CN114083945A - 应用于跨域无人平台的多推进器联动折展装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于跨域无人平台的多推进器联动折展装置和方法，属跨域机器人领域，其包括传动机构和推进器摇摆机构，传动机构包括动力单元和传递单元，多个传递单元围绕动力单元布置且并与动力单元相连接，每个传递单元分别与一套推进器摇摆机构相连，传递单元用于将来自动力单元的驱动力传递给推进器摇摆机构。本发明还提供了多推进器联动折展装置的工作方法。本发明装置可实现四个推进器自主同步折叠与伸展，操控方法简便，还能扩大机构行程，具有自锁功能，跨域无人平台能根据外界行驶环境和任务需求改变推进器空间布局从而适应多种水下复杂工作环境和特殊任务需求本发明装置能增加跨域无人平台抗扰动能力，使其处于稳定状态。

Description

应用于跨域无人平台的多推进器联动折展装置和方法

技术领域

本发明属于跨域机器人领域，更具体地，涉及一种应用于跨域无人平台的多推进器联动折展装置和方法。

背景技术

人类生活的地球环境分为水陆空三个领域，一直以来人类对三个领域的探索活动从未停止过。相对陆地上人类容易活动的地方，水域环境更加复杂、未知，适用于陆域和海域环境的装备是国家重点发展的领域。

起初人类利用载人、无人机器人在单一的领域进行活动，后来随着技术的提高，可以利用简易两栖机器人在两个领域进行简单的活动。但是，到目前为止针对复杂的跨域环境的跨域机器人还很少，它涉及到陆域、水域过渡与陆域过渡、水域。水域环境中任务多样(比如，海面侦测，海面搜救，资源勘查，水下管道检测，水下桥梁探测等，环境复杂(如海浪扰动，水下阻力大等)，这些复杂环境和任务需求给跨域无人平台的研制带来了很大的困难，跨域无人平台在水域环境中多采用推进器提供动力，而其推进器系统布置决定了跨域无人平台在复杂水域环境下的适应性、通过能力以及行驶效率。

然而，现有的两栖机器人普遍采用推进器固定的布置方式，不能根据外部环境和任务需求改变推进器空间分布状态，为了提高机器人稳定性时，会造成横截面增加，陆地和水下行驶阻力大，推进器效率低，功耗大，无法通过狭窄区域，环境适应能力差。为了减小阻力时，会减少横截面积，当遇到海浪扰动随机扰动时，机器人不能保持稳定状态。

申请号为201710434755.6的中国专利申请公开了一种轮浆腿一体的两栖机器人及其控制方法，采用喷水推进器的方式在水中行驶，共有四个推进器，四个推进器空间位置固定，推进器的宽度大于车体宽度，在陆地行驶时阻力大，推进器不能折叠，车体不能通过狭窄区域。申请号为201711018762.4的中国专利申请提出了一种串联式混合动力水陆两栖机器人，采用喷水推进器的方式在水中行驶，推进的空间位置固定，抵抗海浪扰动能力低，不能根据环境改变状态，适应环境能力差，机构比较复杂，控制难度大。

由此可见，现有技术下跨域无人平台无法根据外部行驶环境实时变换推进器空间布局来满足不同的工作任务需求，也无法适用复杂狭窄的工作区域，无法达到推进器效率最优化。因此，寻求一种能根据外部行驶环境和任务需求自主变换推进器空间分布的装置具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种应用于跨域无人平台的多推进器联动折展装置和方法，通过设计巧妙的驱动结构和连杆机构，实现对推进器自主同步折叠与伸展，使得跨域无人平台能稳定适用各种各样的应用场景。

为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供了一种应用于跨域无人平台的多推进器联动折展装置，其包括：传动机构和推进器摇摆机构，传动机构包括动力单元和传递单元，其中，多个传递单元围绕动力单元布置且并与动力单元相连接，以能被动力单元驱动，每个传递单元分别与一套推进器摇摆机构相连，推进器摇摆机构的数量与传递单元的数量相同，传递单元用于将来自动力单元的驱动力传递给推进器摇摆机构，

每一套推进器摇摆机构连接一个推进器，推进器摇摆机构的数量与推进器的数量相同，推进器摇摆机构包括相互铰接的主动摇杆、方形连接杆和Z形连接杆，Z形连接杆包括第一水平段、垂直段和第二水平段，垂直段分别与第一水平段一端和第二水平段一端固定为一体，第二水平段另一端与推进器固定，主动摇杆一端与传递单元相连接且该端只能原位转动，主动摇杆另一端与方形连接杆的一端铰接，方形连接杆的另一端与Z性连接杆的第一水平段另一端铰接，Z形连接杆的垂直段只能原位旋转，通过一套动力单元带动多套推进器摇摆机构，从而实现对多个推进器的联动折展。

进一步的，Z形连接杆的垂直段原位旋转的位置为Z形连接杆转轴处，主动摇杆与传递单元相连接位置为主动摇杆转轴位置，设点A代表主动摇杆转轴的位置，点B代表Z形连接杆转轴的位置，点C代表方形连接杆与主动摇杆铰接处的位置，点D代表方形连接杆与Z形连接杆的第一水平段铰接处的位置，点C’表示整个推进器摇摆机构处于死点位置时方形连接杆与主动摇杆铰接处的位置，点D’表示整个推进器摇摆机构处于死点位置时方形连杆与Z形连接杆第一水平段铰接处的位置，L1表示主动摇杆长度，L2表示方形连接杆长度，L3表示Z形连接杆的第一水平段的长度，并且当推进器处于内收状态时，主动摇杆和Z形连接杆的第一水平段相互平行，主动摇杆、Z形连接杆第一水平段和方形连接杆形成Z字形时，B点到AC线的垂直距离为L4，C点到BD’间的垂直距离为L5，各个长度必须满足以下几何关系：

(L₁+L₅)²+(L₄+L₃)²＝(L₁+L₂)²

整个推进器摇摆机构处于死点位置时，方形连接杆和主动摇杆连接成一条直线，Z形连接杆第一水平段与方形连接杆间形成锐角夹角，此时AC’D’三点连成一条直线。

进一步的，动力单元具有一套，传递单元具有四套，分别为第一传递单元、第二传递单元、第三传递单元和第四传递单元，其中第一传递单元和第二传递单元结构相同，第三传递单元和第四传递单元结构相同，四套传递单元以动力单元为圆心布置，第一传递单元、动力单元和第二传递单元在一条直线上，第三传递单元、动力单元和第四传递单元在一条直线上，推进器摇摆机构具有结构相同的四套，每套传递单元对应连接一套推进器摇摆机构。

进一步的，动力单元包括支撑底座，电机，主齿轮和第一轴端挡圈，其中，电机通过法兰固定于支撑底座，主齿轮通过凹槽和电机转轴上的凸块相匹配，实现主齿轮和电机的连接以使主齿轮能被电机驱动，电机在收到控制系统命令执行正转或者反转时，带动主齿轮正向转动或者反向转动，主齿轮一端通过电机输出轴的轴肩固定，另一端通过第一轴端挡圈限制轴向运动。

进一步的，第一传递单元和第二传递单元均包括轴承座、第一滚动轴承、轴承端盖、带轮支撑板、第一主动带轮、第一转轴、第一从动齿轮和第一弹性挡圈，其中，

第一从动齿轮与主齿轮啮合连接，第一从动齿轮和第一转轴固定连接，第一转轴上设置有轴肩，第一从动齿轮一端被第一转轴的轴肩支撑，另一端被第一弹性挡圈固定，第一转轴下端和第一主动带轮紧配合，第一主动带轮上端通过轴肩固定，下端通过带轮支撑板固定，第一转轴底端通过第一滚动轴承被轴承座支撑，轴承端盖通过螺母限制轴承轴向运动，轴承座安装于支撑底板上。

进一步的，第三传递单元和第四传递单元均包括方形底座、第一铜套、铜套盖板、第二转轴、第二从动齿轮、第二弹性挡圈、圆柱支撑座、第二铜套、第一带轮支撑块、第二主动带轮、第三转轴、第三从动齿轮和第三弹性挡圈，其中，

第二从动齿轮与主齿轮啮合，第二从动齿轮一端通过第二转轴的轴肩固定，另一端通过第二弹性挡圈固定，第二从动齿轮与第二转轴紧配合，第二转轴底端与第一铜套配合，第一铜套安装于方形底座中，铜套盖板盖合于方形底座上，方形底座被固定于支撑底座上，

第三从动齿轮与第三转轴紧配合，第三从动齿轮的一端固定于第三转轴的轴肩处，另一端被第三弹性挡圈固定，第三转轴下端与第二主动带轮紧配合，第二主动带轮一端被第三转轴轴肩固定，另一端被第一带轮支撑块支撑，第三转轴底端通过第二铜套被圆柱支撑座支撑，第二铜套固定于圆柱支撑座内，圆柱支撑座固定于支撑底板。

进一步的，每一套推进器摇摆机构均还包括凹形支撑座，第二滚动轴承，第一方形端盖，第二带轮支撑块，同步带轮，摇杆转轴，凹槽螺母，锁紧螺母，立柱，第四弹性挡圈，支架支撑座，第三滚动轴承，第二方形端盖和支架转轴，其中，

同步带轮与摇杆转轴紧密配合，同步带轮的上端通过摇杆转轴的轴肩固定，下端通过第二带轮支撑块固定，主动摇杆一端和摇杆转轴紧配合并通过凹槽螺母锁紧，主动摇杆随摇杆转轴同步旋转，摇杆转轴下端通过第二滚动轴承内嵌于凹形支撑座中，第二滚动轴承上端被第一方形端盖固定，凹形支撑座固定于支撑底座上，主动摇杆另一端通过立柱和方形连接杆一端铰接，方形连接杆的该端能绕立柱转动，方形连接杆该端通过锁紧螺母与立柱的端部连接，方形连接杆另一端设置有凸起立柱，Z形连接杆一端铰接于方形连接杆的凸起立柱处，并通过第四弹性挡圈固定，Z形连接杆能绕凸起立柱旋转，Z形连接杆中段被支架转轴支撑，支架转轴下端通过第三滚动轴承能绕支架支撑座旋转，支架支撑座固定在支撑底座上，第三滚动轴承设置在支架支撑座内，第二方形端盖盖合在支架支撑座上，以将第三滚动轴承固定在支架支撑座内。

进一步的，每一套推进器摇摆机构还包括推进器外壳，推进器保护壳套在推进器上并和Z形连接杆第二水平段固定连接。

进一步的，所述的传动机构还包括短同步带和长同步带，短同步带一端和第二主动带轮啮合，另一端和一套推进器摇摆机构的同步带轮啮合，长同步带一端和第一主动带轮啮合，另一端和又一套推进器摇摆机构的同步带轮啮合。

按照本发明的第二个方面，还提供一种应用于跨域无人平台的多推进器联动折展装置的工作方法，在跨域无人平台需要增加稳定时，将推进器摇摆机构的主动摇杆和方形连接杆驱动至两者处于一条直线上，推进器摇摆机构处于死点位置，无论跨域无人平台所在的Z形连接杆受到何种外部扰动力，跨域无人平台的推进器保持原位不动，

在跨域无人平台在地面行驶时，或者在跨域无人平台通过狭窄水下隧道区域时，通过传动机构驱动推进器摇摆机构，将多个推进器折叠收纳至设定位置，以缩小跨域无人平台横截面积，最终能减少阻力又能保证车体安全通过狭窄区域空间，

在跨域无人平台在遇到海浪扰动时，根据海浪扰动方向和任务需求，通过传动机构驱动推进器摇摆机构，将多个推进器展开以向外摆动，以增强跨域无人平台横街面积，并提高自身抵抗外部扰动的力矩，最能保证跨域无人平台处于稳定状态。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本发明提供了的多推进器联动折展装置通过一个电机结合齿轮和同步带传动，可以实现四个推进器自主同步折叠与伸展，扩大了机构行程，具有自锁功能，该结构具有运动可逆性，机构简洁，可实现同步控制，操控方法简便。

(2)本发明提供的多推进器联动折展装置优选地确定了推进器高度和摆动半径，不改变跨域无人平台车体整体尺寸的前提下，优化了推进器力矩分配输出，提高了推进器工作效率，节省能耗，从而有效增加续航能力，扩展了跨域无人平台工作范围。

(3)本发明提供的多推进器联动折展装置设计了摇杆转轴、主动摇杆、方形连接杆和Z形连接杆，其形成了能传递动力的连杆机构，通过连杆之间特定的几何关系实现摇摆机构的死点，并利用机构死点实现推进器在特定位置的工作需求，此时，无论推进器受到外部多大的干扰力，推进器都不会反转，保证跨域无人平台工作状态稳定。连杆几何尺寸和分布位置也决定了在推进器折叠时主动摇杆和连接杆都处于水平位置。

(4)本发明提供的多推进器联动折展装置能根据行驶环境和任务需求，自主变换推进器的空间分布，当两栖无人平台在陆地行驶时、通过狭窄隧道和水下狭窄区域时，或者在水下需要增加前进后退力矩时，推进器自动向前、向后折叠收拢，并保持在预定位置以能给Y轴方向提供更多的推进力。在相同功率下能提供更大的向前推进力矩，能有效节省能耗，增加续航能力。当遇到海浪扰动时，根据海浪扰动方向和任务需求，四个推进器自动向外摆动，并保持在预定位置以能给X轴方向提供更多的力矩，该状态下跨域无人平台能有效提高自身抵抗外部扰动力矩，保证平台处于稳定状态，降低环境噪声干扰，提高测量任务精度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的多推进器联动折展装置安装于跨域无人平台实例的整体示意图；

图2是本发明实施例提供的多推进器联动折展装置装配示意图；

图3是本发明实施例提供的多推进器联动折展装置的传动机构爆炸示意图

图4是本发明实施例提供的多推进器联动折展装置的传动机构又一爆炸示意图；

图5是本发明实施例提供的多推进器联动折展装置的摇摆机构爆炸示意图；

图6是本发明实施例提供的摇摆机构几何关系分布示意图；

图7是本发明实施例提供的多推进器联动折展装置第一工作状态轴测示意图；

图8是本发明实施例提供的多推进器联动折展装置第一工作状态和力矩分析俯视示意图；

图9是本发明实施例提供的多推进器联动折展装置第二工作状态的轴测示意图；

图10是本发明实施例提供的多推进器联动折展装置第二工作状态和力矩分析俯视示意图；

图11是本发明实施例提供的多推进器联动折展装置第三工作状态的轴测示意图；

图12是本发明实施例提供的多推进器联动折展装置第三工作状态和力矩分析俯视示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明实施例提供的多推进器联动折展装置安装于跨域无人平台实例的整体示意图，如图1所示，本发明实施例提供了一种应用于跨域无人平台的多推进器联动折展装置，其包括传动机构100、推进器摇摆机构200和车体机构。车体机构包括陆地行动单元301，头部仿生外壳302，中部仿生外壳303，尾部仿生外壳304。头部仿生外壳302，中部仿生外壳303和尾部仿生外壳304组成整个跨域无人平台的外部壳体，陆地行动单元301设置在整个跨域无人平台的两侧，外形类似坦克车的履带。

图2是本发明实施例提供的多推进器联动折展装置装配示意图，图3是本发明实施例提供的多推进器联动折展装置的传动机构100爆炸示意图，由图可知，传动机构包括支撑底座101，电机102，主齿轮103、第一轴端挡圈104、轴承座105、第一滚动轴承106、轴承端盖107、带轮支撑板108、第一主动带轮109、第一转轴110、第一从动齿轮111、第一弹性挡圈112、方形底座113、第一铜套114、铜套盖板115、第二转轴116、第二从动齿轮117和第二弹性挡圈118。

其中，电机102通过法兰固定于支撑底座101，主齿轮103通过凹槽和电机102转轴上的凸块相匹配，实现主齿轮103和电机102的连接以使主齿轮能被电机102驱动。电机102在收到控制命令执行正转或者反转时，带动主齿轮103正向转动或者反向转动，主齿轮103一端通过轴肩固定，另一端通过第一轴端挡圈104限制轴向运动。第一从动齿轮111与主齿轮103啮合连接，第一从动齿轮111和第一转轴110固定连接，第一转轴110上设置有轴肩，第一从动齿轮111一端第一转轴110轴肩的支撑，另一端被第一弹性挡圈112固定，第一转轴110下端和第一主动带轮109紧配合，第一主动带轮109上端通过轴肩固定，下端通过带轮支撑板108固定，第一转轴110底端通过第一滚动轴承106被轴承座105支撑，轴承端盖107通过螺母限制轴承106轴向运动，轴承座105安装于支撑底板101上。其具体的传动过程为：主齿轮103转动时带动与其啮合的第一从动齿轮111转动，第一从动齿轮111带动与其紧配合的第一转轴110转动，第一转轴110绕第一滚动轴承106转动，第一转轴110进而带动第一主动带轮109同步转动。

位于第一转轴110右侧的第二从动齿轮117与主齿轮103啮合，第二从动齿轮117一端通过第二转轴的轴肩固定，另一端通过第二弹性挡圈118固定，第二从动齿轮117与第二转轴116紧配合，第二转轴116底端与第一铜套114配合，第一铜套114安装于方形底座113中，铜套盖板115盖合于方形底座113上，方形底座113被固定于支撑底座101上。其传动过程为：主齿轮103带动与其啮合的第二从动齿轮117转动，第二从动齿轮117带动与其紧配合的第二转轴116同步转动，第二转轴116绕第一铜套114转动。

图4是本发明实施例提供的多推进器联动折展装置传动机构的又一爆炸示意图，如图4所示，所述出的传动机构还包括：圆柱支撑座119，第二铜套120，第一带轮支撑块121，第二主动带轮122，第三转轴123、第三从动齿轮124和第三弹性挡圈125。其中，第三从动齿轮124与第三转轴123紧配合，第三从动齿轮124的一端固定于第三转轴123的轴肩处，另一端被第三弹性挡圈125固定。第三转轴123下端与第二主动带轮122紧配合，第二主动带轮122一端被第三转轴123轴肩固定，另一端被第一带轮支撑块121支撑，第三转轴123底端通过第二铜套120被圆柱支撑座119支撑，第二铜套120固定于圆柱支撑座119内，圆柱支撑座119固定于支撑底板101。其传动过程为：第二从动齿轮117带动与其啮合的第三从动齿轮124转动，第三从动齿轮124带动与其紧配合的第三转轴123转动，第三转轴123带动与其紧配合的第二主动带轮122同步转动，第三转轴123转动过程中绕第二铜套120转动。

所述的传动机构还包括短同步带126和长同步带127。短同步带126一端和第二主动带轮122啮合，另一端和同步带轮205啮合，长同步带127一端和第一主动带轮109啮合，另一端和同步带轮205啮合。具体传动过程为，第二主动带轮122带动与其啮合的短同步带126转动，短同步带126带动与啮合的同步带轮205转动。同样的，第一主动带轮109带动与其啮合的长同步带127转动，长同步带127带动与其啮合的又一同步带轮205转动。

图5是本发明实施例提供的多推进器联动折展装置的摇摆机构爆炸示意图，如图5所示，所述的摇摆机构包括同步带轮205和摇杆转轴206，同步带轮205与摇杆转轴206紧密配合，同步带轮205的上端通过摇杆转轴206的轴肩固定，下端通过第二带轮支撑块204固定，主动摇杆208一端和摇杆转轴206紧配合并通过凹槽螺母207锁紧，主动摇杆208随摇杆转轴206同步旋转，摇杆转轴206下端通过第二滚动轴承202内嵌于凹形支撑座201中，第二滚动轴承202上端被第一方形端盖203固定，凹形支撑座201固定于支撑底座101上，主动摇杆208另一端通过立柱210和方形连接杆211一端铰接，方形连接杆211的该端能绕立柱210转动，方形连接杆211该端通过锁紧螺母209与立柱210的端部连接，方形连接杆211另一端设置有凸起立柱，Z形连接杆217一端铰接于方形连接杆211的凸起立柱处，并通过第四弹性挡圈212固定。Z形连接杆217可以绕凸起立柱旋转。Z形连接杆217中段被支架转轴216支撑，支架转轴216下端通过第三滚动轴承214可以绕支架支撑座213旋转。支架支撑座213固定在支撑底座101上，第三滚动轴承214设置在支架支撑座213内，第二方形端盖215盖合在支架支撑座213上，以将第三滚动轴承214固定在支架支撑座213内。Z形连接杆217上端和推进器218固连，推进器保护壳219套在推进器218上并和Z形连接杆217上端部固定连接。Z形连接杆呈Z字形状，其包括第一水平段、垂直段和第二水平段，第一水平段和第二水平段通过垂直段连接，第一水平段的一端与方形连接杆铰接，垂直段受支架转轴216支撑，第二水平段与推进器保护壳219固定。

本发明多推进器联动折展装置的工作过程为：驱动电机102，从而带动主齿轮103转动，进一步带动和主齿轮103啮合的第一从动齿轮、第二从动齿轮、第三从动齿轮和第四从动齿轮转动，四个从动齿轮围绕主齿轮布置，相邻的两个从动齿轮两两对称布置，其中两个从动齿轮正传，另外的两个从动齿轮反转，四个从动齿轮带动四个主动带轮转动，四个主动带轮中两个主动带轮通过长同步带将动力传输给两个同步带轮，两个主动带轮通过短同步带将动力传输给另个两个同步带轮，四个同步带轮带动与各自连接的摇杆转轴转动，从而驱动与摇杆转轴连接的主动摇杆摆动，进一步通过方形连接杆带动Z形连接杆，最终实现与Z形连接杆固定的推进器展开或者收拢，也即实现了联动折展。

图6是本发明实施例提供的摇摆机构几何关系分布示意图，如图6所示，L1表示主动摇杆长度，L2表示方形连接杆长度，L3表示Z形连接杆转轴处到方形连接杆与Z形连接杆铰链处的长度(也近似Z形连接杆的第一水平段的长度)，点A代表主动摇杆转轴的位置，B点代表Z形连接杆转轴的位置，C点代表方形连接杆与主动摇杆铰接处的位置，D点代表方形连接杆与Z形连接杆铰链处的位置，C’点表示整个连杆结构处于死点位置时方形连接杆左侧铰链位置(即为方形连接杆与主动摇杆铰接处的位置)，D’点表示整个连杆机构处于死点位置时方形连杆右侧铰链位置(即为方形连接杆与Z形连接杆铰接处的位置)。当主动摇杆和Z形连接杆的第一水平段相互平行，并且主动摇杆、Z形连接杆和方形连接杆形成个近似水平的Z字形时，B点到AC线的垂直距离为L4，C点到BD’间的垂直距离为L5。要实现由Z形连接杆、方形连接杆和主动摇杆组成的连杆机构处于死点状态(也即主动摇杆与Z形连接杆的水平段连接成一条直线，也即为图中AC’D’三点连成一条直线的状态)，并且当Z形连接杆处于BD位置时，主动摇杆也处于AC位置，各个长度必须满足以下几何关系：

(L₁+L₅)²+(L₄+L₃)²＝(L₁+L₂)²

本发明实例中中，长度L3根据工作任务功能确定，长度L4和L5依据优化折展空间尺寸确定的，进而能确定L1、L2长度，实现对由Z形连接杆、方形连接杆和主动摇杆组成的连杆机构的设计。

本发明的应用于跨域无人平台的多推进器联动折展装置，主要包括传动机构和推进器摇摆机构，摇摆机构利用死点实现特定工作要求，推进器折展机构在两栖机器人需要增加稳定时，主动摇杆和方形连接杆处于一条直线位置，无论推进器所在的主动摇杆受到多大的外力，推进器都不会反转，工作状态稳定可靠。当两栖机器人地面行驶时需要为了减少阻力，当通过狭窄水下隧道或区域时为了减少两栖机器人横截面积，四个推进器能自主折展到前部收纳位置和后部收纳位置，既能减少阻力又能保证车体安全通过狭窄区域空间。当遇到海浪扰动时，根据海浪扰动方向和任务需求，四个推进器自主向外摆动，该状态下跨域无人平台能有效提高自身抵抗外部扰动力矩，保证平台处于稳定状态。

下面结合说明书附图进一步详细说明。

图7是本发明实施例提供的多推进器联动折展装置第一工作状态轴测示意图，由图可知，其四个推进器处于向内折叠状态，图8是本发明实施例提供的多推进器联动折展装置第一工作状态和力矩分析俯视示意图，结合图7和图8可知，当跨域无人平台在陆地上行驶时，为了减少阻力，或当跨域无人车在平静水面需要快速前进，或当跨域无人平台需要通过狭窄管道、水下狭窄区域进行探测时，推进器变为向内折叠的工作状态，该状态缩小了跨域无人平台自身宽度，能显著减少空气中和水下前进方向的行驶阻力。更进一步的，结合图8可知，相比于不折叠状态，四个推进器处于向内折叠状态时，在相同转速下推进器能对y轴提供更大的力矩，即在相同功率下能提供更大的推进力矩，能有效节省能耗，增加续航能力，最终能保证跨域无人平台实施更广泛的工作任务，以探索更复杂的工作环境。

图9是本发明实施例提供的多推进器联动折展装置第二工作状态轴测示意图，图10是本发明实施例提供的多推进器联动折展装置第二工作状态和力矩分析俯视示意图，由图可知，当跨域无人平台在海面行驶时，由于受到海浪无规律扰动，此时跨域无人平台既需要抵抗外部扰动对平台产生滚转力矩，有需要抵抗外部扰动对平台产生俯仰力矩，此时跨域无人平台推进器变为第二工作状态，四个推进器向外局部展开，推进器之间角度为120度，推进器距离x轴和y轴的距离相等，在推进器相同转速下推进器对x、y轴提供相同的力矩，该力矩能同时抵抗外部扰动对跨域无人平台产生滚转和俯仰干扰。当平台受到不规律海浪扰动下，依靠推进器不同分布能保证平台处于稳定状态。

图11是本发明实施例提供的多推进器联动折展装置第三工作状态轴测示意图，图12是本发明实施例提供的多推进器联动折展装置第三工作状态和力矩分析俯视示意图，由图可知，当跨域无人平台在海面行驶遇到波浪冲击扰动、容易发生翻滚倾斜时，或者跨域无人平台在受到波浪冲击的同时还需要进行一些精密测量任务和静态拍照任务时(如检测桥墩裂缝)，波浪冲击和扰动会对平台自身测量产生严重噪声，为了抵抗外部翻滚干扰力，增加自身稳定装态，跨域无人平台推进器变为第三工作状态，在第三工作状态下，四个推进器进一步的向外展开，在相同转速下推进器能对x轴提供更大的力矩，相同功率下能提供更大的力矩，能抵抗外部更大的滚转力矩。同时，该状态下摇摆机构处于死点位置，达到该状态以后，电机即使去使能或者处于完全关闭状态，仅靠机构自身特性和机械限位，无论受外部多大干扰力，推进器都不会摆动，能保证跨域无人平台保持稳定工作，有效减少环境干扰，提高测量任务精度。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于跨域无人平台的多推进器联动折展装置，其特征在于，其包括：传动机构(100)和推进器摇摆机构(200)，传动机构(100)包括动力单元和传递单元，其中，多个传递单元围绕动力单元布置且并与动力单元相连接，以能被动力单元驱动，每个传递单元分别与一套推进器摇摆机构相连，推进器摇摆机构的数量与传递单元的数量相同，传递单元用于将来自动力单元的驱动力传递给推进器摇摆机构，

每一套推进器摇摆机构连接一个推进器，推进器摇摆机构的数量与推进器的数量相同，推进器摇摆机构包括相互铰接的主动摇杆(208)、方形连接杆(211)和Z形连接杆(217)，Z形连接杆包括第一水平段、垂直段和第二水平段，垂直段分别与第一水平段一端和第二水平段一端固定为一体，第二水平段另一端与推进器固定，主动摇杆(208)一端与传递单元相连接且该端只能原位转动，主动摇杆(208)另一端与方形连接杆(211)的一端铰接，方形连接杆(211)的另一端与Z性连接杆的第一水平段另一端铰接，Z形连接杆的垂直段只能原位旋转，通过一套动力单元带动多套推进器摇摆机构，从而实现对多个推进器的联动折展。

2.如权利要求1所述的一种应用于跨域无人平台的多推进器联动折展装置，其特征在于，Z形连接杆的垂直段原位旋转的位置为Z形连接杆转轴处，主动摇杆(208)与传递单元相连接位置为主动摇杆转轴位置，设点A代表主动摇杆转轴的位置，点B代表Z形连接杆转轴的位置，点C代表方形连接杆与主动摇杆铰接处的位置，点D代表方形连接杆与Z形连接杆的第一水平段铰接处的位置，点C’表示整个推进器摇摆机构处于死点位置时方形连接杆与主动摇杆铰接处的位置，点D’表示整个推进器摇摆机构处于死点位置时方形连杆与Z形连接杆第一水平段铰接处的位置，L1表示主动摇杆长度，L2表示方形连接杆长度，L3表示Z形连接杆的第一水平段的长度，并且当推进器处于内收状态时，主动摇杆和Z形连接杆的第一水平段相互平行，主动摇杆、Z形连接杆第一水平段和方形连接杆形成Z字形时，B点到AC线的垂直距离为L4，C点到BD’间的垂直距离为L5，各个长度必须满足以下几何关系：

(L₁+L₅)²+(L₄+L₃)²＝(L₁+L₂)²

整个推进器摇摆机构处于死点位置时，方形连接杆和主动摇杆连接成一条直线，Z形连接杆第一水平段与初始位置成直角夹角，此时AC’D’三点连成一条直线。

3.如权利要求2所述的一种应用于跨域无人平台的多推进器联动折展装置，其特征在于，动力单元具有一套，传递单元具有四套，分别为第一传递单元、第二传递单元、第三传递单元和第四传递单元，其中第一传递单元和第二传递单元结构相同，第三传递单元和第四传递单元结构相同，四套传递单元以动力单元为圆心布置，第一传递单元、动力单元和第二传递单元在一条直线上，第三传递单元、动力单元和第四传递单元在一条直线上，推进器摇摆机构具有结构相同的四套，每套传递单元对应连接一套推进器摇摆机构。

4.如权利要求3所述的一种应用于跨域无人平台的多推进器联动折展装置，其特征在于，动力单元包括支撑底座(101)，电机(102)，主齿轮(103)和第一轴端挡圈(104)，其中，电机(102)通过法兰固定于支撑底座(101)，主齿轮(103)通过凹槽和电机(102)转轴上的凸块相匹配，实现主齿轮(103)和电机(102)的连接以使主齿轮能被电机(102)驱动，电机(102)在收到控制系统命令执行正转或者反转时，带动主齿轮(103)正向转动或者反向转动，主齿轮(103)一端通过电机输出轴的轴肩固定，另一端通过第一轴端挡圈(104)限制轴向运动。

5.如权利要求4所述的一种应用于跨域无人平台的多推进器联动折展装置，其特征在于，第一传递单元和第二传递单元均包括轴承座(105)、第一滚动轴承(106)、轴承端盖(107)、带轮支撑板(108)、第一主动带轮(109)、第一转轴(110)、第一从动齿轮(111)和第一弹性挡圈(112)，其中，

第一从动齿轮(111)与主齿轮(103)啮合连接，第一从动齿轮(111)和第一转轴(110)固定连接，第一转轴(110)上设置有轴肩，第一从动齿轮(111)一端被第一转轴(110)的轴肩支撑，另一端被第一弹性挡圈(112)固定，第一转轴(110)下端和第一主动带轮(109)紧配合，第一主动带轮(109)上端通过轴肩固定，下端通过带轮支撑板(108)固定，第一转轴(110)底端通过第一滚动轴承(106)被轴承座(105)支撑，轴承端盖(107)通过螺母限制轴承(106)轴向运动，轴承座(105)安装于支撑底板(101)上。

6.如权利要求5所述的一种应用于跨域无人平台的多推进器联动折展装置，其特征在于，第三传递单元和第四传递单元均包括方形底座(113)、第一铜套(114)、铜套盖板(115)、第二转轴(116)、第二从动齿轮(117)、第二弹性挡圈(118)、圆柱支撑座(119)、第二铜套(120)、第一带轮支撑块(121)、第二主动带轮(122)、第三转轴(123)、第三从动齿轮(124)和第三弹性挡圈(125)，其中，

第二从动齿轮(117)与主齿轮(103)啮合，第二从动齿轮(117)一端通过第二转轴的轴肩固定，另一端通过第二弹性挡圈(118)固定，第二从动齿轮(117)与第二转轴(116)紧配合，第二转轴(116)底端与第一铜套(114)配合，第一铜套(114)安装于方形底座(113)中，铜套盖板(115)盖合于方形底座(113)上，方形底座(113)被固定于支撑底座(101)上，

第三从动齿轮(124)与第三转轴(123)紧配合，第三从动齿轮(124)的一端固定于第三转轴(123)的轴肩处，另一端被第三弹性挡圈(125)固定，第三转轴(123)下端与第二主动带轮(122)紧配合，第二主动带轮(122)一端被第三转轴(123)轴肩固定，另一端被第一带轮支撑块(121)支撑，第三转轴(123)底端通过第二铜套(120)被圆柱支撑座(119)支撑，第二铜套(120)固定于圆柱支撑座(119)内，圆柱支撑座(119)固定于支撑底板(101)。

7.如权利要求6所述的一种应用于跨域无人平台的多推进器联动折展装置，其特征在于，每一套推进器摇摆机构均还包括凹形支撑座(201)，第二滚动轴承(202)，第一方形端盖(203)，第二带轮支撑块(204)，同步带轮(205)，摇杆转轴(206)，凹槽螺母(207)，锁紧螺母(209)，立柱(210)，第四弹性挡圈(212)，支架支撑座(213)，第三滚动轴承(214)，第二方形端盖(215)和支架转轴(216)，其中，

同步带轮(205)与摇杆转轴(206)紧密配合，同步带轮(205)的上端通过摇杆转轴(206)的轴肩固定，下端通过第二带轮支撑块(204)固定，主动摇杆(208)一端和摇杆转轴(206)紧配合并通过凹槽螺母(207)锁紧，主动摇杆(208)随摇杆转轴(206)同步旋转，摇杆转轴(206)下端通过第二滚动轴承(202)内嵌于凹形支撑座(201)中，第二滚动轴承(202)上端被第一方形端盖(203)固定，凹形支撑座(201)固定于支撑底座(101)上，主动摇杆(208)另一端通过立柱(210)和方形连接杆(211)一端铰接，方形连接杆(211)的该端能绕立柱(210)转动，方形连接杆(211)该端通过锁紧螺母(209)与立柱(210)的端部连接，方形连接杆(211)另一端设置有凸起立柱，Z形连接杆(217)一端铰接于方形连接杆(211)的凸起立柱处，并通过第四弹性挡圈(212)固定，Z形连接杆(217)能绕凸起立柱旋转，Z形连接杆(217)中段被支架转轴(216)支撑，支架转轴(216)下端通过第三滚动轴承(214)能绕支架支撑座(213)旋转，支架支撑座(213)固定在支撑底座(101)上，第三滚动轴承(214)设置在支架支撑座(213)内，第二方形端盖(215)盖合在支架支撑座(213)上，以将第三滚动轴承(214)固定在支架支撑座(213)内。

8.如权利要求7所述的一种应用于跨域无人平台的多推进器联动折展装置，其特征在于，每一套推进器摇摆机构还包括推进器外壳(219)，推进器保护壳(219)套在推进器(218)上并和Z形连接杆(217)第二水平段固定连接。

9.如权利要求8所述的一种应用于跨域无人平台的多推进器联动折展装置，其特征在于，所述的传动机构还包括短同步带(126)和长同步带(127)，短同步带(126)一端和第二主动带轮(122)啮合，另一端和一套推进器摇摆机构的同步带轮(205)啮合，长同步带(127)一端和第一主动带轮(109)啮合，另一端和又一套推进器摇摆机构的同步带轮(205)啮合。

10.如权利要求2-9之一所述的一种应用于跨域无人平台的多推进器联动折展装置的工作方法，其特征在于，

在跨域无人平台需要增加稳定时，将推进器摇摆机构的主动摇杆和方形连接杆驱动至两者处于一条直线上，推进器摇摆机构处于死点位置，无论跨域无人平台所在的Z形连接杆受到何种外部扰动力，跨域无人平台的推进器保持原位不动，

在跨域无人平台在地面行驶时，或者在跨域无人平台通过狭窄水下隧道区域时，通过传动机构驱动推进器摇摆机构，将多个推进器折叠收纳至设定位置，以缩小跨域无人平台横截面积，最终能减少阻力又能保证车体安全通过狭窄区域空间，

在跨域无人平台在遇到海浪扰动时，根据海浪扰动方向和任务需求，通过传动机构驱动推进器摇摆机构，将多个推进器展开以向外摆动，以增强跨域无人平台横街面积，并提高自身抵抗外部扰动的力矩，最能保证跨域无人平台处于稳定状态。

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