CN107650601A - 一种串联式混合动力水陆两栖机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种串联式混合动力水陆两栖机器人，包括：发动机、发电机、动力电池、电动机、减速器、驱动轮、履带、控制器、空调压缩机、排水泵、液压动力单元、喷水推进器、控制台、无线收发装置、机器人躯体。它既可采用履带的形式在陆地上行走，也可采用喷水推进器的方式在水中行驶，同时可采用履带与喷水推进器同时工作的方式快速通过浅水区。该机器人在绝大多数复杂工况下均具有良好的通过性、转向性能和燃油经济性，且采用串联式混合动力驱动，解决了大多数电机驱动水陆两栖机器人续航里程短、功率小、充电时间长、电机及电池数量多导致自重过重的问题。

Description

一种串联式混合动力水陆两栖机器人
技术领域
本发明涉及机器人，特别是一种串联式混合动力水陆两栖机器人。
背景技术
现在战争多发于沿海地区，两栖作战方式成为一种十分重要的作战手段。在两栖作战中运用机器人来执行一些高危险性的作战任务成为各国科学家研究的一个热点。同时，全球自然灾害例如地震、洪水等频发，运用机器人进行抢险救灾既能减少救援人员的劳动强度和安全系数，也能减少救援的时间最大程度地减少灾害带来的生命财产损失。为了实现机器人水陆两栖作战以及提高机器人在多种恶劣自然灾害环境下的适应性，各国研究人员都开始研究水陆两栖机器人。
目前，市面上的水陆两栖机器人多是纯电动形式，这就带来了续航里程短、功率小、充电时间长、电机及电池数量多导致自重过重等一系列问题。由于这些问题的存在，大多数水陆两栖机器人并不具备水陆两栖作战和多种恶劣自然灾害环境下救援的能力。
发明内容
本发明目的在于提供一种串联式混合动力水陆两栖机器人，解决纯电动水陆两栖机器人续航里程短、功率小、充电时间长、电机及电池数量多导致自重过重等一系列问题。
一种串联式混合动力水陆两栖机器人，包括：发动机、发电机、动力电池、电动机、减速器、驱动轮、履带、控制器、空调压缩机、排水泵、液压动力单元、喷水推进器、控制台、无线收发装置、机器人躯体。
所述发动机，不直接驱动机器人，主要在动力电池电量不足时，带动发电机发电将燃油的化学能转化为电能储存在动力电池中，供排水泵、控制器、无线收发装置、控制台和液压动力单元使用。因为，发动机不直接驱动机器人，因此，不需要根据工况的不同改变自身转速，可以一直工作在燃油经济性最佳的转速，达到省油的目的。
发电机发出的电能存储在动力电池中，当在水中行驶时，若机器人内部进水，动力电池给排水泵供电，使其工作，向外排出积水。当机器人为有人驾驶模式时，动力电池给控制台供电，让驾驶员可以控制机器人的动作。当机器人为无人驾驶模式时，动力电池给无线收发装置和液压动力单元供电，按照指挥人员命令实现机器人动作。
无线收发装置可以接收指挥人员远程命令，由控制器控制机器人上相应的部件做出相关反应，实现机器人相应的动作。陆地行驶时，控制器可以控制输送给电动机（41）和（43）的电流大小不同，使得驱动轮（61）和（62）差速，实现机器人转向动作。水中行驶时，控制器可以控制液压动力单元对喷水推进器转向控制杆输出高压油，使喷水推进器的转向执行机构动作，实现水中转向动作。
无线收发装置可以接收指挥人员的远程命令，由控制器控制动力电池给三个电动机分别或者同时供电，实现陆地行走装置和水中行走装置的分别工作或同时工作。控制器可以控制动力电池给电动机供给的电流大小及方向，实现机器人陆地行走的加速、减速以及倒车动作。控制器也可以控制喷水推进器倒车油缸的伸缩，改变倒车斗的位置，实现机器人水中行驶的倒车动作。
机器人的躯体为密封性较好的箱体结构，保证机器人在水中行走时具有足够的浮力，若机器人内部进水，控制器可以控制排水泵工作，排出机器人内部积水。机器人躯体具有足够的容纳空间，在执行任务时可以容纳物资和人员。
机器人在信号较差，工作环境复杂时可以切换有人驾驶模式，驾驶人员通过控制台控制液压动力单元、发动机、动力电池等一些列部件的工作情况，实现机器人正常动作。
本发明具备陆地行走装置和水中行走装置，两者可以分别工作以适应陆地和水中的工况，在浅水区域，两套行走装置可以同时工作以通过浅水区域。本发明具备有人驾驶和无人驾驶两种模式，可以应对多种工作情况。本发明采用的是串联式混合动力驱动，解决了大多数纯电动水陆两栖机器人续航里程短、功率小、充电时间长、电机及电池数量多导致自重过重的问题。
附图说明
图1为本发明所述的串联式混合动力水陆两栖机器人结构示意图。
图2为本发明所述的串联式混合动力水陆两栖机器人动力路线示意图。
图3为本发明所述 串联式混合动力水陆两栖机器人所使用的液压动力单元组成示意图。
图4为本发明所述的串联式混合动力水陆两栖机器人使用的喷水推进器前进结构示意图。
图5为本发明所述的串联式混合动力水陆两栖机器人所使用的喷水推进器倒车结构示意图。
图标说明：发动机1、发电机2、动力电池3、右电动机41、喷水电动机42、左电动机43、减速器51、减速器52、驱动轮61、驱动轮62、履带7、控制器8、空调压缩机9、排水泵10、液压动力单元11、电机111、液压油泵112、液压油箱113、多路电磁换向阀114、喷水推进器12、动力输入端121、吸水口122、出水口123、转向控制杆124、转向执行机构125、倒车油缸126、倒车斗127、控制台13、无线收发装置14、机器人躯体15。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
一种串联式混合动力水陆两栖机器人，包括：发动机1、发电机2、动力电池3、右电动机41、喷水电动机42、左电动机43、减速器51、减速器52、驱动轮61、驱动轮62、履带7、控制器8、空调压缩机9、排水泵10、液压动力单元11、电机111、液压油泵112、液压油箱113、多路电磁换向阀114、喷水推进器12、动力输入端121、吸水口122、出水口123、转向控制杆124、转向执行机构125、倒车油缸126、倒车斗127、控制台13、无线收发装置14、机器人躯体15。本发明具有有人驾驶和无人驾驶两种控制模式，同时，可以进行陆地行走、浅水区行走和深水区行走，具有良好的通过性，可以适应多种复杂工况，且在复杂工况下，依然有良好的燃油经济性。
无人驾驶模式下，机器人的无线收发装置14接收指挥人员的远程命令并由控制器8执行这些命令，当接收到的命令为动力电池3给电动机41和43供电使其正转，电动机41和43将动力传到减速器51和52，进而传到驱动轮61和62带动履带7行走，实现陆地行走。
无人驾驶模式下，当接收到的命令为动力电池3给喷水电动机42供电使其转动，喷水电动机42将动力传到喷水推进器12，实现深水区行走。
无人驾驶模式下，当接收到的命令为动力电池3同时给电动机41、42和43供电，电动机41和42的动力可以传递到减速器51和52进而传到驱动轮6带动履带7行走，喷水电动机42的动力传递到喷水推进器12向后喷水，实现浅水区行走。
无人驾驶模式下，当接收到的加速或减速命令时，控制器8控制动力电池3给电动机4输出的电流大小，从而改变电动机4的转速，使得履带7行走速度改变或者喷水推进器12喷水速度改变，实现变速。
无人驾驶模式下，当接收到转向命令时，控制器8控制动力电池3给右电动机41和左电动机43输送的电流大小不同，使得两电动机转速不同，实现两侧驱动轮差速，进而实现陆地行走的转向动作。控制器8控制液压动力单元11对喷水推进器12输出高压油，使喷水推进器12的转向控制杆124转动，触发转向执行机构125动作，实现水中行走转向动作。
无人驾驶模式下，当接收到倒车命令时，控制器8控制动力电池3给电动机41和43输出反向电流，实现陆地行走倒车。控制器8控制液压动力单元11对喷水推进器12输出高压油，使得倒车油缸126伸缩，改变倒车斗127位置，实现水中行走倒车。倒车斗内部具有弧形结构，能改变水流方向，使喷水推进器12向后喷出的水流。
有人驾驶模式下，驾驶人员根据实际情况通过控制台13控制机器人各部件工作，实现机器人陆地行走、水中行走、转向、倒车、变速等一系列动作。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉相关技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种串联式混合动力水陆两栖机器人，包括：发动机（1）、发电机（2）、动力电池（3）、电动机（4）、减速器（5）、驱动轮（6）、履带（7）、控制器（8）、空调压缩机（9）、排水泵（10）、喷水推进器（12）、无线收发装置（14）、机器人躯体（15），其特征在于：所述串联式混合动力水陆两栖机器人还包括液压动力单元（11）和控制台（13）；所述液压动力单元（11）由电机（111）、液压油泵（112）、液压油箱（113）、多路电磁换向阀（114）组成；液压动力单元（11）向喷水推进器（12）输出高压油，使得喷水推进器（12）的转向控制杆（124）向左或向右摆动，控制转向执行机构（125）动作，实现水中行驶时的转向；液压动力单元（11）给倒车油缸（126）输入高压油控制倒车斗（127）的位置，从而实现水中行走时的前进或倒车；所述发动机（1）与发电机（2）连接，发电机连接动力电池（3），动力电池与排水泵（10）、控制器（8）、无线收发装置（14）、控制台（13）和液压动力单元（11）连接。
2.根据权利要求1所述的串联式混合动力水陆两栖机器人，其特征在于：所述动力电池（3）通过向右电动机（41）和左电动机（43）供电，使右电动机（41）和左电动机（43）转动，并将动力传给左减速器（51）和右减速器（52）进而带动驱动轮（6）转动，驱动轮（6）转动带动履带（7）向前行走。
3.根据权利要求1所述的串联式混合动力水陆两栖机器人，其特征在于：所述动力电池（3）给喷水电动机（42）供电，使喷水电动机（42）转动，喷水电动机驱使喷水推进器（12）转动，带动使机器人在水中行驶。
4.根据权利要求1所述的串联式混合动力水陆两栖机器人，其特征在于：所述机器人躯体（15）具有密封箱体结构，在水中行驶时会浮在水面上，机器人躯体（15）有容纳操作人员的空间，操作人员利用控制台（13）控制机器人工作。
5.根据权利要求6所述的串联式混合动力水陆两栖机器人，其特征在于：机器人躯体（15）内设置有排水泵（10）。
6.根据权利要求1所述的串联式混合动力水陆两栖机器人，其特征在于：所述无线收发装置（14）接收指挥人员的远程命令，由控制器（8）控制机器人电动机（4）和液压动力单元（11）工作。
7.根据权利要求1所述的串联式混合动力水陆两栖机器人，其特征在于：所述控制器（8）或者控制台（13）控制动力电池（3）给电动机（4）供应电流的大小，从而通过改变电动机（4）转速，进一步改变履带（7）或者喷水推进器（12）的速度，实现机器人行走的加速和减速。
8.根据权利要求9所述的串联式混合动力水陆两栖机器人，其特征在于：所述控制器（8）或控制台（13）控制输送给右电动机（41）和左电动机（43）的电流大小，当输送给两电机的电流大小不同时，即可实现两边驱动轮（61）和（62）差速，实现陆地行走的转向动作。
9.根据权利要求9所述的串联式混合动力水陆两栖机器人，其特征在于：所述控制器（8）或控制台（13）给电动机（41）和（43）输送反向电流，使电动机（41）和（43）反转，实现陆地行走的倒车动作。
10.根据权利要求9所述的串联式混合动力水陆两栖机器人，其特征在于：所述控制器（8）接收无线收发装置（14）或控制台（13）发出的信号，按照信号指令，控制动力电池（3）和右电动机（41）、喷水电动机（42）、左电动机（43）。
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