專利名稱：一種陀螺穩(wěn)定式水陸兩棲行駛器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用陀螺特性進行穩(wěn)定及控制且適合在陸地及水中運動的陀螺 穩(wěn)定式水陸兩棲行駛器，屬于行駛工具領域。
背景技術：
在民事及軍事活動中，通過一種較簡單的工具實現(xiàn)既能在陸地又能在水面運動具 有實際意義；此外，在一些需要對周圍環(huán)境進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動工具將發(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動性進行穩(wěn)定及運動方向控制的水陸兩棲行駛器，且由于該行駛 器的運動及控制原理的特殊性，該行駛器與周圍環(huán)境之間不存在動密封，只存在靜密封，因 而可達到很高的密封級別，適合在密封性要求很高的場合使用。目前國內外未見到該類型 的水陸兩棲行駛器。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是提供一種利用陀螺的定軸性及進動性進行行駛器穩(wěn)定及運動方向 控制的水陸兩棲行駛器，且該行駛器可作為探測、偵查等設備甚至人員的運行載體，用以在 特殊環(huán)境下完成相應任務。該水陸兩棲行駛器的特點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，適合在危險地區(qū)進行探測、偵查等活動；結構簡單，易于 控制。為解決上述技術問題，本發(fā)明的陀螺穩(wěn)定式水陸兩棲行駛器包括外殼、主體結構、 陀螺轉子、陀螺電樞、驅動電機、運動控制器、電池組、齒輪副、伺服電機、伺服控制器、絲桿 副、支撐滑柱、無線傳輸電臺、GPS接收機、槳葉。外殼是由母線繞行駛器軸線旋轉而成的旋 轉體，外殼左右兩個側面各安裝若干槳葉；外殼軸線位置的殼體與驅動電機的主軸通過螺 釘緊固并密封；驅動電機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子支 撐在驅動電機殼體上；主體結構與驅動電機外殼固連為一個整體；主體結構下端通過一對 絲杠副和2個支撐滑柱連接電池組；電池組上方的殼體上用螺釘固定運動控制器；絲杠副 中的絲杠通過一對齒輪副與伺服電機相連，伺服電機通過螺釘固定在主體結構的底端；伺 服控制器通過螺釘固定在伺服電機附近的主體結構上；主體結構的頂端安裝無線傳輸電臺 和GPS接收機。使用該行駛器時，首先保持行駛器的兩個側端面與地面垂直，此時由于重力作用 電池組豎直向下懸垂于航行器內部，然后給陀螺電樞加電，啟動陀螺轉子并使其保持高速 轉動，此時由于陀螺的方向穩(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)，即側面與地面垂直的狀態(tài)；當需要行駛器向前或向后運動時，控制驅動電機使其 正轉或反轉，此時主體結構下部的電池組將對外殼產生一個驅動力矩，使外殼順時針或逆 時針旋轉，當該行駛器位于地面時，由于摩擦力作用將使行駛器在地面滾動，當該行駛器位于水面時，由于側面的槳葉與水之間的相互作用將使行駛器在水面滾動；在行駛器滾動過 程中，懸掛在主體結構上的電池組將略微向運動方向傾斜；當需要行駛器改變運動方向時， 給主體結構下端的伺服控制器發(fā)控制指令，控制伺服電機轉動，伺服電機的轉動通過齒輪 副帶動絲杠副中的絲杠旋轉，從而使電池組沿絲杠向左或向右運動，對陀螺轉子形成一個 進動力矩，該進動力矩造成陀螺轉子在水平面內轉動，進而帶動整個行駛器在水平面內轉 動，完成行駛器運動方向的改變。該行駛器上可安裝GPS接收機，通過GPS接收機接收GPS信號，為自身定位。該行駛器可安裝無線傳輸電臺，通過傳輸電臺接收運動控制指令或其他指令，并 將自身運動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構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 在危險地區(qū)進行探測、偵查等活動；③結構簡單，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向局部剖視圖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動狀態(tài)時的驅動示意圖； 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動狀態(tài)時沿直線運動方向 進行投影的后視圖5是本發(fā)明一種陀螺穩(wěn)定式水陸兩棲行駛器處于轉彎狀態(tài)時從頂部投影的俯視圖； 圖中1 一外殼、2 —主體結構、3 —陀螺轉子、4 一陀螺電樞、5 —驅動電機、6 —運動控 制器、7 —電池組、8 —齒輪副、9 一伺服電機、10 —伺服控制器、11 一絲桿副、12 —支撐滑 柱、13 —無線傳輸電臺、14 - GPS接收機、15 —槳葉。
具體實施例方式參見圖1、圖2，本發(fā)明的水中自航式全方位偵測器包括外殼1、主體結構2、陀螺 轉子3、陀螺電樞4、驅動電機5、運動控制器6、電池組7、齒輪副8、伺服電機9、伺服控制器 10、絲桿副11、支撐滑柱12、無線傳輸電臺13、GPS接收機14、槳葉15。外殼1是由母線繞行駛器軸線旋轉而成的旋轉體，當行駛器在地面處于運動狀態(tài) 時，外殼的圓弧部分接觸地面，靠與地面之間的摩擦力運動；外殼1左右兩個側面各安裝若 干槳葉15，當外殼旋轉時，槳葉與水互相作用，產生推進力推動行駛器在水面運動；軸線位 置的殼體與驅動電機5的主軸通過螺釘緊固并密封，當驅動電機5的主軸相對主體結構2 轉動時，將帶動外殼1相對主體結構2轉動；驅動電機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子3支撐在驅動電機5的殼體上，當陀螺轉子3高速轉動時，陀螺轉子軸線的方向在一定時間內將保持不變，且具有進動性；主體結構2與驅動電機5的 外殼固連為一個整體；主體結構2下端通過一對絲杠副11和2個支撐滑柱12連接電池組 7,當驅動電機5啟動后，驅動電機5的主軸將帶動外殼1 一起轉動，由于電池組7的質量較 大，地面或水面對外殼1的阻力矩不會造成電池組7繞軸線的整周運動，最終形成外殼1在 地面或水面上轉動，而懸掛在主體結構2上的電池組7略微向運動方向傾斜，如圖3所示； 電池組7上方的殼體上用螺釘固定運動控制器6，用于對行駛器的運動速度、運動方向等進 行控制；絲杠副11中的絲杠通過一對齒輪副8與伺服電機9相連，伺服電機9通過螺釘固 定在主體結構2的底端，當伺服電機9轉動時，將通過齒輪副8帶動絲杠副11中的絲杠轉 動，從而造成電池組7沿絲杠左右移動；伺服控制器10通過螺釘固定在伺服電機9附近的 主體結構2上；主體結構2的頂端安裝無線傳輸電臺13和GPS接收機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側端面與地面或水面垂直 (當該航行器置于水中時，由于重力及浮力作用，將自然達到兩個側面與水面垂直的狀態(tài))， 如圖4所示，此時由于重力作用電池組7將豎直向下懸垂于航行器內部，然后給陀螺電樞4 加電，啟動陀螺轉子3并使其保持高速轉動，此時由于陀螺的方向穩(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)，即側面與地面垂直的狀態(tài)，如圖4所示；當 需要行駛器向前或向后運動時，控制驅動電機5使其正轉或反轉，此時主體結構2下部的電 池組7將對外殼1產生一個驅動力矩，使外殼1順時針或逆時針旋轉，當該行駛器位于地 面時，由于摩擦力作用將使行駛器在地面滾動，當該行駛器位于水面時，由于側面的槳葉15 與水之間的相互作用行駛器將在水面滾動，如圖3所示；通過控制驅動電機5的轉速控制行 駛器的行進速度；在行駛器滾動過程中，懸掛在主體結構2上的電池組7將略微向運動方向 傾斜，如圖3所示；當需要行駛器改變運動方向時，給主體結構2下端的伺服控制器10發(fā)控 制指令，控制伺服電機9轉動，伺服電機9的轉動通過齒輪副8帶動絲杠副11中的絲杠旋 轉，從而使電池組7沿絲杠向左或向右運動，對陀螺轉子3產生一個進動力矩，該進動力矩 將造成陀螺轉子3在水平面內轉動，進而帶動整個行駛器在水平面內轉動，完成行駛器運 動方向的改變，如圖5所示。通過上述方法將對行駛器的運動速度及運動方向進行控制，其 運動時的狀態(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14，通過GPS接收機接收GPS信號，為自身定位。該行駛器可安裝無線傳輸電臺13，通過傳輸電臺13接收運動控制指令或其他指 令，并將自身運動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構或其它形式以增大與地面摩 擦力。
權利要求
1.一種陀螺穩(wěn)定式水陸兩棲行駛器，其特征在于，該行駛器通過陀螺轉子的高速旋轉 保持行駛器的運動方向穩(wěn)定，通過沿運動方向的重力偏心控制行駛器的運動速度，通過水 平面內垂直于運動方向上的重力偏心所造成的陀螺轉子在水平面內的進動控制行駛器的 運動方向；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動的外 殼中。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種陀螺穩(wěn)定式水陸兩棲行駛器，其特征在于，該行駛器 包括外殼(1)、主體結構(2)、陀螺轉子(3)、陀螺電樞(4)、驅動電機(5)、運動控制器(6)、 電池組(7)、齒輪副(8)、伺服電機(9)、伺服控制器(10)、絲桿副(11)、支撐滑柱(12)、槳葉 (15)；該行駛器可將有效載荷安裝在主體結構(2)上，用以完成相應任務；該行駛器上可安 裝GPS接收機(14)為自身定位，可安裝無線傳輸電臺(13)接收運動控制指令或其他指令， 并將自身運動信息及有效載荷的信息傳輸出去。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用陀螺的定軸性及進動性進行行駛器穩(wěn)定及運動方向控制的水陸兩棲行駛器，屬于行駛工具領域。本發(fā)明的陀螺穩(wěn)定式水陸兩棲行駛器包括外殼、主體結構、陀螺轉子、陀螺電樞、驅動電機、運動控制器、電池組、齒輪副、伺服電機、伺服控制器、絲桿副、支撐滑柱、無線傳輸電臺、GPS接收機、槳葉。本發(fā)明重點解決一種陀螺穩(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動的外殼中。該發(fā)明通過陀螺轉子的高速旋轉保持行駛器的運動方向穩(wěn)定，通過電池組沿運動方向的重力偏心作用控制行駛器的運動速度，通過電池組沿軸線方向的重力偏心所造成的陀螺轉子在水平面內的進動控制行駛器的運動方向。
文檔編號B60F3/00GK102069691SQ201110001859
公開日2011年5月25日 申請日期2011年1月6日 優(yōu)先權日2011年1月6日
發(fā)明者馮順山, 邵志宇 申請人:北京理工大學