[发明专利]具有水陆两栖功能的小型变结构式推进装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种可在平坦地面、崎岖陆地、滩涂、水面以及水底等多种水陆环境中行进的小型变结构式推进装置。

背景技术

水陆两栖机器人能够在水陆两种环境下工作，具有很强的环境适应性以及执行多种任务的能力，具有十分重要的研究意义和应用价值。水陆两栖机器人的研究重点之一在于研制能够集水陆行进功能于一体的推进装置。但是，这方面的研究尚不充分。

国内外比较成熟的研究成果主要集中在具有水陆两栖功能的大型装备上，如：两栖坦克、两栖汽车等。这些装备的推进系统往往由水陆两种推进装置简单叠加而成，体积大、耗能高、结构复杂、切换繁琐。因此，相关技术很难直接移植应用于小型水陆两栖机器人上。近年来，陆续出现了一些小型化的水陆两栖推进装置方案。例如：有的在车轮外侧直接安装桨叶，在陆地上利用车轮行进，在水中利用车轮的转动带动桨叶旋转以实现划水行进；有的把车轮做成不连续的圆形，中间用桨叶代替车轮的辐条以实现拨水前进；有的把车轮与轴用叶片联接在一起，轴上安装有回转关节，在水面漂浮时回转关节转动90度使桨叶实现螺旋桨的功能推动车体前行，需要多个驱动电机；等等。然而，这些方案存在着一定的不足，主要表现为：把水陆两种推进装置简单叠加在一起，存在着体积大、结构复杂、切换繁琐的缺点；驱动元件(如：电机)的数量过多，存在着能耗大、控制复杂的缺点；为了兼顾水中行进功能而牺牲了陆地行进能力，例如：仅能在平坦地面上行驶，而无法在崎岖陆地和凸凹不平的滩涂上行进，缺乏足够的攀爬和越障能力。

针对上述问题，本发明设计了一种新颖的、可变结构的、具有水陆两栖功能的小型推进装置。该推进装置集轮、腿、桨的运动功能于一体，可在平坦地面、崎岖陆地、滩涂、水面以及水底等多种水陆环境中实现行进功能，具有结构小巧、切换迅速、控制简单、耗能低、适应性强等优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有水陆两栖功能的小型可变结构式推进装置，通过主动改变自身结构，能够实现轮、腿、桨的运动功能。在平坦地面上，推进装置提供轮的功能，实现平稳、快速地运动；在崎岖地面、近海滩涂和水底行进时，推进装置提供腿的功能，实现攀爬和越障功能；在水面漂浮时，推进装置提供桨的功能，划水前进。

本发明中的具有水陆两栖功能的小型变结构式推进装置，由行进机构、传动与同步装置、切换装置和固定装置等组成，具体如下：

固定装置，包括：外轴轴承支架5、制动器支架15、电机支架11、离合器支架29、壳体17组成，所有支架均固联在壳体17上。

行进机构，包括：四个可变轮桨，即左前侧可变轮桨30、左后侧可变轮桨31、右前侧可变轮桨32、右后侧可变轮桨33。两个可变轮桨为一组，两组分别左右对称安装在密闭的壳体17的外部。每个可变轮桨均包括一个内侧轮辐16、一个外侧轮辐20、六个圆弧叶片1。内侧轮辐16通过螺钉固联在外轴3上，外侧轮辐20通过螺钉固联在内轴2上。每两个圆弧叶片1为一组，二者之间用销钉18联接。每组圆弧叶片的两个自由端分别用销钉18联接在内侧轮辐16和外侧轮辐20上，从而保证六个圆弧叶片1位于同一个平面，内侧轮辐16和外侧轮辐20分别位于不同的平面。通过改变内轴2、外轴3的相对转角，即可改变圆弧叶片1的位置姿态，从而实现在不同环境中的行进。例如：如图1所示，在平坦地面上，内侧轮辐16和外侧轮辐20在侧面为重合姿态，使可变轮桨呈轮状；如图2所示，在崎岖地面、近海滩涂或水底潜行时，内侧轮辐16和外侧轮辐20在侧面形成60°夹角，使可变轮桨呈三角形的腿状；如图3所示，在水面漂浮时，内侧轮辐16和外侧轮辐20在侧面形成95°夹角，使可变轮桨呈桨状。

四组切换装置，用于配合行进机构的四个可变轮桨，每组切换装置包括：内轴2、外轴3及与之相配合的离合器6、制动器4等。离合器6与内轴2和外轴3相连。当离合器6断电时，内轴2和外轴3分开，两轴可以相对转动；当离合器6通电吸合后，将内轴2和外轴3锁死。此时，内侧轮辐16，外侧轮辐20和圆弧叶片1作为一个整体运动。制动器4与外轴3和制动器支架15相连。当制动器4通电制动时，外轴3与制动器支架15锁死；当制动器4断电后，外轴3与制动器支架15分开，外轴3可以自由转动。当内轴2和外轴3相对转动特定角度并锁死后，可使可变轮桨30相应在腿、轮、桨之间变化。