专利名称：一种陀螺稳定式水陆两栖行驶器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用陀螺特性进行稳定及控制且适合在陆地及水中运动的陀螺 稳定式水陆两栖行驶器，属于行驶工具领域。
背景技术：
在民事及军事活动中，通过一种较简单的工具实现既能在陆地又能在水面运动具 有实际意义；此外，在一些需要对周围环境进行观察但又要求与环境之间具有高度密封性 的场合，完全密封的自主或遥控运动工具将发挥重要作用。针对这一需求，本发明提出了一 种利用陀螺的定轴性及进动性进行稳定及运动方向控制的水陆两栖行驶器，且由于该行驶 器的运动及控制原理的特殊性，该行驶器与周围环境之间不存在动密封，只存在静密封，因 而可达到很高的密封级别，适合在密封性要求很高的场合使用。目前国内外未见到该类型 的水陆两栖行驶器。
发明内容
本发明目的是提供一种利用陀螺的定轴性及进动性进行行驶器稳定及运动方向 控制的水陆两栖行驶器，且该行驶器可作为探测、侦查等设备甚至人员的运行载体，用以在 特殊环境下完成相应任务。该水陆两栖行驶器的特点是能够在陆地及水面行驶，即可直接 从陆地行驶到水中或直接从水中行驶到陆地；所有零部件及有效载荷都封装在外壳中，与 外界环境之间可以有良好的密封，适合在危险地区进行探测、侦查等活动；结构简单，易于 控制。为解决上述技术问题，本发明的陀螺稳定式水陆两栖行驶器包括外壳、主体结构、 陀螺转子、陀螺电枢、驱动电机、运动控制器、电池组、齿轮副、伺服电机、伺服控制器、丝杆 副、支撑滑柱、无线传输电台、GPS接收机、桨叶。外壳是由母线绕行驶器轴线旋转而成的旋 转体，外壳左右两个侧面各安装若干桨叶；外壳轴线位置的壳体与驱动电机的主轴通过螺 钉紧固并密封；驱动电机壳体上安装陀螺电枢，陀螺电枢外部通过一对轴承将陀螺转子支 撑在驱动电机壳体上；主体结构与驱动电机外壳固连为一个整体；主体结构下端通过一对 丝杠副和2个支撑滑柱连接电池组；电池组上方的壳体上用螺钉固定运动控制器；丝杠副 中的丝杠通过一对齿轮副与伺服电机相连，伺服电机通过螺钉固定在主体结构的底端；伺 服控制器通过螺钉固定在伺服电机附近的主体结构上；主体结构的顶端安装无线传输电台 和GPS接收机。使用该行驶器时，首先保持行驶器的两个侧端面与地面垂直，此时由于重力作用 电池组竖直向下悬垂于航行器内部，然后给陀螺电枢加电，启动陀螺转子并使其保持高速 转动，此时由于陀螺的方向稳定性，在没有外力支撑的条件下行驶器可在地面或水面保持 竖直状态，即侧面与地面垂直的状态；当需要行驶器向前或向后运动时，控制驱动电机使其 正转或反转，此时主体结构下部的电池组将对外壳产生一个驱动力矩，使外壳顺时针或逆 时针旋转，当该行驶器位于地面时，由于摩擦力作用将使行驶器在地面滚动，当该行驶器位于水面时，由于侧面的桨叶与水之间的相互作用将使行驶器在水面滚动；在行驶器滚动过 程中，悬挂在主体结构上的电池组将略微向运动方向倾斜；当需要行驶器改变运动方向时， 给主体结构下端的伺服控制器发控制指令，控制伺服电机转动，伺服电机的转动通过齿轮 副带动丝杠副中的丝杠旋转，从而使电池组沿丝杠向左或向右运动，对陀螺转子形成一个 进动力矩，该进动力矩造成陀螺转子在水平面内转动，进而带动整个行驶器在水平面内转 动，完成行驶器运动方向的改变。该行驶器上可安装GPS接收机，通过GPS接收机接收GPS信号，为自身定位。该行驶器可安装无线传输电台，通过传输电台接收运动控制指令或其他指令，并 将自身运动信息及有效载荷的信息传输出去。外壳可由透光非金属材料制成，或部分由金属、部分由非金属制成。外壳与地面接触部分可为直线段或圆弧线段。外壳与地面接触部分可为类似汽车轮胎的沟槽结构或其它形式以增大与地面摩 擦力。有益效果
①该行驶器能够在陆地及水面行驶，即可直接从陆地行驶到水中或直接从水中行驶到 陆地；②所有零部件及有效载荷都封装在外壳中，与外界环境之间可以有良好的密封，适合 在危险地区进行探测、侦查等活动；③结构简单，易于控制。
图1是本发明一种陀螺稳定式水陆两栖行驶器的主剖视图； 图2是本发明一种陀螺稳定式水陆两栖行驶器的侧向局部剖视图3是本发明一种陀螺稳定式水陆两栖行驶器处于直线运动状态时的驱动示意图； 图4是本发明一种陀螺稳定式水陆两栖行驶器处于直线运动状态时沿直线运动方向 进行投影的后视图5是本发明一种陀螺稳定式水陆两栖行驶器处于转弯状态时从顶部投影的俯视图； 图中1 一外壳、2 —主体结构、3 —陀螺转子、4 一陀螺电枢、5 —驱动电机、6 —运动控 制器、7 —电池组、8 —齿轮副、9 一伺服电机、10 —伺服控制器、11 一丝杆副、12 —支撑滑 柱、13 —无线传输电台、14 - GPS接收机、15 —桨叶。
具体实施例方式参见图1、图2，本发明的水中自航式全方位侦测器包括外壳1、主体结构2、陀螺 转子3、陀螺电枢4、驱动电机5、运动控制器6、电池组7、齿轮副8、伺服电机9、伺服控制器 10、丝杆副11、支撑滑柱12、无线传输电台13、GPS接收机14、桨叶15。外壳1是由母线绕行驶器轴线旋转而成的旋转体，当行驶器在地面处于运动状态 时，外壳的圆弧部分接触地面，靠与地面之间的摩擦力运动；外壳1左右两个侧面各安装若 干桨叶15，当外壳旋转时，桨叶与水互相作用，产生推进力推动行驶器在水面运动；轴线位 置的壳体与驱动电机5的主轴通过螺钉紧固并密封，当驱动电机5的主轴相对主体结构2 转动时，将带动外壳1相对主体结构2转动；驱动电机5壳体上安装陀螺电枢4，陀螺电枢 4外部通过一对轴承将陀螺转子3支撑在驱动电机5的壳体上，当陀螺转子3高速转动时，陀螺转子轴线的方向在一定时间内将保持不变，且具有进动性；主体结构2与驱动电机5的 外壳固连为一个整体；主体结构2下端通过一对丝杠副11和2个支撑滑柱12连接电池组 7,当驱动电机5启动后，驱动电机5的主轴将带动外壳1 一起转动，由于电池组7的质量较 大，地面或水面对外壳1的阻力矩不会造成电池组7绕轴线的整周运动，最终形成外壳1在 地面或水面上转动，而悬挂在主体结构2上的电池组7略微向运动方向倾斜，如图3所示； 电池组7上方的壳体上用螺钉固定运动控制器6，用于对行驶器的运动速度、运动方向等进 行控制；丝杠副11中的丝杠通过一对齿轮副8与伺服电机9相连，伺服电机9通过螺钉固 定在主体结构2的底端，当伺服电机9转动时，将通过齿轮副8带动丝杠副11中的丝杠转 动，从而造成电池组7沿丝杠左右移动；伺服控制器10通过螺钉固定在伺服电机9附近的 主体结构2上；主体结构2的顶端安装无线传输电台13和GPS接收机14 ；面A为有效载荷 安装平面，可将如摄像头、探测器等仪器甚至人员等。该行驶器的作用过程为，使用前首先保持行驶器的两个侧端面与地面或水面垂直 (当该航行器置于水中时，由于重力及浮力作用，将自然达到两个侧面与水面垂直的状态)， 如图4所示，此时由于重力作用电池组7将竖直向下悬垂于航行器内部，然后给陀螺电枢4 加电，启动陀螺转子3并使其保持高速转动，此时由于陀螺的方向稳定性，在没有外力支撑 的条件下行驶器可在地面或水面保持竖直状态，即侧面与地面垂直的状态，如图4所示；当 需要行驶器向前或向后运动时，控制驱动电机5使其正转或反转，此时主体结构2下部的电 池组7将对外壳1产生一个驱动力矩，使外壳1顺时针或逆时针旋转，当该行驶器位于地 面时，由于摩擦力作用将使行驶器在地面滚动，当该行驶器位于水面时，由于侧面的桨叶15 与水之间的相互作用行驶器将在水面滚动，如图3所示；通过控制驱动电机5的转速控制行 驶器的行进速度；在行驶器滚动过程中，悬挂在主体结构2上的电池组7将略微向运动方向 倾斜，如图3所示；当需要行驶器改变运动方向时，给主体结构2下端的伺服控制器10发控 制指令，控制伺服电机9转动，伺服电机9的转动通过齿轮副8带动丝杠副11中的丝杠旋 转，从而使电池组7沿丝杠向左或向右运动，对陀螺转子3产生一个进动力矩，该进动力矩 将造成陀螺转子3在水平面内转动，进而带动整个行驶器在水平面内转动，完成行驶器运 动方向的改变，如图5所示。通过上述方法将对行驶器的运动速度及运动方向进行控制，其 运动时的状态分别如图3、图4及图5所示。该行驶器上可安装GPS接收机14，通过GPS接收机接收GPS信号，为自身定位。该行驶器可安装无线传输电台13，通过传输电台13接收运动控制指令或其他指 令，并将自身运动信息及有效载荷的信息传输出去。外壳可由透光非金属材料制成，或部分由金属、部分由非金属制成。外壳与地面接触部分可为直线段或圆弧线段。外壳与地面接触部分可为类似汽车轮胎的沟槽结构或其它形式以增大与地面摩 擦力。
权利要求
1.一种陀螺稳定式水陆两栖行驶器，其特征在于，该行驶器通过陀螺转子的高速旋转 保持行驶器的运动方向稳定，通过沿运动方向的重力偏心控制行驶器的运动速度，通过水 平面内垂直于运动方向上的重力偏心所造成的陀螺转子在水平面内的进动控制行驶器的 运动方向；该行驶器能够在陆地及水面行驶，且所有零部件及有效载荷都封装在转动的外 壳中。
2.根据权利要求1所述的一种陀螺稳定式水陆两栖行驶器，其特征在于，该行驶器 包括外壳(1)、主体结构(2)、陀螺转子(3)、陀螺电枢(4)、驱动电机(5)、运动控制器(6)、 电池组(7)、齿轮副(8)、伺服电机(9)、伺服控制器(10)、丝杆副(11)、支撑滑柱(12)、桨叶 (15)；该行驶器可将有效载荷安装在主体结构(2)上，用以完成相应任务；该行驶器上可安 装GPS接收机(14)为自身定位，可安装无线传输电台(13)接收运动控制指令或其他指令， 并将自身运动信息及有效载荷的信息传输出去。
全文摘要
本发明涉及一种利用陀螺的定轴性及进动性进行行驶器稳定及运动方向控制的水陆两栖行驶器，属于行驶工具领域。本发明的陀螺稳定式水陆两栖行驶器包括外壳、主体结构、陀螺转子、陀螺电枢、驱动电机、运动控制器、电池组、齿轮副、伺服电机、伺服控制器、丝杆副、支撑滑柱、无线传输电台、GPS接收机、桨叶。本发明重点解决一种陀螺稳定式行驶器的总体方案，该行驶器能够在陆地及水面行驶，且所有零部件及有效载荷都封装在转动的外壳中。该发明通过陀螺转子的高速旋转保持行驶器的运动方向稳定，通过电池组沿运动方向的重力偏心作用控制行驶器的运动速度，通过电池组沿轴线方向的重力偏心所造成的陀螺转子在水平面内的进动控制行驶器的运动方向。
文档编号B60F3/00GK102069691SQ201110001859
公开日2011年5月25日 申请日期2011年1月6日 优先权日2011年1月6日
发明者冯顺山, 邵志宇 申请人:北京理工大学