一种水陆两栖航行器的制作方法

本发明涉及两栖航行器技术领域，尤其涉及一种水陆两栖航行器。

背景技术：

在目前各国经济发展的背景下，大力发展海洋经济是大势所趋，是沿岸国 家及地区发展的必经之路。海洋经济的发展必将走上快车道，但在海洋经济快 速发展的同时还面临着多种严峻的海洋自然环境的破坏问题。随着国家对于海 洋能源环境的重视，对于近海海洋环境进行的资源开发、监测、勘探等过度依 赖。需要一种既能在陆地上行走，又能在近海海域中实现海洋环境观测及海洋 能源的监测的功能。该水陆两栖行走船应具备结构简单、体积小、响应快、机 动性能好、价格合理等优点。水陆两栖航行器是利用船舶在水中航行中的受力进 行分析，通过编程软件进行编程，进行信息的无线传递。突出水陆两栖航行器 实用性及其优点。目前在西方国家水陆两栖航行器十分流行。首先，模仿某些 实例制造出来的航行器并非简单，不论如何对水陆两栖航行器的研究都是多方 面的，即可以从事地形勘测，地震救援等任务，也可以下潜到人类无法到达的 海底陡坡地形，而且成本也经济很多。项目旨在研制一种水陆两栖航行器，包 括数据传输装置，各个模块之间的相互协调驱动，内部物品存储空间、身体构 架、控制系统、腹部传感器采集模块。本发明以船舶为原型，以实用性为原则。 设计一款具有较大运载及采集信息的能力，比较节能，且对地形环境适应较强 的水陆两栖航行器，能实现在陆地和水里的良好运行及信息的有机交互，以便 更好的勘测地形地貌。使科研人员能够及时的掌握信息，可以为人类探索提前 获取信息，感知是否有危险，减小不必要的损失。

技术实现要素：

本发明主要是解决现有水陆两栖航行器存在的一些数据采集、转换、分析、 传输、处理不当等技术和航行阻力大导致的能源浪费严重等问题，从而提供一 种操作简单方便的水陆两栖航行器。

本发明的上述技术问题及航行能源消耗大的问题主要是通过下述技术方 案得以解决的：

本发明提供一种水陆两栖航行器，其包括：

行走机构部分，包括四个车轮组成，水陆两栖航行器是仿照船舶航行的运 动外观设计的水陆两栖航行器外观舱壁形状，每个车轮转轴上由两个桨叶叶片 通过圆柱凸轮与旋转轴连接而成。水陆两栖航行器通过车轮的转动，从而实现 了水陆两栖航行器在地面上行进。

驱动机构能源部分，驱动动力源采用双电源供电，避免转压及多个电机运 行情况下导致的电流降低而影响水陆两栖航行器的整体性能。电源采取可重复 充电的高能蓄电池。

控制机构部分，采用按键加触摸键的共同使用来控制水陆两栖航行器整体 的运动，水陆两栖航行器采用无线控制，DSP控制模块可进行实时控制水陆两 栖航行器的状态，并设置有一键还原操控。

桨叶叶片旋转部分，每个车轮转轴搭载了两个桨叶叶片，用于水陆两栖航 行器在水中航行中提供前进的动力，每个车轮旋转一周，每个转动轴上的两个 桨叶叶片同样经过一个周期的工作。桨叶叶片只在车轮的下半周相对运动，而 在车轮的上半周没有桨叶的相对运动。这样就避免了桨叶叶片回程过程中，给 水陆两栖航行器向前推进中增添不必要的阻力，使能源能够高效利用。

转向机构部分，用舵机传动带动转向轮实现水陆两栖航行器的转向，舵机 转向机构克服了机械转向机构的累积误差，解决了液压及气压传动的延迟、密 封及污染等问题。转向机构采用舵机动作更精确，更加及时高效。

压载舱部分，压载舱部分采用控制压载水的多少，实现水陆两栖航行器在 水中行走时的下水深度。使水陆两栖航行器适应在不同的水域环境中航行。实 现在不同深度水域中仍然能够实现其功能，实现复杂海域环境的应用范围，提 高水陆两栖航行器的实用性。

探测模块部分，可以实时传输水陆两栖航行器所处的环境，避免水陆两栖 航行器在不利于其本身行走的环境下仍继续行进，增长水陆两栖航行器的使用 寿命。

进一步地，所述的一种水陆两栖航行器，其特征在于，整个水陆两栖航行 器外舱壁采取球鼻型设计，减少水陆两栖航行器在水中行进的阻力。水陆两栖 航行器的顶部和底部才有曲面圆弧设计，能够更好的满足水中航行的要求。每 个车轮转轴不与水陆两栖航行器的舱壁直接接触，而是通过厂轴套实现相对转 动，实现更好的水密封标准，实现高效稳定的运行。

进一步地，所述的一种水陆两栖航行器，其特征在于，每个车轮转轴上由 两个桨叶叶片通过圆柱凸轮与旋转轴连接而成。每个车轮转轴旋转一周，两个 桨叶叶片运行一个周期。两个桨叶叶片是通过圆柱凸轮相连接形成相对运动， 在做功的行程中的桨叶叶片将向水陆两栖航行器的车轮移动，车轮上的阻挡销 与桨叶叶片接触并实现相对滑动，车轮向前转动的同时，通过阻挡桨叶叶片销 推动桨叶叶片实现做功过程，而另一个桨叶叶片向水陆两栖航行器的舱壁方向 运动，以避让正在做功的桨叶叶片。当桨叶叶片随车轮运行到叶片不做有用功 时，桨叶叶片将会与车轮上的阻挡销脱离，另一叶片与车轮阻挡销提前实现接 触并实现相对滑动，开始做功，以此循环。

进一步地，所述的一种水陆两栖航行器，其特征在于，用舵机传动带动转 向轮实现水陆两栖航行器的转向。舵机具有轻便耗能低，动作精确的性能。可 以利用舵机转向过程中，结合水陆两栖航行器四个前进轮的不同转速共同作 用，以减少水陆两栖航行器的转弯半径，进而实现加快转向。水陆两栖航行器 的机动性能有了较大的提高。

进一步地，所述的一种水陆两栖航行器，其特征在于，压载舱部分采用控 制压载水的含有量，实现水陆两栖航行器自身重量的调控，达到在不同水质中 行走过程中，实现水陆两栖航行器不同的下水深度。加大水陆两栖航行器在不 同的水域环境中应用的范围。当需要下沉时，水陆两栖航行器前部进行进水， 前部压载水水量大，头部向下倾斜，有益于水陆两栖航行器向下航行；当需要 上浮时，水陆两栖航行器前部则向外排压舱水，前部压载水水量少，头部向上 倾斜，有益于水陆两栖航行器向上航行，提高了水陆两栖航行器在水中航行的 效率，采用前后对称的进排水口以提高两栖航行器运行的稳定性。

进一步地，所述的一种水陆两栖航行器，其特征在于，水陆两栖航行器外 部整体结构采用圆滑的曲面过度，顶部和底部同样采取圆弧面，以便最大限度 地减少水陆两栖航行器在水中行进、下沉、上浮等过程中产生的水流阻力。水 陆两栖航行器整体结构采取上部窄，中部宽，下部窄的框架，这样设计会有助 于水陆两栖航行器在行进行进、下沉、上浮的过程中保持很好的稳定性，压舱 水的多少还可控制水陆两栖航行器在浅滩海底直接行进。

进一步地，所述的一种水陆两栖航行器，其特征在于，水陆两栖航行器在 陆地上行进采用电机带动车轮转动获取前进动力，在水中则采取桨叶叶片与水 的相互作用力获取前进的动力。可实现水陆两栖航行器桨叶叶片在水中做功过 程实现最大功率输出，桨叶叶片在回程过程中会使自身的阻力降到最低。桨叶 叶片与旋转轴通过直动圆柱凹槽凸轮机构传递运行过程，并采用几何形状封闭 定位，结构简单。

进一步地，所述的一种水陆两栖航行器，其特征在于，用舵机传动带动转 向轮实现水陆两栖航行器的转向，舵机反应灵敏，转动角度精确。舵机结合控 制电机的转速来控制车轮的旋转速度，使得水陆两栖航行器转弯半径大大减 小，具有速度快、效率高、耗电少的特点。

进一步地，所述的一种水陆两栖航行器，其特征在于，主控芯片为单片机， 使用软件进行编程，用编程软件写好程序之后，下载到单片机，通过单片机引 脚实现对外部设备的控制，水陆两栖航行器具备信号接收、处理、发送的功能， 将简单处理的信息发送到另一块人为操控的接收数据的上位机供操作人参考。

进一步地，所述的一种水陆两栖航行器，其特征在于，为了实现水陆两栖 航行器远程的控制，使用有线电源来供电会有极大限制，所以采用蓄电池来供 电，单片机的额定电压、传感器的额定电压与舵机控制板的额定电压不一致， 所以电池出来之后一部分直接供给舵机，另一部分经过转压模块供给其他设 备。如水陆两栖航行器处于危险状态或需要水陆两栖航行器按原路返回时，直 接触碰遥控装置中的一键还原键，即可实现水陆两栖航行器返回到出发点。

本发明的有益效果在于：水陆两栖航行器是由四个车轮组成驱动机构部 分，水陆两栖航行器是仿照船舶航行的运动外观设计的水陆两栖航行器外观舱 壁形状。每个行进车轮转轴上都附带有两个桨叶叶片通过圆柱凸轮与旋转轴连 接而成，每个车轮都与两个桨叶叶片形成相对运动。每个车轮都能成为主动轮， 能够实现了航行器在路面上的行进；每个车轮都与两个桨叶叶片的相互运动， 使两个桨叶叶片能够与水产生作用力与反作用力，能够实现航行器在水中获取 足够的行进动力。整个水陆两栖航行器中部分布有压载舱分层的结构，下层为 整体互通的压载舱部分，在水中航行具有稳定水陆两栖航行器的作用。上层为 分隔的压载舱体部分，能够实现水陆两栖航行器在水中下沉、上浮行进过程中 具有一定的行进角度，更加便于水陆两栖航行器在水中行进的控制。这样的分 层方式能够更有效的实现对各个压载舱的管理。水陆两栖航行器还采用无线控 制，这样不但减少了其在运动时的局限性，而且整体搭载了监测模块、无线传 输模块、信息处理模块、超声波测距仪模块、温度湿度探测模块、GPS定位设 备、DSP控制模块、一键还原模块。从而实现具有多功能水陆两栖航行器的特 点。此外还具有重量轻，遥控距离远、运行时间长、效率高、结构紧凑、操作 方便等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不 付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的一种水陆两栖航行器的整体外观图；

图2是本发明的一种水陆两栖航行器的去除上盖图；

图3是本发明的一种水陆两栖航行器的压载舱结构图；

图4是本发明的一种水陆两栖航行器的底部布置示意图；

图5是本发明的一种水陆两栖航行器的压载舱进出水口示意图；

图6是本发明的一种水陆两栖航行器的动力传输示意图；

图7是本发明的一种水陆两栖航行器的主视图；

图8是本发明的一种水陆两栖航行器的左视图；

图9是本发明的一种水陆两栖航行器的俯视图；

图10是本发明的一种水陆两栖航行器的剖视位置示意图；

图11是本发明的一种水陆两栖航行器的剖视A-A截面图；

图12是本发明的一种水陆两栖航行器的剖视B-B截面图；

图13是本发明的一种水陆两栖航行器的剖视C-C截面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和 特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚 明确的界定。

参阅图1-13所示，本发明的一种水陆两栖航行器，其包括：

行走机构部分，包括四个车轮3组成，水陆两栖航行器是仿照船舶航行的 运动外观设计的水陆两栖航行器外观上舱壁1和外观下舱壁2的圆滑形状，每 个车轮3转轴上由两个桨叶叶片313通过圆柱凸轮314与旋转轴315连接而成。 水陆两栖航行器通过车轮3的转动，从而实现水陆两栖航行器在地面上行进。

驱动机构能源部分，驱动动力源采用双电源高能电池261供电，避免转压 及多个电机包括前轮驱动电机241及后轮驱动电机271运行情况下导致的电流 降低而影响水陆两栖航行器的整体性能。电源采取可重复充电的高能蓄电池。

控制机构部分，采用按键加触摸键的共同使用来控制水陆两栖航行器整体 的运动，水陆两栖航行器采用无线控制251，DSP控制模块281可进行实时控 制水陆两栖航行器的状态，并设置有一键还原操控。

桨叶叶片旋转部分，每个车轮3转轴搭载了两个桨叶叶片313，用于水陆 两栖航行器在水中航行中提供前进的动力，每个车轮3旋转一周，每个转动轴 上的两个桨叶叶片313同样经过一个周期的工作。桨叶叶片313只在车轮3 的下半周相对运动，而在车轮3的上半周没有桨叶叶片313的相对运动。这样 就避免了桨叶叶片313回程过程中，给水陆两栖航行器向前推进中增添不必要 的阻力，使能源261能够高效利用。

转向机构部分，用液压231及舵机311传动带动车轮3的转向轮实现水陆 两栖航行器的转向，舵机311转向机构克服了机械转向机构的累积误差，解决 了液压及气压传动的延迟、密封及污染等问题。转向机构采用舵机311动作更 精确，更加及时高效。

压载舱部分，压载舱21部分采用控制压载水的多少，实现水陆两栖航行 器在水中行走时的下水深度。使水陆两栖航行器适应在不同的水域环境中航 行。实现在不同深度水域中仍然能够实现其功能，可以在海底实现爬行运动， 实现复杂海域环境的应用范围，提高水陆两栖航行器的机动实用性。

探测模块部分，探测模块321可以实时传输水陆两栖航行器所处的环境， 避免水陆两栖航行器在不利于其本身行走的环境下仍继续行进，增长水陆两栖 航行器的使用年限。

本发明通过操控信息的相互交互，进行远程操控水陆两栖航行器进行信息 的收集、预处理和信息的实时传输。远程操控通过控制面板上的虚拟触摸屏， 向水陆两栖航行器发出指令信号，水陆两栖航行器通过信息传输到水陆两栖航 行器无线接收设备251模块接受指令，在传输到水陆两栖航行器的无线接收设 备251中的处理器，进行信号的转换识别，再将指令发送到无线接收设备251 的控制机构的执行部分，使执行机构的各个执行器进行准确动作。

参阅图1、图4、图6所示，水陆两栖航行器的上舱壁1和下舱壁2是采 用圆滑曲面过度，可以减少很大的前进阻力，节约能源。上舱壁1和下舱壁2 是留有螺栓孔223，将通过连接螺栓进行连接。上舱壁1和下舱壁2之间开有 密封槽221，防止在水中出现进水现象。上舱壁1和下舱壁2前端及尾端设置 了加厚的防撞舱壁222，增加水陆两栖航行器的可靠性。其中下舱壁2内部含 有分成分舱室的压载舱21，包括水陆两栖航行器的前部压载舱211、中前部压 载舱212，中后部压载舱213、后部压载舱214和通过压载舱上下分隔板215 分割成的下部压载舱。水陆两栖航行器下部压载舱是整体压载水使水陆两栖航 行器下沉。前部压载舱211与后部压载舱214可以使水陆两栖航行器在海水中 下行或上行过程中，调节水陆两栖航行器需要上扬或下俯时合理的角度。水陆 两栖航行器下舱壁2的底部安装有液压传动机构231及前轮驱动电机241，用 于水陆两栖航行器的转向。此外还安装有无线接受设备251，高能电池261， 后轮驱动电机271，DSP控制模块281及传感器321部分，安装在底部，可以 增加水陆两栖航行器在水中的稳定性。

本发明实施例中的动力源包括双电源高能电池261供电，控制机构部分通 过控制执行机构的前轮驱动电机241及后轮驱动电机271及舵机311等来实现 其行进及转弯的过程。每个前行轮3的内辐条上都有其两个桨叶叶片313的挡 销312，实现桨叶叶片313在水中的前进动力传递给水陆两栖航行器。两个桨 叶叶片313通过圆柱凸轮314与旋转轴315连接而成实现周期的运动，减少能 量的损失。通过控制压载舱各个舱体内的水量，可以使水陆两栖航行器处于不 同的水深及水陆两栖航行器的上扬和下俯。再通过液压传动机构231、前轮驱 动电机241及舵机311转向机构，实现水陆两栖航行器的转向。

本发明中，水陆两栖航行器行走机构，采用了液压传动机构231、前轮驱 动电机241及舵机311转向机构。此机构的最大优点在于当水陆两栖航行器转 弯航行中可以更加迅速，减少水陆两栖航行器的回转半径。同时，舵机311 转向机构能够很精确的调节车轮的转向角度，加上前轮驱动电机241可以使水 陆两栖航行器根据不同的情况使车轮转速不同，提高了水陆两栖航行器的机动 性能。水陆两栖航行器的桨叶叶片313与车轮3上的挡销312相互结合，使桨 叶叶片313只在车轮3的下半周通过圆柱凸轮324，实现周期往复的运动，可 以较少桨叶叶片313回程的阻力。

本发明的工作原理为：

本发明通过软件进行编程操控，用编程软件编写程序，下载到水陆两栖航 行器的DSP控制模块281。通过远程操控控制面板，触动控制面板触点，水陆 两栖航行器无线传输模块251接受执行指令，在传输到水陆两栖航行器的主控 DSP控制模块281，进行信号的转换识别。将指令传输到水陆两栖航行器的执 行机。水陆两栖航行器在陆地上行走靠车轮3与地面的摩擦获取前进的动力。 当水陆两栖航行器在水中航行时，如果水陆两栖航行器所用的压载舱中没有压 载水时，水陆两栖航行器是在水面上航行，当需要水下航行时，由压载舱上下 分隔板215分割成的下部压载舱进压载水，保持水陆两栖航行器的稳定性，同 时水陆两栖航行器前部压载舱211同时进水，使水陆两栖航行器前部产生下倾 角，使水陆两栖航行器顺利下沉。若水陆两栖航行器所有压载舱加满水，则水 陆两栖航行器可在浅滩水底航行。当水陆两栖航行器需要上浮时，需要先排水 陆两栖航行器前部压载舱211中的水，使水陆两栖航行器前部产生上倾，能够 使水陆两栖航行器尽快上浮。水陆两栖航行器在水中的航行动力是依靠桨叶叶 片313与圆柱凸轮324结合形成周期往复运动。再与水陆两栖航行器车轮3 上的挡销312相互结合，水陆两栖航行器的四个车轮3都成为了动力输出执行 机构，可以提供足够的前进动力。再者，水陆两栖航行器桨叶叶片313只在车 轮3的下半周通过圆柱凸轮324实现周期往复的运动，可以较少桨叶叶片313 回程的阻力，提高水陆两栖航行器能源的利用率，从而达到水陆两栖航行器预 期的目的。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之 内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。