CN114715299B - 一种用于浅水激浪区的无人系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于浅水激浪区的无人系统，涉及无人车领域。其包括车身主体、可伸缩式镂空履带和车架，车身主体通过轮体与可伸缩式镂空履带啮合连接，两个车身主体对称设置于车架的两侧并位于可伸缩式镂空履带内，可伸缩式镂空履带包括相适配的内镂空履带和外镂空履带，外镂空履带可沿内镂空履带的宽度方向向外滑动展开。本发明总体布局低矮，从结构透浪设计、跨域环境感知、紧凑驱动控制等方面充分考虑抗浪和透浪设计，以满足在浅水激浪区水下作业和在岸滩环境下的作业要求，具有携带运输方便、抗浪能力和抗倾覆能力强、使用范围广等优点。

Description

一种用于浅水激浪区的无人系统

技术领域

本发明涉及无人车领域，具体而言，涉及一种用于浅水激浪区的无人系统。

背景技术

浅水激浪区水深变化大、浪区范围宽、水底环境复杂、暗流变化不定、水质浑浊、光线昏暗，使得环境探测和水底作业难度较大。

目前国内外研发的无人系统，多数工作在陆上和深水环境中，具备水文探测、水下救生等能力，但在岸滩和浅水交界的浅滩激浪区，这些无人系统受限于浅水、激浪、光线等恶劣环境因素无法正常开展工作。国外研发的水下无人系统多为艇型，动力通常采用螺旋桨推进方式，这也限制了这类水下无人系统的工作环境只能在较深的、水流平缓的海域工作，无法适用于浅滩激浪区作业。而国内研发的两栖无人系统，大多数都是浮在水面上或在水中游走，少数在水底行走的无人系统也并没有抗浪结构，在水中运动很大程度上受海浪的影响。因此，亟待研制一种方便适用于浅滩激浪区作业的无人系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于浅水激浪区的无人系统，以解决现有的水下无人系统无法在浅水激浪区作业的问题。

本发明的实施例是这样实现的：

本申请实施例提供一种用于浅水激浪区的无人系统，其包括车身主体、可伸缩式镂空履带和车架，车身主体通过轮体与可伸缩式镂空履带啮合连接，两个车身主体对称设置于车架的两侧并位于可伸缩式镂空履带内；

可伸缩式镂空履带包括相适配的内镂空履带和外镂空履带，外镂空履带可沿内镂空履带的宽度方向向外滑动展开。

在本发明的一些实施例中，上述外镂空履带包括外边框和间隔设置于外边框上的T形条，内镂空履带靠近外镂空履带的一侧边框上间隔设置有与T形条一一对应的开口；

T形条包括滑杆和滑块，滑杆的一端与外边框固定连接，另一端穿过开口与滑块连接，滑块可沿内镂空履带的宽度方向滑动，并与内镂空履带的边框卡接。

在本发明的一些实施例中，上述轮体为镂空结构。

在本发明的一些实施例中，上述轮体包括套设在车身主体上的驱动轮和从动轮，驱动轮与可伸缩式镂空履带啮合。

在本发明的一些实施例中，上述驱动轮外侧的轮齿的纵截面呈梯形。

在本发明的一些实施例中，上述车架包括内车板和外车板，外车板内部沿宽度方向设有滑轨，内车板两侧设有与滑轨相适配的滑动部，内车板可沿外车板宽度方向向外滑动展开。

在本发明的一些实施例中，上述车架顶部设置有用于安装不同的载荷的安装部。

在本发明的一些实施例中，上述安装部安装有目标识别模块、GPS天线、 4G天线和作业机构。

在本发明的一些实施例中，上述车身主体内部设有电池、控制器、驱动电机、减速箱、驱动轴、4G DTU模块和惯导系统，电池通过控制器与驱动电机连接，驱动电机通过联轴器与减速箱连接，减速箱的输出端与驱动轴连接，驱动轴通过锥齿轮与轮体连接，4G DTU模块与惯导系统均与电池连接。

在本发明的一些实施例中，上述车架与车身主体之间通过螺栓连接。

相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：

1.总体设计抗浪化。本发明总体布局低矮，从结构透浪设计、跨域环境感知、紧凑驱动控制等方面充分考虑抗浪和透浪设计，以满足在浅水激浪区水下作业和在岸滩环境下的作业要求。

2.运输携行模块化。本发明采用模块化设计思路，每一个可伸缩式镂空履带及其车身主体构成一组通用化的可行走履带单体，任意两组可行走履带单体之间通过一个可伸缩的车架连接后，组合形成一个完整的浅水激浪区无人系统，因而具有运输携带方便、拆装部署迅速、维修替换性好的特点。

3.外形设计扁平化。本发明采用比较大的扁平式履带结构设计，内镂空履带和外镂空履带连接组合成一个可伸缩式镂空履带，收合及展开状态下，整个无人系统的高度都仅为单层履带的高度，能够在陆地和水下均能稳定地行走。同时，采用电池、驱动电机和减速器下置布局，并辅以镂空布局，因而整体的重心低矮，抗浪能力和抗倾覆能力强，并且在水中的迎水面小，在水下行走时受到的阻力更小。

4.装载空间柔性化。本发明中两组可行走履带单体之间通过一个可伸缩的车架连接，荷载安装于车架上，因而可以根据不同的荷载，对车架进行调节，以满足各种不同尺寸和功能的载荷的安装。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明提供的一种用于浅水激浪区的无人系统一实施例展开状态下的结构示意图；

图2为本发明提供的一种用于浅水激浪区的无人系统一实施例中外镂空履带的结构示意图；

图3为本发明提供的一种用于浅水激浪区的无人系统一实施例收合状态下的结构示意图；

图4为本发明提供的一种用于浅水激浪区的无人系统一实施例的侧视图；

图5为本发明提供的一种用于浅水激浪区的无人系统一实施例的拆解图；

图6为本发明提供的一种用于浅水激浪区的无人系统又一实施例的拆解图；

图7为本发明提供的一种用于浅水激浪区的无人系统一实施例中搭载机械臂的结构示意图；

图8为本发明提供的一种用于浅水激浪区的无人系统一实施例中车身主体的内部结构示意图。

图标：1、可伸缩式镂空履带；101、外镂空履带；1011、外边框；1012、 T形条；102、内镂空履带；2、车身主体；3、车架；4、驱动轮；5、从动轮；6、目标识别模块；7、GPS天线；8、4G天线；9、作业机构；10、电池；11、控制器；12、驱动电机；13、减速箱；14、驱动轴；15、4G DTU 模块；16、惯导系统。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，若出现术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的各个实施例及实施例中的各个特征可以相互组合。

请参照图1-图4，本申请实施例提供一种用于浅水激浪区的无人系统，其包括车身主体2、可伸缩式镂空履带1和车架3，车身主体2通过轮体与可伸缩式镂空履带1啮合连接，两个车身主体2对称设置于车架3的两侧并位于可伸缩式镂空履带1内；

可伸缩式镂空履带1包括相适配的内镂空履带102和外镂空履带101，外镂空履带101可沿内镂空履带102的宽度方向向外滑动展开。

在本实施例所提供的技术方案中，一个可伸缩式镂空履带1及其内部的车身主体2构成一组通用化的可行走履带单体，两组可行走履带单体之间通过一个车架3连接后，组合形成一个完整的浅水激浪区无人系统。通过采用这种模块化的设计思路，使得整个无人系统便于运输和携带，并且拆卸和组装简单快速，出现故障时，检查维修也更方便；另外，整体结构呈扁平状，重心低，抗浪能力和抗倾覆能力强，能更好的在一些浅水激浪区工作。

具体的，履带设计成可伸缩式镂空履带1，一方面，是为了通过调节可伸缩式镂空履带1的宽度来适应不同的作业环境需求。示例性的，在水下作业时，由于水底通常环境复杂、水深变化大、暗流变化不定，无人系统在水下运动时便容易发生滑动、甚至侧翻的情况，所以把履带设计成可伸缩式的。通过将外镂空履带101沿内镂空履带102的宽度方向向外滑动展开，以增大整个履带的宽度(如图1所示)，进而增大整个无人系统在水下的抓地力，提高无人系统的抗倾覆能力，使得无人系统能更稳定地在水底行走，并正常作业。当在陆上岸滩时，底面相对较平缓，所以为了减小整个无人系统装置的体积，可以将外镂空履带101沿内镂空履带102的宽度方向向内滑动收合(如图3所示)，以减小整个履带的宽度，移动更灵活、便捷。另一方面，通过将履带和轮体设计成镂空的形式(如图1所示)，给无人系统留出了足够的透浪空间，使得无人系统在水下受到激浪的影响较小，抗浪能力和抗倾覆能力更强，并且在水中的迎水面小，在水下行走时受到的阻力更小，运动更灵活。

请参照图1和图2，在本发明的一些实施例中，上述外镂空履带101包括外边框1011和间隔设置于外边框1011上的T形条1012，内镂空履带102 靠近外镂空履带101的一侧边框上间隔设置有与T形条1012一一对应的开口；

T形条1012包括滑杆和滑块，滑杆的一端与外边框1011固定连接，另一端穿过开口与滑块连接，滑块可沿内镂空履带102的宽度方向滑动，并与内镂空履带102的边框卡接。

在本实施例所提供的技术方案中，如图2所示，外镂空履带101包括外边框1011和间隔设置于外边框1011上的T形条1012，T形条1012由滑杆和滑块构成。在与内镂空履带102配合时，滑杆远离外边框1011的一端从内镂空履带102的边框的侧面开口处穿进，并与滑块固定连接。滑块的宽度与内镂空履带102的镂空部的宽度相适配，从而滑块可以沿内镂空履带102的宽度方向滑动，实现履带可伸缩的功能。在展开状态下，滑块与内镂空履带102的边框卡接，此时履带整体的宽度翻倍，但高度仍然是单个履带的高度，整体始终保持扁平化，可更好的适用于浅水激浪区；在收合状态下，由于滑杆的宽度比内镂空履带102的镂空部的宽度小，所以整个履带仍然呈镂空形式，保证了一定的抗浪能力。

请参照图4，在本发明的一些实施例中，上述轮体为镂空结构。

在本实施例所提供的技术方案中，通过将履带和轮体都设计成镂空的形式，给无人系统留出了足够的透浪空间，使得无人系统在水下的迎水面减小，行走时受到的阻力更小，整体的抗浪能力和抗倾覆能力更强。

请参照图4，在本发明的一些实施例中，上述轮体包括套设在车身主体 2上的驱动轮4和从动轮5，驱动轮4与可伸缩式镂空履带1啮合。进一步的，上述驱动轮4外侧的轮齿的纵截面呈梯形。

在本实施例所提供的技术方案中，驱动轮4和从动轮5分别套设在车身主体2两端的轮轴上，车身主体2内部的驱动装置的输出轴通过锥齿轮与驱动轮4连接，从而给驱动轮4提供动力，驱使其转动，并由于驱动轮4 与可伸缩式镂空履带1啮合，所以带动可伸缩式镂空履带1向前运动。从动轮5在另一端为可伸缩式镂空履带1提供支撑，并与可伸缩式镂空履带1 滚动接触。

进一步的，驱动轮4外侧的轮齿的纵截面呈梯形，即轮齿的横截面由内至外逐渐变小(如图4所示)。具体的，在可伸缩式镂空履带1展开的状态下，驱动轮4与内镂空履带102的镂空部啮合，此时啮合得较深；在可伸缩式镂空履带1收合的状态下，驱动轮4啮合在T形条1012的滑杆与内镂空履带102形成的间隙中，此间隙比内镂空履带102的镂空部要窄，所以此时啮合得较浅。通过将驱动轮4外侧的轮齿设计成由内至外横截面逐渐变小的形式，以保证在可伸缩式镂空履带1展开或收合的状态下，驱动轮4都能与其紧密啮合，从而可以灵活地运用于不同的作业环境中。

示例性的，从动轮5也可以设计成带有轮齿的形式，并与可伸缩式镂空履带1啮合，这样形成的可行走履带单体结构更加稳固。

请参照图5-图7，在本发明的一些实施例中，上述车架3包括内车板和外车板，外车板内部沿宽度方向设有滑轨，内车板两侧设有与滑轨相适配的滑动部，内车板可沿外车板宽度方向向外滑动展开。

在本实施例所提供的技术方案中，通过将车架3设计成可伸缩的结构，从而可以根据不同的环境和需求，在车架3上安装不同尺寸和功能的载荷，以完成相应的作业。例如可以安装机械手、机械臂、云台、摄像头或其他探测和作业设备，能够相应完成水下采矿、探测、勘察等多种任务，拓展了无人系统装置的应用领域。示例性的，如图7所示，在车架3上安装机械臂，可以完成水下垃圾清理、海洋生物拾取等工作。

请参照图1，在本发明的一些实施例中，上述车架3顶部设置有用于安装不同的载荷的安装部。进一步的，上述安装部安装有目标识别模块6、GPS 天线7、4G天线8和作业机构9。

在本实施例所提供的技术方案中，通过在车架3上安装目标识别模块6，在进行相关探测、侦查任务时，能够对目标物进行探测和识别，并将检测得到的结果数据等通过4G天线8传输给远端的工作人员，便于工作人员对无人系统的工作状态进行了解和监督；GPS天线7能够接收外界的卫星信号，对当前无人系统所处的位置进行定位，并将定位结果数据通过4G天线8传输给远端的工作人员，便于工作人员对无人系统的操控。通过4G天线8能更好的与外界进行通信，且传输速度快，能保证数据的实时性。

请参照图8，在本发明的一些实施例中，上述车身主体2内部设有电池 10、控制器11、驱动电机12、减速箱13、驱动轴14、4G DTU模块15和惯导系统16，电池10通过控制器11与驱动电机12连接，驱动电机12通过联轴器与减速箱13连接，减速箱13的输出端与驱动轴14连接，驱动轴14 通过锥齿轮与轮体连接，4G DTU模块15与惯导系统16均与电池10连接。

在本实施例所提供的技术方案中，电池10为控制器11、驱动电机12、 4G DTU模块15和惯导系统16提供电能。由于在水下作业时，无法提供有线通信的环境，所以可以通过设置4G DTU模块15实现无线通信，发送当前工作信息，同时接收远端控制信息，并通过控制器11对驱动电机12的转速等进行相应调节和控制，从而控制无人系统的运动状态和方向等。惯导系统16能够检测到当前无人系统的运动位置、姿态、加速度和航向等导航参数，并将相关参数通过4G DTU模块15传输给远端工作人员。

在本发明的一些实施例中，上述车架3与车身主体2之间通过螺栓连接。

在本实施例所提供的技术方案中，车架3通过螺栓与车身主体2可拆卸连接，使得检测维修更加方便，并且拆卸和组装简单快速，拆卸后便于携带和运输。

综上所述，本申请实施例提供一种用于浅水激浪区的无人系统，其包括车身主体2、可伸缩式镂空履带1和车架3，车身主体2通过轮体与可伸缩式镂空履带1啮合连接，两个车身主体2对称设置于车架3的两侧并位于可伸缩式镂空履带1内，可伸缩式镂空履带1包括相适配的内镂空履带 102和外镂空履带101，外镂空履带101可沿内镂空履带102的宽度方向向外滑动展开。本发明总体布局低矮，从结构透浪设计、跨域环境感知、紧凑驱动控制等方面充分考虑抗浪和透浪设计，以满足在浅水激浪区水下作业和在岸滩环境下的作业要求，具有携带运输方便、抗浪能力和抗倾覆能力强、使用范围广等优点。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种用于浅水激浪区的无人系统，包括车身主体，其特征在于，还包括可伸缩式镂空履带和车架，所述车身主体通过轮体与所述可伸缩式镂空履带啮合连接，两个所述车身主体对称设置于所述车架的两侧并位于所述可伸缩式镂空履带内；

所述可伸缩式镂空履带包括相适配的内镂空履带和外镂空履带，所述外镂空履带可沿所述内镂空履带的宽度方向向外滑动展开；

所述外镂空履带包括外边框和间隔设置于所述外边框上的T形条，所述内镂空履带靠近所述外镂空履带的一侧边框上间隔设置有与所述T形条一一对应的开口；所述T形条包括滑杆和滑块，所述滑杆的一端与所述外边框固定连接，另一端穿过所述开口与所述滑块连接，所述滑块可沿内镂空履带的宽度方向滑动，并与内镂空履带的边框卡接。

2.如权利要求1所述的一种用于浅水激浪区的无人系统，其特征在于，所述轮体为镂空结构。

3.如权利要求1所述的一种用于浅水激浪区的无人系统，其特征在于，所述轮体包括套设在所述车身主体上的驱动轮和从动轮，所述驱动轮与所述可伸缩式镂空履带啮合。

4.如权利要求3所述的一种用于浅水激浪区的无人系统，其特征在于，所述驱动轮外侧的轮齿的纵截面呈梯形。

5.如权利要求1所述的一种用于浅水激浪区的无人系统，其特征在于，所述车架包括内车板和外车板，所述外车板内部沿宽度方向设有滑轨，所述内车板两侧设有与所述滑轨相适配的滑动部，所述内车板可沿外车板宽度方向向外滑动展开。

6.如权利要求1所述的一种用于浅水激浪区的无人系统，其特征在于，所述车架顶部设置有用于安装不同的载荷的安装部。

7.如权利要求6所述的一种用于浅水激浪区的无人系统，其特征在于，所述安装部安装有目标识别模块、GPS天线、4G天线和作业机构。

8.如权利要求1所述的一种用于浅水激浪区的无人系统，其特征在于，所述车身主体内部设有电池、控制器、驱动电机、减速箱、驱动轴、4GDTU模块和惯导系统，所述电池通过所述控制器与所述驱动电机连接，所述驱动电机通过联轴器与所述减速箱连接，所述减速箱的输出端与所述驱动轴连接，所述驱动轴通过锥齿轮与所述轮体连接，所述4GDTU模块与惯导系统均与所述电池连接。

9.如权利要求1所述的一种用于浅水激浪区的无人系统，其特征在于，所述车架与所述车身主体之间通过螺栓连接。

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