下人无法接近相应地区。在如今科技高速发展的时代，探测小车便广泛地被应用在该领域，技术也越发成熟，它们分别具备探查、采集、照相等功能，对恶劣的自然环境拥有一定的抵抗能力。但是，现代探测小车存在灵活性低、勘探范围狭小、耗能大、持续工作时间短等诸多问题，这将不利于人们对现场进行全面、及时的勘察。因此，探测小车的实用性、快速性、准确性越发的被人们所看重，逐步变成评价各种探测器的主要标准。
如今，国内探测小车自主研发产品越来越多，但大多数结构复杂，经济实用性低，探测效果不尽人意。存在少数多轮驱动探测器满足了人们的基本工作要求，它们具备一定的路面行走能力，但通过性有限，只能一定程度上满足特殊环境下的勘察，很少同时具备飞行能力；其次一些探测小车配有全方位摄像头，使之更能快速、准确的确定物体的方位；再者，一些大型探测小车配备有相应的机械手臂，通过机械手臂的相应配合或独立运动，可以缓慢地采集标本。在这些产品中，虽说这也能达成探测的基本要求，但这大多数的探测器结构复杂，制造成本高。同时，复杂的结构使探测小车的体积大大增加，降低了探测小车的灵活性，并且多轮驱动也令小车消耗了大量的能源，而在极地等恶劣环境之下，往往难以实现能源的补给，探测小车无法长时间工作。
发明内容
为克服传统的探测小车结构复杂、体积庞大，通过性能差，无法适用复杂的地形，同时能耗大、制造价格昂贵、工作时间短等缺点，本发明提供了一种太阳能极地电动探测小车。本发明融合了特制的陆地行驶系统，低空飞行系统，探测以及采集系统，远程传输系统以及太阳能供能系统等技术，具有结构简单、探测快速准确、适应多种地形、续航时间长等优点。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种太阳能极地电动探测小车，包括驱动轮支撑轴8，驱动轮支撑轴8的两端分别安装有驱动车轮4，驱动车轮4装有具有胎面花纹的橡胶胎，驱动车轮4的轴部分别设有驱动马达401，所述驱动轮支撑轴8中部装有底盘7，底盘7为矩形板，底盘7四角分别安装有金属尾管10，金属尾管10两两相对向外设置，金属尾管10末端上表面设有电机固定座22，电机固定座22上方装有螺旋桨正反转电机20，螺旋桨正反转电机20的驱动转子21末端安装有螺旋桨1；
所述驱动轮支撑轴8上还装有温度传感器6和湿度传感器2；
所述底盘7上方装有控制模块支撑板38，底盘7与控制模块支撑板38通过立柱39连接，控制模块支撑板38上表面装有电子控制模块29；所述控制模块支撑板38上方设有太阳能电池板固定座24，太阳能电池板固定座24上方安装有太阳能电池板23；
所述底盘7下方装有收纳装置支撑板13，收纳装置支撑板13上表面前侧设有机械手导轨14，机械手导轨14成对平行设置，机械手导轨14内分别装有可伸缩多自由度机械手11，收纳装置支撑板13上表面还设有一收纳盒12；可伸缩多自由度机械手11可将采样物放置到收纳盒12中；收纳装置支撑板13下表面装有一用于存储、释放电能的锂电池32；
所述收纳装置支撑板13下方安装有一履带轮支撑架37，履带轮支撑架37为倒U形，履带轮支撑架37底部的末端分别装有用于平衡辅助的履带轮5；
电子控制模块29通过导线36控制驱动车轮4的驱动马达401以不同转速驱动，驱动车轮4的行程不同，实现转弯、多角度运动或原地旋转，履带轮5平衡辅助，保证顺利通过复杂路面；电子控制模块29通过导线36控制通过螺旋桨正反转电机20驱动螺旋桨1正反转旋转，实现起飞和降落；
所述履带轮支撑架37的内部设有摄像机总成9，摄像机总成9包括摄像机支架25，摄像机支架25固定安装在所述履带轮支撑架37下方，摄像机支架25下表面的一端设有摄像机旋转吊耳251，摄像机支架25下表面中部设有摄像机安装吊架252，摄像机安装吊架252铰接有一可旋转支架26，可旋转支架26一端装有左右移动伺服电机261，可旋转支架26的另一端装有前后移动伺服电机262，左右移动伺服电机261装有第一多孔连杆263，左右移动伺服电机261连接于第一多孔连杆263中部，带动第一多孔连杆263旋转，第一多孔连杆263非型心位置设有多个圆孔，圆孔内装有一竖向限位连杆27，竖向限位连杆27末端连接于所述摄像机旋转吊耳251中，左右移动伺服电机261转动，第一多孔连杆263推动竖向限位连杆27，因摄像机支架25固定，可旋转支架26在反作用力下绕摄像机安装吊架252摆动；所述可旋转支架26的底端铰接有副旋转支架40，前后移动伺服电机262装有第二多孔连杆264，前后移动伺服电机262连接于第二多孔连杆264中部，带动第二多孔连杆264旋转，第二多孔连杆264非型心位置设有多个圆孔，圆孔内装有一横向限位连杆265，横向限位连杆265与所述副旋转支架40上端铰接，前后移动伺服电机262转动，第二多孔连杆264推动横向限位连杆265，副旋转支架40在反作用力下相对于可旋转支架26前后摆动；所述副旋转支架40前端安装有摄像机28；所述摄像机支架25还装有摄像机开关驱动端34和摄像机旋转驱动端35，摄像机开关驱动端34和摄像机旋转驱动端35通过导线36与电子控制模块29连接。
本发明的有益效果是：
1、该探测小车采用直径较大的车轮驱动和支撑，增大其通过性；
2、配备四轴飞行系统，可实现低空飞行，用于通过短距离壕沟或较高的阶梯山坡，提高小车的地域适应性，提高探测的范围与准确度；
3、可远程控制电机的不同转速，使左右两车轮在同一时刻具有不同的动力和速度，可实现小车原地旋转或边行走边旋转以及行驶转弯等动作，达到多角度探测的目的，改善传统小车的灵活性；
4、用履带轮作为平衡辅助，使小车通过性以及平衡性能大大增强；
5、装有太阳能电池板，电机驱动车轮、摄像机、螺旋桨、可伸缩多自由度机械手、传感器所需的能量均由电池及太阳能电池板提供，符合了现代倡导的绿色标准，解决了之前能源补给难、工作时间短等问题，大大的提高了效率。
附图说明
图1为本发明的前侧结构示意图；
图2为本发明的后侧结构示意图；
图3为本发明收纳装置结构示意图；
图4为本发明摄像机总成9前侧结构示意图；
图5为图2中A区域结构放大图；
图6为本发明局部截面示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1-6所示，一种太阳能极地电动探测小车，包括驱动轮支撑轴8，驱动轮支撑轴8的两端分别安装有驱动车轮4，驱动车轮4装有具有胎面花纹的橡胶胎，驱动车轮4的轴部分别设有驱动马达401，所述驱动轮支撑轴8中部装有底盘7，底盘7为矩形板，底盘7四角分别安装有金属尾管10，金属尾管10两两相对向外设置，金属尾管10末端上表面设有电机固定座22，电机固定座22上方装有螺旋桨正反转电机20，螺旋桨正反转电机20的驱动转子21末端安装有螺旋桨1。
所述驱动轮支撑轴8上还装有温度传感器6和湿度传感器2；温度传感器和湿度传感器，可实时采集到极地地区的环境状况变化，使探测更具有时效性与参考价值。
所述底盘7上方装有控制模块支撑板38，底盘7与控制模块支撑板38通过立柱39连接，控制模块支撑板38上表面装有电子控制模块29；所述控制模块支撑板38上方设有太阳能电池板固定座24，太阳能电池板固定座24上方安装有太阳能电池板23。
所述底盘7下方装有收纳装置支撑板13，收纳装置支撑板13上表面前侧设有机械手导轨14，机械手导轨14成对平行设置，机械手导轨14内分别装有可伸缩多自由度机械手11，收纳装置支撑板13上表面还设有一收纳盒12；可伸缩多自由度机械手11可将采样物放置到收纳盒12中；收纳装置支撑板13下表面装有一用于存储、释放电能的锂电池32。太阳电池板可对小车搭载电池进行充电，也可以对驱动系统、探测系统和远程传输系统进行供能，以太阳能进行供能符合当今节能环保及新能源技术发展的趋势。
所述收纳装置支撑板13下方安装有一履带轮支撑架37，履带轮支撑架37为倒U形，履带轮支撑架37底部的末端分别装有用于平衡辅助的履带轮5。
行驶的车轮使用轻质金属材料制作，重量较轻，配合轻型车身、两排履带轮，有利于适应极地等恶劣环境路面驱动行驶，也可节约系统能源；同时，配备与车身相比较大的车轮能轻松通过极地大多数凹凸的路面，两排履带轮可更好的维持车身平衡性，防止打滑现象出现。通过控制两驱动马达401的转速差和开启时间使小车可以实现多角度运动、陆地转弯行驶或原地旋转实现小车360度探测。
电子控制模块29通过导线36控制驱动车轮4的驱动马达401以不同转速驱动，驱动车轮4的行程不同，实现转弯、多角度运动或原地旋转，履带轮5平衡辅助，保证顺利通过复杂路面；电子控制模块29通过导线36控制通过螺旋桨正反转电机20驱动螺旋桨1正反转旋转，实现起飞和降落。
采用轻质材料制成的螺旋桨1以及金属尾管10，能大大减轻小车的整备质量，同时通过螺旋桨正反转电机20共同驱动螺旋桨1正反转，形成空气升力，当转速达到一定数值时可以使探测小车飞离地面，同时通过控制电机的转速，在低空飞行时形成气流差，不仅可以对探测小车提供向上的力，同时还可以控制飞行的方向，使探测小车能够更加顺利通过复杂的极地地区。
所述履带轮支撑架37的内部设有摄像机总成9，摄像机总成9包括摄像机支架25，摄像机支架25固定安装在所述履带轮支撑架37下方，摄像机支架25下表面的一端设有摄像机旋转吊耳251，摄像机支架25下表面中部设有摄像机安装吊架252，摄像机安装吊架252铰接有一可旋转支架26，可旋转支架26一端装有左右移动伺服电机261，可旋转支架26的另一端装有前后移动伺服电机262，左右移动伺服电机261装有第一多孔连杆263，左右移动伺服电机261连接于第一多孔连杆263中部，带动第一多孔连杆263旋转，第一多孔连杆263非型心位置设有多个圆孔，圆孔内装有一竖向限位连杆27，竖向限位连杆27末端连接于所述摄像机旋转吊耳251中，左右移动伺服电机261转动，第一多孔连杆263推动竖向限位连杆27，因摄像机支架25固定，可旋转支架26在反作用力下绕摄像机安装吊架252摆动；所述可旋转支架26的底端铰接有副旋转支架40，前后移动伺服电机262装有第二多孔连杆264，前后移动伺服电机262连接于第二多孔连杆264中部，带动第二多孔连杆264旋转，第二多孔连杆264非型心位置设有多个圆孔，圆孔内装有一横向限位连杆265，横向限位连杆265与所述副旋转支架40上端铰接，前后移动伺服电机262转动，第二多孔连杆264推动横向限位连杆265，副旋转支架40在反作用力下相对于可旋转支架26前后摆动；所述副旋转支架40前端安装有摄像机28；所述摄像机支架25还装有摄像机开关驱动端34和摄像机旋转驱动端35，摄像机开关驱动端34和摄像机旋转驱动端35通过导线36与电子控制模块29连接。
摄像机安装在车身中下端，摄像机的转动可减少小车探测地区时方向调整的次数，实现高效探测，再配合小车小范围的方向调整则可做到全方位探测；机械手和收纳盒安装在支撑板的前端，通过伸缩型的多自由度机械手以及电机导轨，可以把需要采集到的样本平稳收集并放置于收纳盒中。
所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种太阳能极地电动探测小车，其特征在于，包括驱动轮支撑轴(8)，驱动轮支撑轴(8)的两端分别安装有驱动车轮(4)，驱动车轮(4)装有具有胎面花纹的橡胶胎，驱动车轮(4)的轴部分别设有驱动马达(401)，所述驱动轮支撑轴(8)中部装有底盘(7)，底盘(7)为矩形板，底盘(7)四角分别安装有金属尾管(10)，金属尾管(10)两两相对向外设置，金属尾管(10)末端上表面设有电机固定座(22)，电机固定座(22)上方装有螺旋桨正反转电机(20)，螺旋桨正反转电机(20)的驱动转子(21)末端安装有螺旋桨(1)；
所述驱动轮支撑轴(8)上还装有温度传感器(6)和湿度传感器(2)；
所述底盘(7)上方装有控制模块支撑板(38)，底盘(7)与控制模块支撑板(38)通过立柱(39)连接，控制模块支撑板(38)上表面装有电子控制模块(29)；所述控制模块支撑板(38)上方设有太阳能电池板固定座(24)，太阳能电池板固定座(24)上方安装有太阳能电池板(23)；
所述底盘(7)下方装有收纳装置支撑板(13)，收纳装置支撑板(13)上表面前侧设有机械手导轨(14)，机械手导轨(14)成对平行设置，机械手导轨(14)内分别装有可伸缩多自由度机械手(11)，收纳装置支撑板(13)上表面还设有一收纳盒(12)；可伸缩多自由度机械手(11)可将采样物放置到收纳盒(12)中；收纳装置支撑板(13)下表面装有一用于存储、释放电能的锂电池(32)；
所述收纳装置支撑板(13)下方安装有一履带轮支撑架(37)，履带轮支撑架(37)为倒U形，履带轮支撑架(37)底部的末端分别装有用于平衡辅助的履带轮(5)；
电子控制模块(29)通过导线(36)控制驱动车轮(4)的驱动马达(401)以不同转速驱动，驱动车轮(4)的行程不同，实现转弯、多角度运动或原地旋转，履带轮(5)平衡辅助，保证顺利通过复杂路面；电子控制模块(29)通过导线(36)控制通过螺旋桨正反转电机(20)驱动螺旋桨(1)正反转旋转，实现起飞和降落；
所述履带轮支撑架(37)的内部设有摄像机总成(9)，摄像机总成(9)包括摄像机支架(25)，摄像机支架(25)固定安装在所述履带轮支撑架(37)下方，摄像机支架(25)下表面的一端设有摄像机旋转吊耳(251)，摄像机支架(25)下表面中部设有摄像机安装吊架(252)，摄像机安装吊架(252)铰接有一可旋转支架(26)，可旋转支架(26)一端装有左右移动伺服电机(261)，可旋转支架(26)的另一端装有前后移动伺服电机(262)，左右移动伺服电机(261)装有第一多孔连杆(263)，左右移动伺服电机(261)连接于第一多孔连杆(263)中部，带动第一多孔连杆(263)旋转，第一多孔连杆(263)非型心位置设有多个圆孔，圆孔内装有一竖向限位连杆(27)，竖向限位连杆(27)末端连接于所述摄像机旋转吊耳(251)中，左右移动伺服电机(261)转动，第一多孔连杆(263)推动竖向限位连杆(27)，因摄像机支架(25)固定，可旋转支架(26)在反作用力下绕摄像机安装吊架(252)摆动；所述可旋转支架(26)的底端铰接有副旋转支架(40)，前后移动伺服电机(262)装有第二多孔连杆(264)，前后移动伺服电机(262)连接于第二多孔连杆(264)中部，带动第二多孔连杆(264)旋转，第二多孔连杆(264)非型心位置设有多个圆孔，圆孔内装有一横向限位连杆(265)，横向限位连杆(265)与所述副旋转支架(40)上端铰接，前后移动伺服电机(262)转动，第二多孔连杆(264)推动横向限位连杆(265)，副旋转支架(40)在反作用力下相对于可旋转支架(26)前后摆动；所述副旋转支架(40)前端安装有摄像机(28)；所述摄像机支架(25)还装有摄像机开关驱动端(34)和摄像机旋转驱动端(35)，摄像机开关驱动端(34)和摄像机旋转驱动端(35)通过导线(36)与电子控制模块(29)连接。
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