CN107178375B - 无人潜航车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人潜航车,包括车体及设于车体上的探地雷达装置、驱动系统及用于与远程控制中心进行交互的控制系统;车体包括:位于前端的钻头式掘进装置、位于中部的车身、位于尾端的旋桨式叶片推进装置;驱动系统及控制系统均设于车身内;探地雷达装置内置于钻头式掘进装置上,用于发射探波、检测行进路径上的回波信号并反馈给控制系统;控制系统用于将探地雷达装置反馈的数据转发给远程控制中心并接收远程控制中心的指令以生成相应的驱动命令;驱动系统用于在控制系统的驱动下控制无人潜航车作业。其便于车体在地下或者水下行进,为地下空间的开发利用提供了一种新思路,具有极大的推广应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及地下探测领域,特别地,涉及一种用于地下自由行进探测的无人潜航车。
背景技术
现有的常规潜航器的行进方式基本都是水下行进,而能在地下空间自由行进的潜航器很少,且巨大的地下空间资源并未得到充分的开发和利用,故亟需设计一种远程操控下可在地下自由行进的无人多功能潜航车。
发明内容
本发明提供了一种无人潜航车,以解决现有潜航器无法满足地下空间探测需求的技术问题。
本发明采用的技术方案如下:
一种无人潜航车,包括车体及设于车体上的探地雷达装置、驱动系统及用于与远程控制中心进行交互的控制系统;
车体包括:位于前端的钻头式掘进装置、位于中部的车身、位于尾端的旋桨式叶片推进装置;
驱动系统及控制系统均设于车身内;探地雷达装置内置于钻头式掘进装置上,用于发射探波、检测行进路径上的回波信号并反馈给控制系统;控制系统用于将探地雷达装置反馈的数据转发给远程控制中心并接收远程控制中心的指令以生成相应的驱动命令;驱动系统用于在控制系统的驱动下控制无人潜航车作业。
进一步地,车身采用柱状中心对称的结构,车身内设有用于容纳控制系统的控制舱、用于容纳驱动系统的动力舱,车身的外部沿周向设有多个用于在驱动系统带动下旋转的螺旋式推进杆,螺旋式推进杆沿车身的轴向布置。
进一步地,车身与钻头式掘进装置和/或旋桨式叶片推进装置之间设有用于调节行进姿态的液压万向节。
进一步地,控制系统包括:
遥感数据收发单元,用于与远程控制中心无线交互数据;
数据处理单元,用于接收探地雷达装置采集的实时数据并经遥感数据收发单元发送给远程控制中心,并将遥感数据收发单元传输的各种指令进行解码以生成用于传递给驱动系统的驱动指令;
行进控制单元,用于接收数据处理单元传递的驱动指令并控制驱动系统执行相应的动作;
车载设备控制单元,用于收集探地雷达装置采集的实时数据,并接收数据处理单元的驱动指令控制相应设备执行相应动作。
进一步地,控制系统还包括:
自动控制单元,用于在遥感数据收发单元无法获取控制指令或者获取控制指令超过设置时限时,按预设的程序控制潜航车进入自主运行状态。
进一步地,探地雷达装置包括:发射机、接收机、发射天线、接收天线,发射机及接收机均连接于车载设备控制单元,发射机对应连接发射天线,接收机对应连接接收天线。
进一步地,钻头式掘进装置、旋桨式叶片推进装置及螺旋式推进杆对应的动力结构采用联动方式运转,同步输出动力。
进一步地,螺旋式推进杆与驱动系统的动力输出轴经第一传动机构连接;驱动系统的动力输出轴与钻头式掘进装置经第二传动机构连接,驱动系统的动力输出轴与旋桨式叶片推进装置经第三传动机构连接。
进一步地,车身在相邻两个螺旋式推进杆间设有与车身铰接连接的平衡翼板。
进一步地,车身内还设有用于存储弹药的弹药舱及在控制系统的控制下进行投弹作业的投弹系统。
本发明具有以下有益效果:
本发明无人潜航车,通过在车体上设置探地雷达装置、驱动系统及控制系统,且车体采用前端的钻头式掘进装置、中部的车身、尾端的旋桨式叶片推进装置构成的三段式结构,便于车体在地下或者水下行进,且探地雷达装置能够实时检测行进路径上的各类参数并经控制系统反馈给远程控制中心,控制系统接收远程控制中心生成的控制指令,进而经驱动系统控制潜航车作业,适应性强,且满足远程遥控的需求,为地下空间的开发利用提供了一种新思路,具有极大的推广应用价值。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外,本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图,对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是本发明优选实施例无人潜航车控制的原理方框示意图;
图2是本发明优选实施例无人潜航车的轴侧结构示意图;
图3是本发明优选实施例无人潜航车的主视结构示意图;
图4是本发明优选实施例无人潜航车内部结构示意图;
图5是本发明优选实施例无人潜航车清障前进示意图;
图6是本发明优选实施例无人潜航车与远程控制中心交互的控制示意图。
附图标记说明:
1、车体;2、探地雷达装置;3、驱动系统;4、控制系统;5、远程控制中心;
41、遥感数据收发单元;
42、数据处理单元;
43、行进控制单元;
44、车载设备控制单元;
11、钻头式掘进装置;12、车身;13、旋桨式叶片推进装置;
14、螺旋式推进杆;15、液压万向节;16、平衡翼板;
17、动力舱;18、控制舱;19、弹药舱;
6、投弹系统。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参照图1至图3,本发明的优选实施例提供了一种可在地下行进的无人潜航车,包括车体1及设于车体1上的探地雷达装置2、驱动系统3及用于与远程控制中心5进行交互的控制系统4;其中,车体1包括:位于前端的钻头式掘进装置11、位于中部的车身12、位于尾端的旋桨式叶片推进装置13;驱动系统3及控制系统4均设于车身12内;探地雷达装置2内置于钻头式掘进装置11上,用于发射探波、检测行进路径上的回波信号并反馈给控制系统4;控制系统4用于将探地雷达装置2反馈的数据转发给远程控制中心5并接收远程控制中心5的指令以生成相应的驱动命令;驱动系统3用于在控制系统4的驱动下控制无人潜航车作业。
本实施例无人潜航车,通过在车体上设置探地雷达装置、驱动系统及控制系统,且车体采用前端的钻头式掘进装置、中部的车身、尾端的旋桨式叶片推进装置构成的三段式结构,便于车体在地下或者水下行进,适用范围广,且探地雷达装置能够实时检测行进路径上的各类参数并经控制系统反馈给远程控制中心,控制系统接收远程控制中心生成的控制指令,进而经驱动系统控制潜航车作业,适应性强,且满足远程遥控的需求,为地下空间的开发利用提供了一种新思路,具有极大的推广应用价值。
本实施例中,车身12采用柱状中心对称的结构,车身12的外部沿周向设有多个用于在驱动系统3带动下旋转的螺旋式推进杆14,螺旋式推进杆14沿车身12的轴向布置。本实施例潜航车在地下土体中行进与管道泵输送流体原理相似,由于潜航车特殊的外形结构相当于管道泵的叶轮,叶轮在输送流体时,自身会受到流体反作用力;根据相同原理,潜航车前端的钻头式掘进装置11将土体切削破碎呈半流体状,并通过中部的螺旋式推进杆14向后方输送,从而为后端的旋桨式叶片推进装置13提供适宜的半流体工作环境;潜航车行进时在向后方输送半流体状土体时,同样会受到土体的反向推力(也就使潜航车获得了前进方向上的推力),整个行进过程就是连续进行“空间置换”的过程。优选地,车身12与钻头式掘进装置11和/或旋桨式叶片推进装置13之间设有用于调节行进姿态的液压万向节15。本实施例中,车身前后各设一处液压万向节15,以实现前端钻头式掘进装置11和尾端旋桨式叶片推进装置13的方向可调性。本实施例中,液压万向节15通过各自液压系统调节各自油缸伸缩长度以达到改变前后动力装置运转方向的目的,从而实现潜航车的行进方向的自由调节。优选地,液压万向节5的调整由控制系统4控制。
本实施例中,车身12内设有用于容纳控制系统4的控制舱18、用于容纳驱动系统3的动力舱17,且控制舱18与动力舱17间隔设置,以避免动力系统的传动结构对控制舱内电气元件的影响及干扰。
本实施例中,探地雷达装置2包括:发射机、接收机、发射天线、接收天线,信号处理终端等设备。其中,发射机、接收机、发射天线、接收天线内置于车身前端的钻头式掘进装置11中,信号处理终端安装在主体车身中部的控制舱18内。其中探地雷达信号处理任务主要有:滤波技术、信号检测、目标特征提取与识别等几个方面。探地雷达装置工作的基本原理为:探地雷达装置通过发射超宽带信号,接收其反射回波,并利用回波特性实现地下目标特征提取与识别,并经后期数据深度处理形成三维图像信息数据,并经车身的控制系统接收后转发给远程控制中心,直接将直观的实时画面呈现给操作人员,有利于控制人员更加快速、准确的做出判断和发出指令。同时它也使潜航车拥有了在水下和地下行进过程中识别目标及快速选择最佳行进线路的能力。
本实施例中,控制系统4位于主体车身中部的控制舱18内,该控制系统主要包括:遥感数据收发单元41、数据处理单元42、行进控制单元43、车载设备控制单元44。
其中,遥感数据收发单元41主要用于与远程控制中心间建立无线通信连接,如采用3G/4G无线通信方式,从而实现检测数据上传给远程控制中心及接收远程控制中心传递的控制指令。优选地,遥感数据收发单元41还内置有GPS定位功能,从而实现定位信息与检测信息的匹配后的传递。本实施例检测信息包括不但不限于:探地雷达装置收集的各类来自地下空间和地上空间地貌数据、潜航车的位置坐标、运行速度、潜地深度、航向、姿态、车身各系统的运行状态参数等。
数据处理单元42的主要功能有两方面,一方面将探地雷达装置采集的各种实时空间地物数据信息进行快速加工处理形成三维图像信息数据并通过遥感数据收发单元41传输给远程控制中心;另一方面将遥感数据收发单元41传输来的各种指令信息进行数据解码转换,以形成可以被车载设备控制单元44、行进控制单元43能够识别的控制信息。
行进控制单元43的主要功能是通过接收来自数据处理单元42提供的数据信息,并依照执行相应命令,如控制动力输出装置的启停、输出功率大小,液压系统的伸缩动作等;潜航器的行进模式有遥感、程控和自主行进三种模式,三种模式的控制指令均来自数据处理单元42。
车载设备控制单元44主要负责雷达探测数据、车身各系统运行状态参数的收集和初步处理,或接收数据处理单元提供的数据信息并控制相应设备执行相应动作,如控制车载设备工作等。
本实施例控制系统4的控制机理为:遥感数据收发单元41接收来自远程控制中心5的指令信息后由数据处理单元42进行数据解码转换,经过处理后的数据信息根据数据类型传输到车载设备控制单元44或行进控制单元43,最终将各类指令信息转换成相应的终端信息,以实现潜航车完成探测、行进等各种动作。
本实施例中,车身采用柱状中心对称的车身结构,以使其拥有更强的通过性,行进中遇溶洞等不发生因翻车而无法前行现象;且车体由三部分组成,驱动系统驱动前端钻头式掘进装置、中部的螺旋式推进杆、尾部的旋桨式叶片推进装置。主体车身内部的动力输出装置与前端的钻头式掘进装置及尾部的旋桨式推进装置均通过传动轴及万向节装置相连,且中部车身与前后两端动力装置连接处均设置有方向控制液压装置,通过各自液压系统调节各自油缸伸缩长度以达到改变前后动力装置运转方向的目的,从而实现潜航车的行进方向的自由调节;中部的四组螺旋式推进杆与主体车身的动力系统是通过齿轮传动方式获得动力;三部分动力结构装置采用联动方式运转,同时输出的动力;车身的各项动力输出及液压控制系统的各项动作均受来自车身中央控制系统内的行进控制单元的指令控制;潜航车的动力系统可采用类似核潜艇动力的小型化动力系统或常规动力系统。
优选地,车身12在相邻两个螺旋式推进杆14间设有与车身12铰接连接的平衡翼板16,以便于进一步平衡车体前行的姿态,避免翻车。
本实施例中,参照图6,远程控制中心5是设置在特定区域的固定或移动式的具有数据收发及处理显示等功能的一体化指挥控制平台,通过接收潜航车发回的坐标位置数据、实时地下及地面探测数据、车体各系统运行状态数据等,以实时了解潜航车周边环境及车身状态,借助雷达卫星等设备向潜航车发送各类控制指令实现对潜航车的远程控制。
优选地,控制系统4还包括:
自动控制单元,用于在遥感数据收发单元41无法获取控制指令或者获取控制指令超过设置时限时,按预设的程序控制潜航车进入自主运行状态。
优选地,参照图4,车身12内还设有用于存储弹药的弹药舱19及在控制系统4的控制下进行投弹作业的投弹系统6。本实施例潜航车主要以地下潜航行进为主,在地下遇到大型难以绕行的障碍物时,可采用爆破清障的方法清除障碍,继续行进。参照图5,当探地雷达装置检测到前方存在大型地下障碍物,其生成三维图形反馈给远程控制中心,远程控制中心生成指令控制潜航车改变行进方向或者生成指令驱动投弹系统6安置炸弹并在引爆炸弹,以清除前方障碍物。
若用于国防建设时:本发明一种可在地下行进的多功能潜航车需增设武器系统,其包括在设置于车身尾部的用于地下攻击的投弹系统和设置于车身四周用于水下攻击的导弹发射系统,弹药存储在车身内置弹仓中。
本实施例通过远程操控的方式在地下及水下行进,可对目标实施投弹打击爆破,直接捣毁敌方地上地下重要设施或实施测绘监听及打击任务,隐蔽性更强,侦测拦截难度大,即使被侦测到,也无法实施有效拦截;本发明设计的颠覆常规的作战思路,具有更强的战略威慑能力。其投放方式有两种:一种是在民用船只或飞行器的掩护下,在敌方近海投放并直接从大陆架进入敌国本土。另一种是在军事基地内或边境地区隐蔽投放或直接空投到目标附近,潜航器自行进入地下并从地下靠近目标。
本实施例潜航车在地下行进时为提高安全性和隐蔽性,可以考虑以下两点:第一,尽量在地下潜水层中且与地面保持一定的安全深度行进,主要利用浅水层土质疏松,可提高战车行进速度和安全性;第二,尽量沿城市建筑群或沿城市其他基础设施基础下方行进,以增强隐蔽性和打击拦截的难度。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种无人潜航车,其特征在于,包括车体(1)及设于所述车体(1)上的探地雷达装置(2)、驱动系统(3)及用于与远程控制中心(5)进行交互的控制系统(4);
所述车体(1)包括:位于前端的钻头式掘进装置(11)、位于中部的车身(12)、位于尾端的旋桨式叶片推进装置(13);
所述驱动系统(3)及所述控制系统(4)均设于所述车身(12)内;所述探地雷达装置(2)内置于所述钻头式掘进装置(11)上,用于发射探波、检测行进路径上的回波信号并反馈给所述控制系统(4);所述控制系统(4)用于将所述探地雷达装置(2)反馈的数据转发给所述远程控制中心(5)并接收所述远程控制中心(5)的指令以生成相应的驱动命令;所述驱动系统(3)用于在所述控制系统(4)的驱动下控制所述无人潜航车作业;
所述车身(12)采用柱状中心对称的结构,所述车身(12)内设有用于容纳所述控制系统(4)的控制舱(18)、用于容纳所述驱动系统(3)的动力舱(17),所述车身(12)的外部沿周向设有多个用于在所述驱动系统(3)带动下旋转的螺旋式推进杆(14),所述螺旋式推进杆(14)沿所述车身(12)的轴向布置。
2.根据权利要求1所述的无人潜航车,其特征在于,
所述车身(12)与所述钻头式掘进装置(11)和/或所述旋桨式叶片推进装置(13)之间设有用于调节行进姿态的液压万向节(15)。
3.根据权利要求1所述的无人潜航车,其特征在于,
所述控制系统(4)包括:
遥感数据收发单元(41),用于与所述远程控制中心(5)无线交互数据;
数据处理单元(42),用于接收所述探地雷达装置(2)采集的实时数据并经所述遥感数据收发单元(41)发送给所述远程控制中心(5),并将所述遥感数据收发单元(41)传输的各种指令进行解码以生成用于传递给所述驱动系统(3)的驱动指令;
行进控制单元(43),用于接收所述数据处理单元(42)传递的所述驱动指令并控制所述驱动系统(3)执行相应的动作;
车载设备控制单元(44),用于收集所述探地雷达装置(2)采集的实时数据,并接收所述数据处理单元(42)的驱动指令控制相应设备执行相应动作。
4.根据权利要求3所述的无人潜航车,其特征在于,
所述控制系统(4)还包括:
自动控制单元,用于在所述遥感数据收发单元(41)无法获取控制指令或者获取控制指令超过设置时限时,按预设的程序控制所述潜航车进入自主运行状态。
5.根据权利要求3所述的无人潜航车,其特征在于,
所述探地雷达装置(2)包括:发射机、接收机、发射天线、接收天线,所述发射机及所述接收机均连接于所述车载设备控制单元(44),所述发射机对应连接所述发射天线,所述接收机对应连接所述接收天线。
6.根据权利要求2所述的无人潜航车,其特征在于,
所述钻头式掘进装置(11)、所述旋桨式叶片推进装置(13)及所述螺旋式推进杆(14)对应的动力结构采用联动方式运转,同步输出动力。
7.根据权利要求6所述的无人潜航车,其特征在于,
所述螺旋式推进杆(14)与所述驱动系统(3)的动力输出轴经第一传动机构连接;所述驱动系统(3)的动力输出轴与所述钻头式掘进装置(11)经第二传动机构连接,所述驱动系统(3)的动力输出轴与所述旋桨式叶片推进装置(13)经第三传动机构连接。
8.根据权利要求7所述的无人潜航车,其特征在于,
所述车身(12)在相邻两个所述螺旋式推进杆(14)间设有与所述车身(12)铰接连接的平衡翼板(16)。
9.根据权利要求1至8任一所述的无人潜航车,其特征在于,
所述车身(12)内还设有用于存储弹药的弹药舱(19)及在所述控制系统(4)的控制下进行投弹作业的投弹系统(6)。
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