CN111823796A - 一种面向水陆两栖环境的轮履螺旋桨复合移动机构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机械自动化工程领域，具体地说是一种面向水陆两栖环境的轮履螺旋桨复合移动机构，左旋驱动装置和右旋驱动装置各有两个，对角线安装于车体上；左旋驱动装置和右旋驱动装置结构都是由驱动电机通过同步带轮驱动轮履螺旋桨一体推进部件旋转实现整个装置的运动，左旋驱动装置和右旋驱动装置是基于轮—履—螺旋桨复合推进模式研制的一种全方位自适应移动机构，可以在硬质地面、松软地面、沼泽环境及水下环境运动，通过左旋驱动装置和右旋驱动装置的转向配合可实现陆地环境的前进后退、左移右移、斜向移动、转弯运动等全方位移动，及水下环境的螺旋推进运动。本发明具有结构轻量化、一体化、水陆环境适应性强，易于安装、操控精准的特点。
Description
技术领域
本发明属于机械自动化工程领域，具体地说是一种面向水陆两栖环境的轮履螺旋桨复合移动机构。
背景技术
目前，现有的水陆两栖移动机构大多结构比较复杂、体积庞大，运动效率较低；而且，在陆面的运动形式单一，只能前进后退，不能横移和斜向移动，不能实现陆面的全方位运动，只能在平坦路面和硬质路面行走，适应性较差。在水中只能在水面运动，不能潜入水下运动，限制了其在水中的运动。研究新型的水陆两栖移动机构是亟待解决的问颗。
发明内容
为了解决目前水陆两栖机构存在的诸多问题，提高水陆两栖机构的运动效率和环境适应性，减小机构体积，本发明的目的在于提供一种面向水陆两栖环境的轮履螺旋桨复合移动机构，用于水陆两栖作业。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括车体、左旋驱动装置及右旋驱动装置，其中左旋驱动装置及右旋驱动装置均为两个，两个所述左旋驱动装置与两个所述右旋驱动装置交错安装于所述车体的对角线位置；所述右旋驱动装置包括右旋驱动电机、右旋电机底座、右旋传动装置及右旋轮履螺旋桨一体推进部件，该右旋驱动电机通过右旋电机底座固定在所述车体上，所述右旋轮履螺旋桨一体推进部件转动安装于右旋电机底座上，所述右旋驱动电机的输出轴通过右旋传动装置与右旋轮履螺旋桨一体推进部件相连，驱动该右旋轮履螺旋桨一体推进部件旋转；所述左旋驱动装置包括左旋驱动电机、左旋电机底座、左旋传动装置及左旋轮履螺旋桨一体推进部件，该左旋驱动电机通过左旋电机底座固定在所述车体上，所述左旋轮履螺旋桨一体推进部件转动安装于左旋电机底座上，所述左旋驱动电机的输出轴通过左旋传动装置与左旋轮履螺旋桨一体推进部件相连，驱动该左旋轮履螺旋桨一体推进部件旋转。
其中：所述右旋驱动装置还包括右旋轴承底座A及右旋轴承底座B，该右旋轴承底座A与右旋轴承底座B分别安装于所述车体上，并位于所述右旋电机底座的两侧，所述右旋轮履螺旋桨一体推进部件的一端通过右旋角接触轴承A与右旋电机底座转动连接，另一端通过右旋角接触轴承B与所述右旋轴承底座B转动连接。
所述右旋传动装置包括右旋驱动带轮、右旋同步带及右旋从动带轮，该右旋驱动带轮连接于所述右旋驱动电机的输出轴上，所述右旋从动带轮连接于右旋轮履螺旋桨一体推进部件上，并通过所述右旋同步带与右旋驱动带轮连接传动；所述右旋驱动带轮的一端通过右旋驱动电机支撑，另一端通过右旋电机轴承与右旋轴承底座A转动连接，且由该右旋电机轴承支撑；所述右旋从动带轮的一端由右旋角接触轴承A支撑，另一端通过右旋轴承与右旋轴承底座A转动连接，且由该右旋轴承支撑。
所述右旋驱动电机的外部包裹有右旋电机腔体，该右旋电机腔体安装于所述右旋电机底座上。
所述右旋驱动电机输出轴的轴向中心线与右旋轮履螺旋桨一体推进部件的轴向中心线平行。
所述左旋驱动装置还包括左旋轴承底座A及左旋轴承底座B，该左旋轴承底座A与左旋轴承底座B分别安装于所述车体上，并位于所述左旋电机底座的两侧，所述左旋轮履螺旋桨一体推进部件的一端通过左旋角接触轴承A与左旋电机底座转动连接，另一端通过左旋角接触轴承B与所述左旋轴承底座B转动连接。
所述左旋传动装置包括左旋驱动带轮、左旋同步带及左旋从动带轮，该左旋驱动带轮连接于所述左旋驱动电机的输出轴上，所述左旋从动带轮连接于左旋轮履螺旋桨一体推进部件上，并通过所述左旋同步带与左旋驱动带轮连接传动；所述左旋驱动带轮的一端通过左旋驱动电机支撑，另一端通过左旋电机轴承与左旋轴承底座A转动连接，且由该左旋电机轴承支撑；所述左旋从动带轮的一端由左旋角接触轴承A支撑，另一端通过左旋轴承与左旋轴承底座A转动连接，且由该左旋轴承支撑。
所述左旋驱动电机的外部包裹有左旋电机腔体，该左旋电机腔体安装于所述左旋电机底座上。
所述左旋驱动电机输出轴的轴向中心线与左旋轮履螺旋桨一体推进部件的轴向中心线平行。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明提出了一种轮—履—螺旋桨复合推进新模式，突破单一轮式驱动、履带驱动和螺旋桨驱动的理念，驱动采用轮履螺旋桨一体推进部件实现了轮履螺旋桨复合式驱动，可同时在硬质地面、松软地面和水环境中运动。
2.本发明可根据陆地环境地面形式的不同改变左旋驱动装置和右旋驱动装置的转动方向，实现机构的前进后退、左移右移、斜向移动、转弯运动等全方位移动，以适应复杂的地形。
3.本发明在水下环境时，左旋驱动装置和右旋驱动装置配合转动可以实现螺旋推进运动，产生水下推进力，推动机构在水下运行。
4.本发明面向水陆两栖环境的新型移动机构轻量化、一体化、环境适应性强，易于安装、操控精准。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明右旋驱动装置的结构示意图；
图3为本发明左旋驱动装置的结构示意图；
图4a为本发明全方位移动的控制示意图之一；
图4b为本发明全方位移动的控制示意图之二；
图4c为本发明全方位移动的控制示意图之三；
图4d为本发明全方位移动的控制示意图之四；
图4e为本发明全方位移动的控制示意图之五；
图4f为本发明全方位移动的控制示意图之六；
图4g为本发明全方位移动的控制示意图之七；
图4h为本发明全方位移动的控制示意图之八；
图4i为本发明全方位移动的控制示意图之九；
图4j为本发明全方位移动的控制示意图之十；
其中：1为车体，2为左旋驱动装置，3右旋驱动装置，4为右旋电机腔体，5右旋驱动电机，6为右旋电机底座，7为右旋驱动带轮，8为右旋电机轴承，9为右旋轴承底座A，10为右旋同步带，11为右旋轴承，12为右旋从动带轮，13为右旋角接触轴承A，14为右旋轮履螺旋桨一体推进部件，15为右旋角接触轴承B，16为右旋轴承底座B，17为左旋电机腔体，18为左旋驱动电机，19为左旋电机底座，20为左旋驱动带轮，21为左旋电机轴承，22为左旋轴承底座A，23为左旋同步带，24为左旋轴承，25为左旋从动带轮，26为左旋角接触轴承A，27为左旋轮履螺旋桨一体推进部件，28左旋角接触轴承B，29为左旋轴承底座B。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1所示，本发明包括车体1、左旋驱动装置2及右旋驱动装置3，其中左旋驱动装置2及右旋驱动装置3均为两个，用于产生移动机构的推进力，两个左旋驱动装置2与两个右旋驱动装置3交错安装于车体1的对角线位置，即两个左旋驱动装置2分别安装于车体1的左前方和右后方，两个右旋驱动装置3分别安装于车体1的左后方和右前方。
如图2所示，本实施例的右旋驱动装置3包括右旋电机腔体4、右旋驱动电机5、右旋电机底座6、右旋轴承底座A9、右旋轮履螺旋桨一体推进部件14及右旋轴承底座B16，右旋电机底座6、右旋轴承底座A9及右旋轴承底座B16分别固定在车体1上，右旋轴承底座A9与右旋轴承底座B16位于右旋电机底座6的两侧；右旋驱动电机5的外部包裹有右旋电机腔体4，该右旋电机腔体4安装于右旋电机底座6上，防止淤泥和沙土进入右旋驱动电机5。右旋轮履螺旋桨一体推进部件14的一端通过右旋角接触轴承A13与右旋电机底座6转动连接，另一端通过右旋角接触轴承B15与右旋轴承底座B16转动连接；右旋轮履螺旋桨一体推进部件14的一端通过右旋角接触轴承A13支撑在右旋电机底座6上，另一端通过右旋角接触轴承B15支撑在右旋轴承底座B16上。右旋驱动电机5输出轴的轴向中心线与右旋轮履螺旋桨一体推进部件14的轴向中心线平行。右旋驱动电机5的输出轴通过右旋传动装置与右旋轮履螺旋桨一体推进部件14相连，驱动该右旋轮履螺旋桨一体推进部件14旋转；本实施例的右旋传动装置包括右旋驱动带轮7、右旋同步带10及右旋从动带轮12，该右旋驱动带轮7键连接于右旋驱动电机5的输出轴上，右旋从动带轮12键连接于右旋轮履螺旋桨一体推进部件14上，并通过右旋同步带10与右旋驱动带轮7连接传动。右旋驱动带轮7的一端通过右旋驱动电机5支撑，另一端通过右旋电机轴承8与右旋轴承底座A9转动连接，且由该右旋电机轴承8支撑，防止出现悬臂现象；右旋从动带轮12的一端由右旋角接触轴承A13支撑，另一端通过右旋轴承11与右旋轴承底座A9转动连接，且由该右旋轴承11支撑，防止出现悬臂现象。本实施例的右旋轮履螺旋桨一体推进部件14为现有技术，包括支撑轴和安装于支撑轴外表面的螺旋状叶片，支撑轴的一端通过右旋角接触轴承A13与右旋电机底座6转动连接，另一端通过右旋角接触轴承B15与右旋轴承底座B16转动连接。本实施例右旋传动装置中的右旋从动带轮12键连接于右旋轮履螺旋桨一体推进部件14的支撑轴上。右旋轮履螺旋桨一体推进部件14在陆地上既具有轮的特性，也具有履带的特性，在水中具有螺旋桨的特性，用于实现机构的移动。
如图3所示，本实施例的左旋驱动装置2包括左旋电机腔体17、左旋驱动电机18、左旋电机底座19、左旋轴承底座A22、左旋轮履螺旋桨一体推进部件27及左旋轴承底座B29，左旋电机底座19、左旋轴承底座A22及左旋轴承底座B29分别固定在车体1上，左旋轴承底座A22与左旋轴承底座B29位于左旋电机底座19的两侧；左旋驱动电机18的外部包裹有左旋电机腔体17，该左旋电机腔体17安装于左旋电机底座19上，防止淤泥和沙土进入左旋驱动电机18。左旋轮履螺旋桨一体推进部件27的一端通过左旋角接触轴承A26与左旋电机底座19转动连接，另一端通过左旋角接触轴承B28与左旋轴承底座B29转动连接；左旋轮履螺旋桨一体推进部件27的一端通过左旋角接触轴承A26支撑在左旋电机底座19上，另一端通过左旋角接触轴承B28支撑在左旋轴承底座B29上。左旋驱动电机18输出轴的轴向中心线与左旋轮履螺旋桨一体推进部件27的轴向中心线平行。左旋驱动电机18的输出轴通过左旋传动装置与左旋轮履螺旋桨一体推进部件27相连，驱动该左旋轮履螺旋桨一体推进部件27旋转；本实施例的左旋传动装置包括左旋驱动带轮20、左旋同步带23及左旋从动带轮25，该左旋驱动带轮20键连接于左旋驱动电机18的输出轴上，左旋从动带轮25键连接于左旋轮履螺旋桨一体推进部件27上，并通过左旋同步带23与左旋驱动带轮20连接传动。左旋驱动带轮20的一端通过左旋驱动电机15支撑，另一端通过左旋电机轴承23与左旋轴承底座A22转动连接，且由该左旋电机轴承21支撑，防止出现悬臂现象；左旋从动带轮25的一端由左旋角接触轴承A26支撑，另一端通过左旋轴承24与左旋轴承底座A22转动连接，且由该左旋轴承24支撑，防止出现悬臂现象。本实施例的左旋轮履螺旋桨一体推进部件27为现有技术，包括支撑轴和安装于支撑轴外表面的螺旋状叶片，支撑轴的一端通过左旋角接触轴承A26与左旋电机底座19转动连接，另一端通过左旋角接触轴承B28与左旋轴承底座B29转动连接。本实施例左旋传动装置中的左旋从动带轮25键连接于左旋轮履螺旋桨一体推进部件27的支撑轴上。左旋轮履螺旋桨一体推进部件27在陆地上既具有轮的特性，也具有履带的特性，在水中具有螺旋桨的特性，用于实现机构的移动。
本发明的工作原理为：
两个左旋驱动装置2和两个右旋驱动装置3对角线安装于车体1上，通过调节两个左旋驱动装置2和两个右旋驱动装置3的转动方向，可以实现移动机构在陆地的全方位移动与在水下的推进运动。当在陆地运动时，左旋驱动装置2的左旋轮履螺旋桨一体推进部件27和右旋驱动装置3的右旋轮履螺旋桨一体推进部件14化身为轮履复合结构，使得机构对崎岖路面、松软地面和沼泽地形具有较强的环境适应性；当在水下运动时，左旋驱动装置2的左旋轮履螺旋桨一体推进部件27和右旋驱动装置3的右旋轮履螺旋桨一体推进部件14又化身为螺旋桨结构，产生水下推进力推动机构在水下游动。具体为：
如图4a～4j所示，为在陆地全方位移动运动控制示意图，其中图4a车体1左前方和右后方的两个左旋驱动装置2等速正转，同时车体1左后方和右前方的两个右旋驱动装置3等速反转，实现移动机构前进运动；图4b车体1左前方和右后方的两个左旋驱动装置2等速反转，同时车体1左后方和右前方的两个右旋驱动装置3等速正转，实现机构后退运动；图4c车体1左前方和右后方的两个左旋驱动装置2与车体1左后方和右前方的两个右旋驱动装置3同时等速正转，实现移动机构右移运动；图4d车体1左前方和右后方的两个左旋驱动装置2与车体1左后方和右前方的两个右旋驱动装置3同时等速反转，实现移动机构左移运动；图4e车体1左前方的左旋驱动装置2和车体1右前方的右旋驱动装置3等速反转，同时车体1左后方的右旋驱动装置3和右后方的左旋驱动装置2等速正转，实现移动机构左转弯运动；图4f车体1左前方的左旋驱动装置2和车体1右前方的右旋驱动装置3等速正转，同时车体1的左后方右旋驱动装置3和车体1右后方的左旋驱动装置2等速反转，实现移动机构右转弯运动；图4g车体1左后方和右前方的两个右旋驱动装置3等速反转，同时车体1左前方和右后方的两个左旋驱动装置2不转，实现移动机构斜向左前方运动；图4h车体1左前方和右后方的两个左旋驱动装置2等速反转，同时车体1左后方和右前方的两个右旋驱动装置3不转，实现移动机构斜向左后方运动；图4i车体1左前方和右后方的两个左旋驱动装置2等速正转，同时车体1左后方和右前方的两个右旋驱动装置3不转，实现移动机构斜向右前方运动；图4j车体1左后方和右前方的两个右旋驱动装置3等速正转，同时车体1左前方和右后方的两个左旋驱动装置2不转，实现移动机构斜向右后方运动。
Claims (9)
1.一种面向水陆两栖环境的轮履螺旋桨复合移动机构，其特征在于：包括车体(1)、左旋驱动装置(2)及右旋驱动装置(3)，其中左旋驱动装置(2)及右旋驱动装置(3)均为两个，两个所述左旋驱动装置(2)与两个所述右旋驱动装置(3)交错安装于所述车体(1)的对角线位置；所述右旋驱动装置(3)包括右旋驱动电机(5)、右旋电机底座(6)、右旋传动装置及右旋轮履螺旋桨一体推进部件(14)，该右旋驱动电机(5)通过右旋电机底座(6)固定在所述车体(1)上，所述右旋轮履螺旋桨一体推进部件(14)转动安装于右旋电机底座(6)上，所述右旋驱动电机(5)的输出轴通过右旋传动装置与右旋轮履螺旋桨一体推进部件(14)相连，驱动该右旋轮履螺旋桨一体推进部件(14)旋转；所述左旋驱动装置(2)包括左旋驱动电机(18)、左旋电机底座(19)、左旋传动装置及左旋轮履螺旋桨一体推进部件(27)，该左旋驱动电机(18)通过左旋电机底座(19)固定在所述车体(1)上，所述左旋轮履螺旋桨一体推进部件(27)转动安装于左旋电机底座(19)上，所述左旋驱动电机(18)的输出轴通过左旋传动装置与左旋轮履螺旋桨一体推进部件(27)相连，驱动该左旋轮履螺旋桨一体推进部件(27)旋转。
2.根据权利要求1所述面向水陆两栖环境的轮履螺旋桨复合移动机构，其特征在于：所述右旋驱动装置(3)还包括右旋轴承底座A(9)及右旋轴承底座B(16)，该右旋轴承底座A(9)与右旋轴承底座B(16)分别安装于所述车体(1)上，并位于所述右旋电机底座(6)的两侧，所述右旋轮履螺旋桨一体推进部件(14)的一端通过右旋角接触轴承A(13)与右旋电机底座(6)转动连接，另一端通过右旋角接触轴承B(15)与所述右旋轴承底座B(16)转动连接。
3.根据权利要求2所述面向水陆两栖环境的轮履螺旋桨复合移动机构，其特征在于：所述右旋传动装置包括右旋驱动带轮(7)、右旋同步带(10)及右旋从动带轮(12)，该右旋驱动带轮(7)连接于所述右旋驱动电机(5)的输出轴上，所述右旋从动带轮(12)连接于右旋轮履螺旋桨一体推进部件(14)上，并通过所述右旋同步带(10)与右旋驱动带轮(7)连接传动；所述右旋驱动带轮(7)的一端通过右旋驱动电机(5)支撑，另一端通过右旋电机轴承(8)与右旋轴承底座A(9)转动连接，且由该右旋电机轴承(8)支撑；所述右旋从动带轮(12)的一端由右旋角接触轴承A(13)支撑，另一端通过右旋轴承(11)与右旋轴承底座A(9)转动连接，且由该右旋轴承(11)支撑。
4.根据权利要求1所述面向水陆两栖环境的轮履螺旋桨复合移动机构，其特征在于：所述右旋驱动电机(5)的外部包裹有右旋电机腔体(4)，该右旋电机腔体(4)安装于所述右旋电机底座(6)上。
5.根据权利要求1所述面向水陆两栖环境的轮履螺旋桨复合移动机构，其特征在于：所述右旋驱动电机(5)输出轴的轴向中心线与右旋轮履螺旋桨一体推进部件(14)的轴向中心线平行。
6.根据权利要求1所述面向水陆两栖环境的轮履螺旋桨复合移动机构，其特征在于：所述左旋驱动装置(2)还包括左旋轴承底座A(22)及左旋轴承底座B(29)，该左旋轴承底座A(22)与左旋轴承底座B(29)分别安装于所述车体(1)上，并位于所述左旋电机底座(19)的两侧，所述左旋轮履螺旋桨一体推进部件(27)的一端通过左旋角接触轴承A(26)与左旋电机底座(19)转动连接，另一端通过左旋角接触轴承B(28)与所述左旋轴承底座B(29)转动连接。
7.根据权利要求6所述面向水陆两栖环境的轮履螺旋桨复合移动机构，其特征在于：所述左旋传动装置包括左旋驱动带轮(20)、左旋同步带(23)及左旋从动带轮(25)，该左旋驱动带轮(20)连接于所述左旋驱动电机(18)的输出轴上，所述左旋从动带轮(25)连接于左旋轮履螺旋桨一体推进部件(27)上，并通过所述左旋同步带(23)与左旋驱动带轮(20)连接传动；所述左旋驱动带轮(20)的一端通过左旋驱动电机(18)支撑，另一端通过左旋电机轴承(21)与左旋轴承底座A(22)转动连接，且由该左旋电机轴承(21)支撑；所述左旋从动带轮(25)的一端由左旋角接触轴承A(26)支撑，另一端通过左旋轴承(24)与左旋轴承底座A(22)转动连接，且由该左旋轴承(24)支撑。
8.根据权利要求1所述面向水陆两栖环境的轮履螺旋桨复合移动机构，其特征在于：所述左旋驱动电机(18)的外部包裹有左旋电机腔体(17)，该左旋电机腔体(17)安装于所述左旋电机底座(19)上。
9.根据权利要求1所述面向水陆两栖环境的轮履螺旋桨复合移动机构，其特征在于：所述左旋驱动电机(18)输出轴的轴向中心线与左旋轮履螺旋桨一体推进部件(27)的轴向中心线平行。
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