CN210363237U - 双驱动源的水陆两栖智能移动底盘 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双驱动源的水陆两栖智能移动底盘，包括底盘本体、悬挂越障组件、动力驱动组件、水下助推组件、电控组件，悬挂越障组件、动力驱动组件、水下助推组件、电控组件均与底盘本体连接固定，悬挂越障组件、动力驱动组件均对称设置有两套，每套悬挂越障组件与同一侧的动力驱动组件连接，动力驱动组件和水下助推组件均与电控组件连接。通过悬挂越障组件、动力驱动组件和水下助推组件实现了移动底盘在陆地和水下高效混合推进，实现移动底盘水陆两栖。配合姿态传感器，实现了在水中运动驱动作业的高效性和精准性，克服了传统移动底盘水面移动控制精度差、易随波逐流等缺陷，保障了移动底盘的安全性、稳定性和自适应性。

Description

双驱动源的水陆两栖智能移动底盘

技术领域

本实用新型属于移动底盘技术领域，具体涉及一种双驱动源的水陆两栖智能移动底盘。

背景技术

履带式底盘具有动作灵活、负重性能好、越障能力强等优点，常用于在陆地上的复杂恶劣地面特种机器移动平台上，为了提高底盘可适用的范围，履带式底盘向着大负载、高速、高越障性能以及可适用于地面、水面等水陆两栖环境的方向发展。

当前两栖式履带式底盘根据驱动机构和运动形式的不同可以分为：单一驱动型和复合驱动型。

(1)单一驱动型

单一驱动型水陆两栖履带式底盘主要通过履带在陆地或水中转动实现前进驱动，例如申请号为200620028694.0的实用新型专利“双驱动浮箱履带式水陆两用施工机械底盘”和申请号为201420213818.7的实用新型专利“水陆两栖行走机器人”。

将履带式底盘实现水陆两栖功能，直接采用履带单一驱动型的方案，尽管成本较低，但水中或水面驱动运动效率低，运动速度缓慢，并且在浪、流等较大的环境中容易失稳产生随波逐流，无法水平定位进行精准作业。

(2)复合驱动型

复合驱动型水陆两栖履带式底盘通过在陆地上使用履带驱动，但进入水中后则启动另外一种驱动方式实现行走，例如通过在履带和驱动轮内部设置推进器产生侧向推力或设置固定的推进器以提高底盘推进力。典型的方案有申请号为201310480381.3的发明专利“新型水陆两栖行走机构”，申请号为201420367501.9的实用新型专利“一种浮箱式履带水陆两用行走装置”等。

对于复合驱动型的履带式底盘，在履带与轮系内设置推进器，仅能完成底盘的侧向推进，无法有效提高底盘前进速度；而采用在机身侧向设置推进器的底盘，推进器推力方向固定，由于水流方向或机械误差原因，机体容易产生运动偏转，不利于稳定运动控制。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种双驱动源的水陆两栖智能移动底盘，解决目前移动底盘无法实现在水中高效、快速和精准运动的问题，实现水陆两栖移动底盘在陆地和水面高效运动和稳定控制功能，提升智能移动底盘工作适应范围。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：双驱动源的水陆两栖智能移动底盘，包括底盘本体、悬挂越障组件、动力驱动组件、水下助推组件、电控组件，悬挂越障组件、动力驱动组件、水下助推组件、电控组件均与底盘本体连接固定，悬挂越障组件、动力驱动组件均对称设置有两套，每套悬挂越障组件与同一侧的动力驱动组件连接，动力驱动组件和水下助推组件均与电控组件连接。

具体的，所述底盘本体包括机架和设置于机架外部的盖板。

具体的，所述每套悬挂越障组件包括浮筒、托带轮、主动轮、从动轮、负载轮、张紧机构、履带、连接管，两套浮筒之间通过连接管连接，浮筒对称设置于底盘本体的两侧且与底盘本体连接固定，浮筒的顶部设有支撑履带的托带轮，浮筒的前端设置有从动轮和张紧机构，浮筒的后端设置有主动轮，浮筒的底部设有负载轮，履带设置于由托带轮、主动轮、从动轮、负载轮、张紧机构组成的外轮廓上。

进一步的，所述履带的表面设置有间隔一定距离的横板。

具体的，所述每套动力驱动组件包括驱动电机、减速机构、主齿轮、传动链条、从齿轮、密封壳体、水密组件，驱动电机设置于底盘本体上，驱动电机的输出轴通过减速机构连接主齿轮，主齿轮通过传动链条连接从齿轮，从齿轮通过轴结构连接悬挂越障组件中的主动轮，密封壳体设置于驱动电机、减速机构、主齿轮、传动链条、从齿轮外部，在密封壳体与主齿轮连接的转轴处设置有水密组件。

具体的，所述水下助推组件包括推进组件、转向组件、支架、螺旋桨，支架设置于底盘本体上，推进组件设置于支架前端，且推进组件与转向组件连接，推进组件和转向组件与螺旋桨连接。

具体的，所述推进组件包括推进支架、第一传动伞齿、第二传动伞齿、第一传动转轴、第二传动轴、第三传动伞齿、第四传动伞齿、推进转轴、推进电机，推进电机设置在支架上端，推进电机的输出轴通过第一传动转轴连接第一传动伞齿，第一传动伞齿通过第一传动转轴设置在推进支架上，第一传动伞齿与第二传动伞齿啮合，第二传动伞齿通过第二传动轴竖直设置于推进支架上，第二传动轴的下端连接第三传动伞齿，第三传动伞齿与第四传动伞齿啮合，第四传动伞齿通过推进转轴连接螺旋桨。

具体的，所述转向组件包括第一传动轴、传动蜗杆、传动涡轮、转向支架、转向轴、转向壳、转向电机，第一传动轴设置在转向支架前端，第一传动轴前端通过联轴器连接转向电机的输出轴，第一传动轴后端连接传动蜗杆，传动蜗杆设置在转向支架中间，传动蜗杆与传动涡轮啮合，传动涡轮设置于转向轴上端，转向轴套接在第二传动轴外部，转向轴下端连接有转向壳，转向壳内部设置有第三传动伞齿、第四传动伞齿，通过转向轴的转动带动转向壳整体摆动。

具体的，所述电控组件包括控制机构、姿态感知机构、电源，控制机构、姿态感知机构和电源设置于底盘本体内部，采用密封防水结构，控制机构连接姿态感知机构和电源，控制机构还与动力驱动组件中的驱动电机、水下助推组件中的推进电机和转向电机连接，姿态感知机构为惯性传感器，设置于底盘本体前端底部，用以采集底盘运动前进的姿态和方向，电源为智能移动底盘内的耗电元件供电。

本实用新型具有以下有益效果：本实用新型通过悬挂越障组件、动力驱动组件和水下助推组件实现了移动底盘在陆地和水下高效混合推进，保障了移动底盘水陆两栖的适用范围。配合姿态传感器，实现了在水中运动驱动作业的高效性和精准性，克服了传统移动底盘水面移动控制精度差、易随波逐流等缺陷，保障了移动底盘的安全性、稳定性和自适应性，对提升智能移动底盘应用至特种机器人以适用不同两栖环境要求、控制精准性要求和速度要求等具有重要意义。

附图说明

图1是本实用新型水陆两栖智能移动底盘立体结构示意图。

图2是本实用新型水陆两栖智能移动底盘主视结构示意图。

图3是本实用新型水陆两栖智能移动底盘左视结构示意图。

图4是本实用新型水陆两栖智能移动底盘右视结构示意图。

图5是本实用新型水陆两栖智能移动底盘俯视结构示意图。

图6是本实用新型移动底盘去除密封壳体后的主视结构示意图。

图7是本实用新型移动底盘去除密封壳体后的右视结构示意图。

图8是本实用新型水下助推组件的立体结构示意图。

图9是本实用新型水下助推组件的主视结构示意图。

图10是本实用新型水下助推组件的左视结构示意图。

图11是本实用新型水下助推组件的右视结构示意图。

图12是本实用新型水下助推组件中的剖视结构示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1-5所示，双驱动源的水陆两栖智能移动底盘，包括底盘本体1、悬挂越障组件2、动力驱动组件3、水下助推组件4、电控组件5，悬挂越障组件2、动力驱动组件3、水下助推组件4、电控组件5均与底盘本体1连接固定，悬挂越障组件2、动力驱动组件3均对称设置有两套，每套悬挂越障组件2与同一侧的动力驱动组件3连接，动力驱动组件3和水下助推组件4均与电控组件5连接。

底盘本体1是特种机器人的本体，实现对其它组件的连接、支撑和固定功能，底盘本体1包括机架1-1和设置于机架1-1外部的盖板1-2。机架1-1是框架式结构，设置于底盘本体1中央。盖板为平板结构，数量为两套，设置于底盘本体1的两侧，处于悬挂越障组件2的上端。

悬挂越障组件2可实现机器人对路面的贴合、摩擦转动和减震效果，是机器人实现陆地平稳性越障的主体。悬挂越障组件2共两套，分别设置于机架1-1两侧，如图5、6所示，每套悬挂越障组件2包括浮筒2-1、托带轮2-2、主动轮2-3、从动轮2-4、负载轮2-5、张紧机构2-6、履带2-7、连接管2-8。

浮筒2-1为扁平倒置的梯形结构，具有一定厚度，内部中空，与机架1-1连接，两套浮筒2-1之间通过连接管2-8连接，连接管2-8为管结构，数量为两套，设置于两套浮筒2-1之间，管2-8的端面连接两浮筒2-1。浮筒2-1对称设置于底盘本体1的两侧且与底盘本体1连接固定，浮筒2-1的顶部设有支撑履带2-7的托带轮2-2，浮筒2-1的前端设置有从动轮2-4和张紧机构2-6，张紧机构2-6具体设置于浮筒1-1和从动轮2-4之间的浮筒2-1前端，实现对悬挂机构中履带2-7的张紧。浮筒2-1的后端设置有主动轮2-3，浮筒2-1的底部设有用以承重的负载轮2-5，履带2-7设置于由托带轮2-2、主动轮2-3、从动轮2-4、负载轮2-5、张紧机构2-6组成的外轮廓上。履带2-7为橡胶材质，履带2-7的表面设置有间隔一定距离的横板2-6a，用在陆地可越障增大摩擦、用在水下可实现划水。主动轮2-3通过转轴传动机构从动力驱动组件3获取动力，拖动履带2-7旋转，实现机器人运动。

悬挂越障组件2的整体工作效果为：主动轮2-3转动，拖动履带2-7转动，通过托带轮2-2、从动轮2-4、负载轮2-5配合张紧机构2-6实现对履带2-7的连续拖动循环铺设，带动底盘本体1运动。

动力驱动组件3是悬挂越障组件2的动力源，动力驱动组件3的数量与悬挂越障组件2一致，每套动力驱动组件3驱动一个悬挂越障组件2作业。如图4、6、7所示，每套动力驱动组件3包括驱动电机3-1、减速机构3-2、主齿轮3-3、传动链条3-4、从齿轮3-5、密封壳体3-6、水密组件3-7。驱动电机3-1设置于底盘本体1上，具体为盖板1-2后方上端，纵置，驱动电机3-1的输出轴通过减速机构3-2连接主齿轮3-3，主齿轮3-3通过传动链条3-4连接从齿轮3-5，从齿轮3-5通过轴结构连接悬挂越障组件2中的主动轮2-3，密封壳体3-6设置于驱动电机3-1、减速机构3-2、主齿轮3-3、传动链条3-4、从齿轮3-5外部，在密封壳体3-6与主齿轮3-3连接的转轴处设置有水密组件3-7，用以实现从齿轮3-5与主动轮2-3之间转轴的密封。

水下助推组件4实现对底盘本体1在水中的高效推进和转弯配合功能，如图8所示，水下助推组件4包括推进组件4-1、转向组件4-2、支架4-3、螺旋桨4-4，支架4-3设置于底盘本体1的机架1-1上，推进组件4-1设置于支架4-3前端，且推进组件4-1与转向组件4-2连接，推进组件4-1和转向组件4-2与螺旋桨4-4连接。

推进组件4-1可实现对螺旋桨4-4的动力旋转推进，如图9-12所示，推进组件4-1包括推进支架4-1a、第一传动伞齿4-1b、第二传动伞齿4-1c、第一传动转轴4-1d、第二传动轴4-1e、第三传动伞齿4-1f、第四传动伞齿4-1g、推进转轴4-1h、推进电机4-1i。推进电机4-1i设置在支架4-3上端，推进电机4-1i的输出轴通过第一传动转轴4-1d连接第一传动伞齿4-1b，第一传动伞齿4-1b通过第一传动转轴4-1d设置在推进支架4-1a上，推进支架4-1a为L型支架，设置于支架4-3前端，是连接推进组件4-1其他零件的载体。第一传动伞齿4-1b与第二传动伞齿4-1c啮合，第二传动伞齿4-1c通过第二传动轴4-1e竖直设置于推进支架4-1a上，第二传动轴4-1e的下端连接第三传动伞齿4-1f，第三传动伞齿4-1f与第四传动伞齿4-1g啮合，第四传动伞齿4-1g通过推进转轴4-1h连接螺旋桨4-4。推进组件4-1的推进机理为：推进电机4-1i转动，动力经第一传动转轴4-1d→第一传动伞齿4-1b→第二传动伞齿4-1c→第二传动轴4-1e→第三传动伞齿4-1f→第四传动伞齿4-1g→推进转轴4-1h→螺旋桨4-4，最终实现动力从推进电机4-1i到螺旋桨4-4的输出。

转向组件4-2对螺旋桨4-4的推进方向实时控制调整，如图9-12所示，转向组件4-2包括第一传动轴4-2a、传动蜗杆4-2b、传动涡轮4-2c、转向支架4-2d、转向轴4-2e、转向壳4-2f、转向电机4-2g。

第一传动轴4-2a设置在转向支架4-2d前端，第一传动轴4-2a前端通过联轴器连接转向电机4-2g的输出轴，第一传动轴4-2a后端连接传动蜗杆4-2b，传动蜗杆4-2b设置在转向支架4-2d中间，传动蜗杆4-2b与传动涡轮4-2c啮合，传动涡轮4-2c设置于转向轴4-2e上端，转向轴4-2e竖直放置，内部中空，转向轴4-2e套接在第二传动轴4-1e外部，转向轴4-2e下端连接有转向壳4-2f，转向壳4-2f为棱柱结构，内部中空，转向壳4-2f内部设置有第三传动伞齿4-1f、第四传动伞齿4-1g，通过转向轴4-2e的转动带动转向壳4-2f整体摆动。

转向组件4-2对螺旋桨4-4方向调整的机理为：转向电机4-2g转动，动力经第一传动轴4-2a→传动蜗杆4-2b→传动涡轮4-2c→转向轴4-2e→转向壳4-2f，从而带动转向壳4-2f内部组件及外部的螺旋桨4-4摆动，实现变向推进功能。

水下助推组件4的整体工作效果为：推进组件4-1在对螺旋桨4-4正向或反向推进时实现助力功能，从而推动底盘本体1在水中的移动，同时转向组件4-2通过对螺旋桨4-4推进方向的实时调整，从而实现底盘本体1的快速换向或方向精准调整，弥补履带结构在水中推进效率低、控制精度差以及易随波逐流的缺陷。

电控组件5为机器人参数采集、信息融合、动力驱动和控制决策机构，电控组件5包括控制机构5-1、姿态感知机构5-2、电源5-3，控制机构5-1、姿态感知机构5-2和电源5-3设置于底盘本体1的机架1-1内部，采用密封防水结构，控制机构5-1连接姿态感知机构5-2和电源5-3，控制机构5-1实现对系统工作的参数采集和决策控制。控制机构5-1还与动力驱动组件3中的驱动电机3-1、水下助推组件4中的推进电机4-1i和转向电机4-2g连接。姿态感知机构5-2为惯性传感器，设置于底盘本体1前端底部，用以采集底盘运动前进的姿态和方向，电源5-3为智能移动底盘内的耗电元件供电。当智能移动底盘需要运动或转向时，控制机构5-1通过姿态感知机构5-2实时感知车体姿态和运动艏向角，从而闭环控制动力驱动组件3以及水下助推组件4实现精准运动控制和转向控制。

双驱动源的水陆两栖智能移动底盘的工作方法，包括以下步骤：

(1)双驱动源的水陆两栖智能移动底盘地面运动步骤

1)电控组件5中的控制机构5-1控制左右两套驱动电机3-1转动，动力依次经减速机构3-2、主齿轮3-3、传动链条3-4传递至从齿轮3-5，从齿轮3-5的转轴经水密组件3-7将转动动力传递至悬挂越障组件2中的主动轮2-3，主动轮2-3转动时，拖动履带2-7旋转铺设，与地面形成摩擦，驱动底盘本体1运动。

2)通过控制左右两套动力驱动组件3中驱动电机3-1的正转、反转和转速大小，控制左右两套悬挂越障组件2中履带2-7转动速度，进而改变底盘本体1的运动速度和方向。

3)当底盘本体1运动时，控制机构5-1控制姿态感知机构5-2采集底盘本体1的艏向角，分析决策后，将闭环控制指令进一步发送至左右两套驱动电机3-1，控制底盘本体1精准转向；

(2)双驱动源的水陆两栖智能移动底盘水面或水下运动步骤

1)电控组件5中的控制机构5-1控制左右两套驱动电机3-1转动，动力依次经减速机构3-2、主齿轮3-3、传动链条3-4传递至从齿轮3-5，从齿轮3-5的转轴经水密组件3-7将转动动力传递至悬挂越障组件2中的主动轮2-3，主动轮2-3转动时拖动履带2-7旋转转动，带动履带2-7上的横板2-6a转动，横板2-6a转动时进行拨水，与水中流体形成作用力驱动底盘本体1运动，通过控制左右两套动力驱动组件3中驱动电机3-1的正转、反转和转速大小，进而控制左右两套悬挂越障组件2中履带2-7转动速度，改变底盘本体1的运动速度和方向。

2)与此同时，水下助推组件4与悬挂越障组件2和动力驱动组件3形成协同作业能力，具体工作步骤如下：

a、控制机构5-1控制推进电机4-1i转动，动力经第一传动转轴4-1d、第一传动伞齿4-1b、第二传动伞齿4-1c、第二传动轴4-1e、第三传动伞齿4-1f、第四传动伞齿4-1g传递至推进转轴4-1h，推进转轴4-1h带动螺旋桨4-4转动，形成的反推力推动底盘本体1运动。

b、当底盘本体1需转向时，控制机构5-1控制转向电机4-2g转动，动力经第一传动轴4-2a、传动蜗杆4-2b、传动涡轮4-2c、转向轴4-2e传递至转向壳4-2f，从而带动转向壳4-2f内部组件及外部的螺旋桨4-4摆动，对底盘本体1变向推进。

c、在上述对底盘本体1运动驱动过程中，控制机构5-1控制姿态感知机构5-2采集底盘本体1的艏向角，分析决策后，将闭环控制指令进一步发送至左右两套驱动电机3-1以及转向电机4-2g，对左右两套悬挂越障组件2中履带2-7转速、对水下助推组件4中螺旋桨4-4的推进方向调整，控制底盘本体1的精准转向。

上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定。在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域普通人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本实用新型的保护范围。

本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (9)

1.双驱动源的水陆两栖智能移动底盘，其特征在于，包括底盘本体、悬挂越障组件、动力驱动组件、水下助推组件、电控组件，悬挂越障组件、动力驱动组件、水下助推组件、电控组件均与底盘本体连接固定，悬挂越障组件、动力驱动组件均对称设置有两套，每套悬挂越障组件与同一侧的动力驱动组件连接，动力驱动组件和水下助推组件均与电控组件连接。

2.如权利要求1所述的双驱动源的水陆两栖智能移动底盘，其特征在于，所述每套悬挂越障组件包括浮筒、托带轮、主动轮、从动轮、负载轮、张紧机构、履带、连接管，两套浮筒之间通过连接管连接，浮筒对称设置于底盘本体的两侧且与底盘本体连接固定，浮筒的顶部设有支撑履带的托带轮，浮筒的前端设置有从动轮和张紧机构，浮筒的后端设置有主动轮，浮筒的底部设有负载轮，履带设置于由托带轮、主动轮、从动轮、负载轮、张紧机构组成的外轮廓上。

3.如权利要求2所述的双驱动源的水陆两栖智能移动底盘，其特征在于，所述履带的表面设置有间隔一定距离的横板。

4.如权利要求1所述的双驱动源的水陆两栖智能移动底盘，其特征在于，所述每套动力驱动组件包括驱动电机、减速机构、主齿轮、传动链条、从齿轮、密封壳体、水密组件，驱动电机设置于底盘本体上，驱动电机的输出轴通过减速机构连接主齿轮，主齿轮通过传动链条连接从齿轮，从齿轮通过轴结构连接悬挂越障组件中的主动轮，密封壳体设置于驱动电机、减速机构、主齿轮、传动链条、从齿轮外部，在密封壳体与主齿轮连接的转轴处设置有水密组件。

5.如权利要求1所述的双驱动源的水陆两栖智能移动底盘，其特征在于，所述水下助推组件包括推进组件、转向组件、支架、螺旋桨，支架设置于底盘本体上，推进组件设置于支架前端，且推进组件与转向组件连接，推进组件和转向组件与螺旋桨连接。

6.如权利要求5所述的双驱动源的水陆两栖智能移动底盘，其特征在于，所述推进组件包括推进支架、第一传动伞齿、第二传动伞齿、第一传动转轴、第二传动轴、第三传动伞齿、第四传动伞齿、推进转轴、推进电机，推进电机设置在支架上端，推进电机的输出轴通过第一传动转轴连接第一传动伞齿，第一传动伞齿通过第一传动转轴设置在推进支架上，第一传动伞齿与第二传动伞齿啮合，第二传动伞齿通过第二传动轴竖直设置于推进支架上，第二传动轴的下端连接第三传动伞齿，第三传动伞齿与第四传动伞齿啮合，第四传动伞齿通过推进转轴连接螺旋桨。

7.如权利要求5所述的双驱动源的水陆两栖智能移动底盘，其特征在于，所述转向组件包括第一传动轴、传动蜗杆、传动涡轮、转向支架、转向轴、转向壳、转向电机，第一传动轴设置在转向支架前端，第一传动轴前端通过联轴器连接转向电机的输出轴，第一传动轴后端连接传动蜗杆，传动蜗杆设置在转向支架中间，传动蜗杆与传动涡轮啮合，传动涡轮设置于转向轴上端，转向轴套接在第二传动轴外部，转向轴下端连接有转向壳，转向壳内部设置有第三传动伞齿、第四传动伞齿，通过转向轴的转动带动转向壳整体摆动。

8.如权利要求1所述的双驱动源的水陆两栖智能移动底盘，其特征在于，所述电控组件包括控制机构、姿态感知机构、电源，控制机构、姿态感知机构和电源设置于底盘本体内部，采用密封防水结构，控制机构连接姿态感知机构和电源，控制机构还与动力驱动组件中的驱动电机、水下助推组件中的推进电机和转向电机连接，姿态感知机构为惯性传感器，设置于底盘本体前端底部，用以采集底盘运动前进的姿态和方向，电源为智能移动底盘内的耗电元件供电。

9.如权利要求1所述的双驱动源的水陆两栖智能移动底盘，其特征在于，所述底盘本体包括机架和设置于机架外部的盖板。

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