專利名稱：一種陀螺穩(wěn)定式水陸兩棲行駛器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用陀螺特性進(jìn)行穩(wěn)定及控制且適合在陸地及水中運(yùn)動(dòng)的陀螺穩(wěn)定式水陸兩棲行駛器，屬于行駛工具領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在民事及軍事活動(dòng)中，通過一種較簡單的工具實(shí)現(xiàn)既能在陸地又能在水面運(yùn)動(dòng)具有實(shí)際意義；此外，在一些需要對周圍環(huán)境進(jìn)行觀察但又要求與環(huán)境之間具有高度密封性的場合，完全密封的自主或遙控運(yùn)動(dòng)工具將發(fā)揮重要作用。針對這一需求，本發(fā)明提出了一種利用陀螺的定軸性及進(jìn)動(dòng)性進(jìn)行穩(wěn)定及運(yùn)動(dòng)方向控制的水陸兩棲行駛器，且由于該行駛器的運(yùn)動(dòng)及控制原理的特殊性，該行駛器與周圍環(huán)境之間不存在動(dòng)密封，只存在靜密封，因而可達(dá)到很高的密封級別，適合在密封性要求很高的場合使用。目前國內(nèi)外未見到該類型的水陸兩棲行駛器。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是提供一種利用陀螺的定軸性及進(jìn)動(dòng)性進(jìn)行行駛器穩(wěn)定及運(yùn)動(dòng)方向控制的水陸兩棲行駛器，且該行駛器可作為探測、偵查等設(shè)備甚至人員的運(yùn)行載體，用以在特殊環(huán)境下完成相應(yīng)任務(wù)。該水陸兩棲行駛器的特點(diǎn)是能夠在陸地及水面行駛，即可直接從陸地行駛到水中或直接從水中行駛到陸地；所有零部件及有效載荷都封裝在外殼中，與外界環(huán)境之間可以有良好的密封，適合在危險(xiǎn)地區(qū)進(jìn)行探測、偵查等活動(dòng)；結(jié)構(gòu)簡單，易于控制。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的陀螺穩(wěn)定式水陸兩棲行駛器包括外殼、主體結(jié)構(gòu)、 陀螺轉(zhuǎn)子、陀螺電樞、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器、電池組、齒輪副、伺服電機(jī)、伺服控制器、絲桿副、支撐滑柱、無線傳輸電臺(tái)、GPS接收機(jī)、槳葉。外殼是由母線繞行駛器軸線旋轉(zhuǎn)而成的旋轉(zhuǎn)體，外殼左右兩個(gè)側(cè)面各安裝若干槳葉；外殼軸線位置的殼體與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主軸通過螺釘緊固并密封；驅(qū)動(dòng)電機(jī)殼體上安裝陀螺電樞，陀螺電樞外部通過一對軸承將陀螺轉(zhuǎn)子支撐在驅(qū)動(dòng)電機(jī)殼體上；主體結(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)外殼固連為一個(gè)整體；主體結(jié)構(gòu)下端通過一對絲杠副和2個(gè)支撐滑柱連接電池組；電池組上方的殼體上用螺釘固定運(yùn)動(dòng)控制器；絲杠副中的絲杠通過一對齒輪副與伺服電機(jī)相連，伺服電機(jī)通過螺釘固定在主體結(jié)構(gòu)的底端；伺服控制器通過螺釘固定在伺服電機(jī)附近的主體結(jié)構(gòu)上；主體結(jié)構(gòu)的頂端安裝無線傳輸電臺(tái)和GPS接收機(jī)。使用該行駛器時(shí)，首先保持行駛器的兩個(gè)側(cè)端面與地面垂直，此時(shí)由于重力作用電池組豎直向下懸垂于航行器內(nèi)部，然后給陀螺電樞加電，啟動(dòng)陀螺轉(zhuǎn)子并使其保持高速轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)由于陀螺的方向穩(wěn)定性，在沒有外力支撐的條件下行駛器可在地面或水面保持豎直狀態(tài)，即側(cè)面與地面垂直的狀態(tài)；當(dāng)需要行駛器向前或向后運(yùn)動(dòng)時(shí)，控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)使其正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，此時(shí)主體結(jié)構(gòu)下部的電池組將對外殼產(chǎn)生一個(gè)驅(qū)動(dòng)力矩，使外殼順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)該行駛器位于地面時(shí)，由于摩擦力作用將使行駛器在地面滾動(dòng)，當(dāng)該行駛器位于水面時(shí)，由于側(cè)面的槳葉與水之間的相互作用將使行駛器在水面滾動(dòng)；在行駛器滾動(dòng)過程中，懸掛在主體結(jié)構(gòu)上的電池組將略微向運(yùn)動(dòng)方向傾斜；當(dāng)需要行駛器改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)， 給主體結(jié)構(gòu)下端的伺服控制器發(fā)控制指令，控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)通過齒輪副帶動(dòng)絲杠副中的絲杠旋轉(zhuǎn)，從而使電池組沿絲杠向左或向右運(yùn)動(dòng)，對陀螺轉(zhuǎn)子形成一個(gè)進(jìn)動(dòng)力矩，該進(jìn)動(dòng)力矩造成陀螺轉(zhuǎn)子在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)整個(gè)行駛器在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，完成行駛器運(yùn)動(dòng)方向的改變。該行駛器上可安裝GPS接收機(jī)，通過GPS接收機(jī)接收GPS信號，為自身定位。該行駛器可安裝無線傳輸電臺(tái)，通過傳輸電臺(tái)接收運(yùn)動(dòng)控制指令或其他指令，并將自身運(yùn)動(dòng)信息及有效載荷的信息傳輸出去。外殼可由透光非金屬材料制成，或部分由金屬、部分由非金屬制成。外殼與地面接觸部分可為直線段或圓弧線段。外殼與地面接觸部分可為類似汽車輪胎的溝槽結(jié)構(gòu)或其它形式以增大與地面摩擦力。有益效果①該行駛器能夠在陸地及水面行駛，即可直接從陸地行駛到水中或直接從水中行駛到陸地；②所有零部件及有效載荷都封裝在外殼中，與外界環(huán)境之間可以有良好的密封， 適合在危險(xiǎn)地區(qū)進(jìn)行探測、偵查等活動(dòng)；③結(jié)構(gòu)簡單，易于控制。

圖1是本發(fā)明一種陀螺穩(wěn)定式水陸兩棲行駛器的主剖視圖；圖2是本發(fā)明一種陀螺穩(wěn)定式水陸兩棲行駛器的側(cè)向局部剖視圖；圖3是本發(fā)明一種陀螺穩(wěn)定式水陸兩棲行駛器處于直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)的驅(qū)動(dòng)示意圖；圖4是本發(fā)明一種陀螺穩(wěn)定式水陸兩棲行駛器處于直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)沿直線運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行投影的后視圖；圖5是本發(fā)明一種陀螺穩(wěn)定式水陸兩棲行駛器處于轉(zhuǎn)彎狀態(tài)時(shí)從頂部投影的俯視圖；圖中1 一外殼、2 —主體結(jié)構(gòu)、3 —陀螺轉(zhuǎn)子、4 一陀螺電樞、5 —驅(qū)動(dòng)電機(jī)、6 —運(yùn)動(dòng)控制器、7 —電池組、8 —齒輪副、9 一伺服電機(jī)、10 —伺服控制器、11 一絲桿副、12 —支撐滑柱、13 —無線傳輸電臺(tái)、14 - GPS接收機(jī)、15 —槳葉。
具體實(shí)施方式
參見圖1、圖2，本發(fā)明的水中自航式全方位偵測器包括外殼1、主體結(jié)構(gòu)2、陀螺轉(zhuǎn)子3、陀螺電樞4、驅(qū)動(dòng)電機(jī)5、運(yùn)動(dòng)控制器6、電池組7、齒輪副8、伺服電機(jī)9、伺服控制器 10、絲桿副11、支撐滑柱12、無線傳輸電臺(tái)13、GPS接收機(jī)14、槳葉15。外殼1是由母線繞行駛器軸線旋轉(zhuǎn)而成的旋轉(zhuǎn)體，當(dāng)行駛器在地面處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，外殼的圓弧部分接觸地面，靠與地面之間的摩擦力運(yùn)動(dòng)；外殼1左右兩個(gè)側(cè)面各安裝若干槳葉15，當(dāng)外殼旋轉(zhuǎn)時(shí)，槳葉與水互相作用，產(chǎn)生推進(jìn)力推動(dòng)行駛器在水面運(yùn)動(dòng)；軸線位置的殼體與驅(qū)動(dòng)電機(jī)5的主軸通過螺釘緊固并密封，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)5的主軸相對主體結(jié)構(gòu)2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將帶動(dòng)外殼1相對主體結(jié)構(gòu)2轉(zhuǎn)動(dòng)；驅(qū)動(dòng)電機(jī)5殼體上安裝陀螺電樞4，陀螺電樞 4外部通過一對軸承將陀螺轉(zhuǎn)子3支撐在驅(qū)動(dòng)電機(jī)5的殼體上，當(dāng)陀螺轉(zhuǎn)子3高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 陀螺轉(zhuǎn)子軸線的方向在一定時(shí)間內(nèi)將保持不變，且具有進(jìn)動(dòng)性；主體結(jié)構(gòu)2與驅(qū)動(dòng)電機(jī)5的外殼固連為一個(gè)整體；主體結(jié)構(gòu)2下端通過一對絲杠副11和2個(gè)支撐滑柱12連接電池組 7,當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)5啟動(dòng)后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)5的主軸將帶動(dòng)外殼1 一起轉(zhuǎn)動(dòng)，由于電池組7的質(zhì)量較大，地面或水面對外殼1的阻力矩不會(huì)造成電池組7繞軸線的整周運(yùn)動(dòng)，最終形成外殼1在地面或水面上轉(zhuǎn)動(dòng)，而懸掛在主體結(jié)構(gòu)2上的電池組7略微向運(yùn)動(dòng)方向傾斜，如圖3所示； 電池組7上方的殼體上用螺釘固定運(yùn)動(dòng)控制器6，用于對行駛器的運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)方向等進(jìn)行控制；絲杠副11中的絲杠通過一對齒輪副8與伺服電機(jī)9相連，伺服電機(jī)9通過螺釘固定在主體結(jié)構(gòu)2的底端，當(dāng)伺服電機(jī)9轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將通過齒輪副8帶動(dòng)絲杠副11中的絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而造成電池組7沿絲杠左右移動(dòng)；伺服控制器10通過螺釘固定在伺服電機(jī)9附近的主體結(jié)構(gòu)2上；主體結(jié)構(gòu)2的頂端安裝無線傳輸電臺(tái)13和GPS接收機(jī)14 ；面A為有效載荷安裝平面，可將如攝像頭、探測器等儀器甚至人員等。該行駛器的作用過程為，使用前首先保持行駛器的兩個(gè)側(cè)端面與地面或水面垂直 (當(dāng)該航行器置于水中時(shí)，由于重力及浮力作用，將自然達(dá)到兩個(gè)側(cè)面與水面垂直的狀態(tài))， 如圖4所示，此時(shí)由于重力作用電池組7將豎直向下懸垂于航行器內(nèi)部，然后給陀螺電樞4 加電，啟動(dòng)陀螺轉(zhuǎn)子3并使其保持高速轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)由于陀螺的方向穩(wěn)定性，在沒有外力支撐的條件下行駛器可在地面或水面保持豎直狀態(tài)，即側(cè)面與地面垂直的狀態(tài)，如圖4所示；當(dāng)需要行駛器向前或向后運(yùn)動(dòng)時(shí)，控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)5使其正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，此時(shí)主體結(jié)構(gòu)2下部的電池組7將對外殼1產(chǎn)生一個(gè)驅(qū)動(dòng)力矩，使外殼1順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)該行駛器位于地面時(shí)，由于摩擦力作用將使行駛器在地面滾動(dòng)，當(dāng)該行駛器位于水面時(shí)，由于側(cè)面的槳葉15 與水之間的相互作用行駛器將在水面滾動(dòng)，如圖3所示；通過控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)5的轉(zhuǎn)速控制行駛器的行進(jìn)速度；在行駛器滾動(dòng)過程中，懸掛在主體結(jié)構(gòu)2上的電池組7將略微向運(yùn)動(dòng)方向傾斜，如圖3所示；當(dāng)需要行駛器改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，給主體結(jié)構(gòu)2下端的伺服控制器10發(fā)控制指令，控制伺服電機(jī)9轉(zhuǎn)動(dòng)，伺服電機(jī)9的轉(zhuǎn)動(dòng)通過齒輪副8帶動(dòng)絲杠副11中的絲杠旋轉(zhuǎn)，從而使電池組7沿絲杠向左或向右運(yùn)動(dòng)，對陀螺轉(zhuǎn)子3產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)動(dòng)力矩，該進(jìn)動(dòng)力矩將造成陀螺轉(zhuǎn)子3在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)整個(gè)行駛器在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，完成行駛器運(yùn)動(dòng)方向的改變，如圖5所示。通過上述方法將對行駛器的運(yùn)動(dòng)速度及運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行控制，其運(yùn)動(dòng)時(shí)的狀態(tài)分別如圖3、圖4及圖5所示。該行駛器上可安裝GPS接收機(jī)14，通過GPS接收機(jī)接收GPS信號，為自身定位。該行駛器可安裝無線傳輸電臺(tái)13，通過傳輸電臺(tái)13接收運(yùn)動(dòng)控制指令或其他指令，并將自身運(yùn)動(dòng)信息及有效載荷的信息傳輸出去。外殼可由透光非金屬材料制成，或部分由金屬、部分由非金屬制成。外殼與地面接觸部分可為直線段或圓弧線段。外殼與地面接觸部分可為類似汽車輪胎的溝槽結(jié)構(gòu)或其它形式以增大與地面摩擦力。
權(quán)利要求1. 一種陀螺穩(wěn)定式水陸兩棲行駛器，其特征在于，該行駛器包括外殼、主體結(jié)構(gòu)、陀螺轉(zhuǎn)子、陀螺電樞、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器、電池組、齒輪副、伺服電機(jī)、伺服控制器、絲桿副、支撐滑柱、無線傳輸電臺(tái)、GPS接收機(jī)、槳葉，外殼是由母線繞行駛器軸線旋轉(zhuǎn)而成的旋轉(zhuǎn)體， 外殼左右兩個(gè)側(cè)面各安裝若干槳葉；外殼軸線位置的殼體與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主軸通過螺釘緊固并密封；驅(qū)動(dòng)電機(jī)殼體上安裝陀螺電樞，陀螺電樞外部通過一對軸承將陀螺轉(zhuǎn)子支撐在驅(qū)動(dòng)電機(jī)殼體上；主體結(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)外殼固連為一個(gè)整體；主體結(jié)構(gòu)下端通過一對絲杠副和2個(gè)支撐滑柱連接電池組；電池組上方的殼體上用螺釘固定運(yùn)動(dòng)控制器；絲杠副中的絲杠通過一對齒輪副與伺服電機(jī)相連，伺服電機(jī)通過螺釘固定在主體結(jié)構(gòu)的底端；伺服控制器通過螺釘固定在伺服電機(jī)附近的主體結(jié)構(gòu)上；主體結(jié)構(gòu)的頂端安裝無線傳輸電臺(tái)和GPS 接收機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種利用陀螺的定軸性及進(jìn)動(dòng)性進(jìn)行行駛器穩(wěn)定及運(yùn)動(dòng)方向控制的水陸兩棲行駛器，屬于行駛工具領(lǐng)域。本實(shí)用新型的陀螺穩(wěn)定式水陸兩棲行駛器包括外殼、主體結(jié)構(gòu)、陀螺轉(zhuǎn)子、陀螺電樞、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器、電池組、齒輪副、伺服電機(jī)、伺服控制器、絲桿副、支撐滑柱、無線傳輸電臺(tái)、GPS接收機(jī)、槳葉。本實(shí)用新型重點(diǎn)解決一種陀螺穩(wěn)定式行駛器的總體方案，該行駛器能夠在陸地及水面行駛，且所有零部件及有效載荷都封裝在轉(zhuǎn)動(dòng)的外殼中。該實(shí)用新型通過陀螺轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)保持行駛器的運(yùn)動(dòng)方向穩(wěn)定，通過電池組沿運(yùn)動(dòng)方向的重力偏心作用控制行駛器的運(yùn)動(dòng)速度，通過電池組沿軸線方向的重力偏心所造成的陀螺轉(zhuǎn)子在水平面內(nèi)的進(jìn)動(dòng)控制行駛器的運(yùn)動(dòng)方向。
文檔編號B60F3/00GK202088833SQ201120003490
公開日2011年12月28日 申請日期2011年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月7日
發(fā)明者馮順山, 邵志宇 申請人:北京理工大學(xué)