专利名称：内藏式气垫车的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种交通运输技术领域的装置，尤其涉及的是一种内藏式气垫车。
背景技术：
常规车辆以车轮或者履带等作为行走机构，在非路面上存在着颠簸厉害、越障能 力差等问题，在湿软路面上存在下陷打滑等问题。多足步行机器人能够在不平路面上稳定 地行走，可以取代轮式车辆完成一些非结构性环境中的运输作业，亦可以在危险或恶劣环 境中代替人工作，已经被应用在了探测、矿山开采、建筑等领域，如果在车辆中结合多足行 走技术可以解决车辆在崎岖路面上的行进问题，然而一般的多足步行机械存在着控制复 杂、负重能力差等问题。气垫技术则是目前比较成熟的载重技术，其在湿软路面及水面的负 载运输能力方面，有着无法比拟的优势，然而目前气垫船上装备的前进动力往往采用向后 喷气实现，功率消耗巨大。因此，在非路面或湿软路面上，寻找载重能力、越障能力强、通过 性好和功率消耗合理的车辆，是解决这些地区货物、人员运输问题的关键所在。经对现有技术文献的检索发现，中国实用新型专利申请号=02276647. 2，名称一 种气垫车，该技术包括传统汽车的发动机和车身，车身内安装有空压机，通过管路连接安装 于车身下的气囊，汽车可通过气囊的浮力，在水面行驶。气囊底部由轮式履带进行包裹，轮 式履带由很多独立的履带链节通过销轴连接而成，在每个链节的下端装有滚轮，履带两端 固定于车身上。轮式履带用于陆地行驶，使汽车具有超强的越野攀爬能力，同时还保护气囊 不会被划伤。汽车前进的动力由车身后部安装的螺旋桨来提供。螺旋桨与驱动机构和专项 机构传动连接，驱动机构和转向机构又与发动机动力传动轴传动连接。该技术的驱动机构 为螺旋桨和履带并且采用封闭式的气囊，结构复杂，功耗较大，载重量小，操控性和越障能 力差。中国实用新型专利申请号=200720015759. 2，名称一种四足爬行机器人，该技术 是在机身上装有单片机、电源、任务规划器和电机，由单片机控制着电源和任务规划器控制 四个电机，四个电机分别控制着四条腿的一臂运动，使一臂在规定的角度内转动，在四个腿 上分别还装有电机控制着二臂和三臂。该技术虽然能够实现步态行走，但是结构较为复杂， 稳定性也不够，而且没有考虑到在湿软或崎岖地面的行走问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种内藏式气垫车，通过机械足和 气垫围裙，实现在崎岖路面具有越障能力强、运输过程平稳、载重大、操控性强的特点，在软 湿路面具有较好的通过性。本发明通过以下技术方案实现本发明包括驱动电机、曲轴连杆机构、机械足、 气垫围裙、车体、风机电机、离心式风机和控制机构，其中曲轴连杆机构分别与机械足和驱 动电机相连，车体外包覆设有气垫围裙，驱动电机、曲轴连杆机构和控制机构设置在车体的
3内部，机械足包覆于气垫围裙内，风机电机和离心式风机相连，离心式风机的出口和气垫围裙相连，驱动电机、机械足、气垫围裙、车体和风机电机分别和控制机构相连。所述的机械足为结构相同的六个。所述的机械足包括关节、杆件、触地脚、扭矩弹簧和钢丝绳，其中车体、关节、杆 件和触地脚依次相连，钢丝绳分别与触地脚和曲轴连杆机构相连，关节内设有扭矩弹簧。所述的曲轴连杆机构包括曲轴、齿轮和传动件，其中齿轮固定在曲轴上，传动 件和关节相连，曲轴和钢丝绳相连。所述的传动件和第一关节之间设置蜗轮蜗杆机构。所述的齿轮的圆周上连续设有传动齿，传动齿的长度是齿轮的圆周的1/4弧长。所述的控制机构包括控制台、压力传感器、气压传感器、转速传感器和角加速度 传感器，其中压力传感器分别与控制台和触地脚相连以传输压力信号，气压传感器分别与 控制台和气垫围裙相连以传输气压信号，转速传感器分别与控制台、驱动电机和风机电机 相连以传输速度信号，驱动电机和风机电机分别与控制台相连，角加速度传感器分别与控 制台和车体相连以传输角加速度。本发明运动时当曲轴绕顺时针转动时，钢丝绳被逐渐拉紧，机械足抬起，齿轮带 动传动件使机械足向前运动，钢丝绳逐渐放松，机械足落下，同时齿轮与传动件相离，若此 时无其他外力，则传动件在扭矩弹簧作用下回复原位，从而带动机械足后退，又因为地面摩 擦力的存在，实际上就变成了车体的前进。本发明相比现有技术具有如下优点本发明通过合理安排气垫围裙的压力，使车 辆的大部分载荷由气垫围裙来承担，减轻了机械足的负荷，使用寿命大大增加，载重能力也 由于气垫围裙而得以提高，通过控制合理的气垫围裙与机械足承受的载荷比，使本发明能 够行驶于湿软路面，并且能耗较低，运输过程平稳、操控性强，在将来的运输领域有着不可 比拟的优势。
图1是本发明的结构示意图；图2是是本发明的外部结构图；图3是本发明的局部示意图；图4是本发明的控制原理图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前 提下实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的 实施例。如图1，图2所示，本实施例包括驱动电机1、曲轴连杆机构2、机械足3、气垫围裙 4、车体5、风机电机6、离心式风机7和控制机构8，其中曲轴连杆机构2分别与机械足3和 驱动电机1相连，驱动电机1、曲轴连杆机构2和控制机构8设置在车体5的内部，车体5外 包覆设有气垫围裙4，机械足3包覆于气垫围裙4内风机电机6和离心式风机7相连，离心 式风机7的出口和气垫围裙4相连，驱动电机1、机械足3、气垫围裙4、车体5和风机电机6分别和控制机构8相连。所述的机械足3为结构相同的六个，每侧三个，对称设于车体5的两侧，所述的驱 动电机是两个，所述的曲轴连杆机构2是两个，一个曲轴连杆机构2分别与同一侧的三个机 械足3和一个驱动电机1相连。
所述的机械足3包括第一关节9、第二关节10、第三关节11、第四关节12、第一杆 件13、第二杆件14、第三杆件15、触地脚16、钢丝绳17、第一扭矩弹簧18、第二扭矩弹簧、第 三扭矩弹簧和第四扭矩弹簧，其中车体5、第一关节9、第一杆件13、第二关节10、第二杆件 14、第三关节11、第三杆件15、第四关节12和触地脚16依次相连，钢丝绳17分别与触地脚 16和曲轴连杆机构2相连，四个扭矩弹簧对应设置于四个关节的内部，第一扭矩弹簧18分 别连接车体5和曲轴连杆机构2，第二扭矩弹簧(图中未显示)分别连接第一杆件13和第 二杆件14，第三扭矩弹簧(图中未显示)分别连接第二杆件14和第三杆件15，第四扭矩弹 簧(图中未显示)分别连接第三杆件15和触地脚16。如图3所示，所述的曲轴连杆机构2包括曲轴19、齿轮20和传动件21，其中齿 轮20固定在曲轴19的上，齿轮20的圆周上连续设有传动齿，传动齿的长度为齿轮20的圆 周的1/4弧长，传动件21和齿轮20通过传动齿相接触，传动件和第一关节之间设有蜗轮蜗 杆机构22，传动件21与蜗轮蜗杆机构22连接平稳变速，进一步与第一关节9相连，钢丝绳 17 一端固定于曲轴19，另一端和触地脚16相连，拉紧和放松钢丝绳17可以控制一个机械 足3的抬起和落下，第一扭矩弹簧18 —端和传动件21相连，另一端和车体5相连，当传动 件21与齿轮20脱开时，第一扭矩弹簧18可使传动件21复位。本实施例中，当曲轴19在驱动电机1的带动下顺时针转动时，将动力通过齿轮20 传递到传动件21，再通过蜗轮蜗杆22传递到第一关节9实现机械足3的向前运动。同时， 曲轴19拉紧和放松钢丝绳17来实现机械足3的抬起和落下；本实施例中，当曲轴19绕顺时针转动时，钢丝绳17被逐渐拉紧，机械足3抬起，齿 轮20带动传动件21使机械足3向前运动，钢丝绳17逐渐放松，机械足3落下，同时齿轮20 与传动件21相离，若此时无其他外力，则传动件21在扭矩弹簧18作用下回复原位，从而带 动机械足3后退，又因为地面摩擦力的存在，实际上就变成了车体5的前进。本实施例中，驱动电机1将动力传导到曲轴连杆机构2，曲轴连杆机构2运动，带 动其相应的机械足3运动。机械足3的运动轨迹是固定的，曲轴连杆机构2决定了机械足 3的运动路径。如对机械足3的抬起落下要求更高，曲轴连杆机构2可以改为凸轮机构；对机械足 3前进的角度和时间要求更高，则可以更改齿轮20上传动齿的齿数和长度。若对机械足3 抬起和前进的时间差有别的要求，则可以调整齿轮20和曲轴19的相位差。如果让同一侧的三个机械足3在不同的时间完成前进的动作，可以使这三个机械 足3相连的曲轴19结构相同，相位角不同，如各120度，则可实现同一侧机械足3轮流前进 的运动。遇到特殊工况，改变它们的相位角，就可以适应新的工况。如图4所示，所述的控制机构8包括控制台23、压力传感器24、气压传感器25、 转速传感器26和角加速度传感器27，其中压力传感器24分别与控制台23和机械足3的 触地脚16相连以传输压力信号，气压传感器25分别与气垫围裙4和控制台23相连以传输 气压信号，转速传感器26分别与控制台23、驱动电机1和风机电机6相连以传输速度信号，驱动电机1和风机电机6分别与控制台23相连，角加速度传感器27分别与控制台23和车体5相连以传输角加速度。 通过对于压力传感器24的信息和气压传感器25的信息，来计算出是否需要增加 气垫围裙4的压力，从而调节机械足3上负担的重量。控制机构8通过改变风机电机6的 转速来改变气垫围裙4的压力，控制机构8通过角加速度传感器27来感知车体5是否沿着 预定轨道前进，如果发现不是，可以通过调节驱动电机1的速度差来实现预期的转角。
权利要求
一种内藏式气垫车，包括驱动电机和车体，其特征在于，还包括曲轴连杆机构、机械足、气垫围裙、风机电机、离心式风机和控制机构，其中曲轴连杆机构分别与机械足和驱动电机相连，车体外包覆设有气垫围裙，驱动电机、曲轴连杆机构和控制机构设置在车体的内部，机械足包覆于气垫围裙内，风机电机和离心式风机相连，离心式风机的出口和气垫围裙相连，驱动电机、机械足、气垫围裙、车体和风机电机分别和控制机构相连；所述的机械足包括关节、杆件、触地脚、扭矩弹簧和钢丝绳，其中车体、关节、杆件和触地脚依次相连，钢丝绳分别与触地脚和曲轴连杆机构相连，关节内设有扭矩弹簧；所述的曲轴连杆机构包括曲轴、齿轮和传动件，其中齿轮固定在曲轴上，传动件和关节相连，曲轴和钢丝绳相连。
2.根据权利要求1所述的内藏式气垫车，其特征是，所述的齿轮的圆周上连续设有传 动齿，传动齿的长度是齿轮的圆周的1/4弧长。
3.根据权利要求1所述的内藏式气垫车，其特征是，所述的控制机构包括控制台、压 力传感器、气压传感器、转速传感器和角加速度传感器，其中压力传感器分别与控制台和 触地脚相连以传输压力信号，气压传感器分别与控制台和气垫围裙相连以传输气压信号， 转速传感器分别与控制台、驱动电机和风机电机相连以传输速度信号，驱动电机和风机电 机分别与控制台相连，角加速度传感器分别与控制台和车体相连以传输角加速度。
4.根据权利要求1所述的内藏式气垫车，其特征是，所述的传动件和第一关节之间设 置蜗轮蜗杆机构。
5.根据权利要求1所述的内藏式气垫车，其特征是，所述的机械足为结构相同的六个。
6.根据权利要求1或者5所述的内藏式气垫车，其特征是，所述的机械足中的关节包 括第一关节、第二关节、第三关节、第四关节，所述的杆件包括第一杆件、第二杆件、第三 杆件，所述的扭矩弹簧包括第一扭矩弹簧、第二扭矩弹簧、第三扭矩弹簧和第四扭矩弹簧， 车体、第一关节、第一杆件、第二关节、第二杆件、第三关节、第三杆件、第四关节和触地脚依 次相连，钢丝绳分别与触地脚和曲轴连杆机构相连，四个扭矩弹簧对应设置于四个关节的 内部，第一扭矩弹簧分别连接车体和曲轴连杆机构，第二扭矩弹簧分别连接第一杆件和第 二杆件，第三扭矩弹簧分别连接第二杆件和第三杆件，第四扭矩弹簧分别连接第三杆件和 触地脚。
全文摘要
一种交通运输技术领域的内藏式气垫车，包括驱动电机、机械足、车体、控制机构、曲轴连杆机构、气垫围裙、风机电机和离心式风机，曲轴连杆机构分别与机械足和驱动电机相连，车体外包覆设有气垫围裙，驱动电机、曲轴连杆机构和控制机构设置在车体的内部，机械足包覆于气垫围裙内，风机电机和离心式风机相连，离心式风机的出口和气垫围裙相连，驱动电机、机械足、气垫围裙、车体和风机电机分别和控制机构相连。通过合理安排气垫围裙的压力，使车辆的大部分载荷由气垫围裙来承担，使用寿命大大增加，载重能力因气垫围裙而得以提高，通过控制气垫围裙与机械足承受的载荷比，使本发明能够行驶于湿软路面，并且能耗较低，运输过程平稳、操控性强。
文档编号B62D57/032GK101823484SQ20101010907
公开日2010年9月8日 申请日期2010年2月11日 优先权日2010年2月11日
发明者喻凡, 罗哲, 谢东, 马聪 申请人:上海交通大学