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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 深海復(fù)合輪式行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與研究
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 深海復(fù)合輪式行走機(jī)構(gòu)是一款全新的、兼有主被動(dòng)混合越障模式的深海行走機(jī)構(gòu)。該行走機(jī)構(gòu)主要包括復(fù)合輪組機(jī)構(gòu)、鉸接式密封抗壓型整體罐式車架、行駛機(jī)構(gòu)、動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，其相關(guān)技術(shù)涉及機(jī)械、計(jì)算機(jī)、信息、控制、新材料、通訊等多個(gè)學(xué)科及領(lǐng)域。復(fù)合輪式行走機(jī)構(gòu)的巧妙的設(shè)計(jì)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)普通輪式行走機(jī)構(gòu)越障能力弱的弊端，使得該行走機(jī)構(gòu)具有良好的深海復(fù)雜地形自適應(yīng)能力和很強(qiáng)的主動(dòng)越障能力。
- 詳細(xì)介紹：
- 深海富鈷結(jié)殼和金屬熱硫化物資源將成為本世紀(jì)的新興產(chǎn)業(yè)。為了在深海領(lǐng)域占據(jù)有利地位，世界各國紛紛致力于深海技術(shù)的研發(fā)，海洋已經(jīng)成為繼月球、火星之后世界范圍內(nèi)又一爭奪熱點(diǎn)。目前，深海技術(shù)研發(fā)的熱點(diǎn)集中在適應(yīng)其賦存狀態(tài)的行走技術(shù)方面。國內(nèi)外學(xué)者研究的行走方式主要有履帶式、輪式、腿式和輪腿式?；谶\(yùn)動(dòng)的靈活性，并考慮到功耗和控制的復(fù)雜性，多數(shù)行走機(jī)構(gòu)采用輪式結(jié)構(gòu)。但目前大多數(shù)輪式行走機(jī)構(gòu)在復(fù)雜地形和松軟底質(zhì)上的移動(dòng)能力和越障能力還較差，一般只能越過高度小于輪胎半徑的垂直障礙，跨過寬度小于輪胎直徑的壕溝。 針對目前國內(nèi)外輪式行走機(jī)構(gòu)存在的弊端，作者提出了一款全新的、具有主被動(dòng)混合越障模式的深海復(fù)合輪式行走機(jī)構(gòu)。該行走機(jī)構(gòu)主要包括復(fù)合輪組機(jī)構(gòu)、鉸接式密封抗壓型整體罐式車架、行駛機(jī)構(gòu)、動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)涉及機(jī)械、計(jì)算機(jī)、信息、控制、新材料、通訊等多個(gè)學(xué)科及領(lǐng)域，各總成匹配協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得該行走機(jī)構(gòu)不僅能被動(dòng)的自適應(yīng)一般的深海地形環(huán)境，還能采用主動(dòng)控制的方式越過高于輪胎半徑的臺(tái)階，跨過大于輪胎直徑的壕溝等特殊復(fù)雜地形。整個(gè)行走機(jī)構(gòu)具有自適應(yīng)能力強(qiáng)、越障避障性能高、體積小、重量輕、功耗低、承壓能力大、運(yùn)動(dòng)靈活、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- （1）研究目的：研制一款全新的、具有主被動(dòng)混合越障模式的深海復(fù)合輪式行走機(jī)構(gòu)。（2）基本思路：a.深海非結(jié)構(gòu)底質(zhì)力學(xué)特性分析與實(shí)驗(yàn)室模擬；b.行走機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)；c.行走機(jī)構(gòu)通過性能分析；d.行走機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)建模分析；e.行走機(jī)構(gòu)虛擬樣機(jī)仿真研究；f.行走機(jī)構(gòu)原理樣機(jī)試驗(yàn)研究；（3）本設(shè)計(jì)具有以下創(chuàng)新性設(shè)計(jì)： a.復(fù)合輪組的主、被動(dòng)控制設(shè)計(jì) 不僅能被動(dòng)自適應(yīng)一般深海地形環(huán)境，還能采用主動(dòng)控制方式越過高于輪胎半徑的臺(tái)階，跨過大于輪胎直徑的壕溝等特殊地形； b.復(fù)合輪組幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 使得各個(gè)輪胎的軸荷能夠平均分配到各個(gè)輪胎； c.傳動(dòng)系統(tǒng)的復(fù)合設(shè)計(jì) 采用多級復(fù)合鏈輪的鏈條傳動(dòng)，使該機(jī)構(gòu)擁有12x12的全驅(qū)動(dòng)能力,有較大的接地比壓； d.鉸接式密封抗壓型整體罐式車架設(shè)計(jì) 既可承壓又使得運(yùn)動(dòng)高效靈活，提高越障和避障的穩(wěn)定性； e.壓力補(bǔ)償技術(shù) 實(shí)現(xiàn)了水下液壓系統(tǒng)與常規(guī)液壓系統(tǒng)在設(shè)計(jì)方法上的統(tǒng)一。（4）技術(shù)關(guān)鍵：a.在滿足任務(wù)要求和實(shí)現(xiàn)功能的基礎(chǔ)上，減小體積、質(zhì)量和功耗；b.增強(qiáng)越障性能；c.提高運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性;d.增強(qiáng)深海自身防護(hù)能力；e.自主導(dǎo)航與路徑規(guī)劃技術(shù)；f.避障能力；g.多傳感器信息融合、信號及數(shù)據(jù)壓縮、傳輸與恢復(fù)；h.深海壓力補(bǔ)償技術(shù)等等。（5）主要技術(shù)指標(biāo)：a.行駛速度在0.1-0.8m/s；b.通過高于輪胎半徑的垂直障礙；c.爬30°坡；e.跨越大于輪胎直徑的壕溝；f.可搭載載荷2t；g.最大包絡(luò)尺寸4200mm/2000mm/1500mm。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 目前，國、內(nèi)外傳統(tǒng)輪式行走機(jī)構(gòu)在復(fù)雜地形和松軟底質(zhì)上的移動(dòng)能力和越障能力較差，一般只能越過高度小于輪胎半徑的垂直障礙，跨過寬度小于輪胎直徑的壕溝。 新型深海復(fù)合輪式行走機(jī)構(gòu)由四套復(fù)合輪組機(jī)構(gòu)和鉸接式密封抗壓型整體罐式車架連接組成。與現(xiàn)有輪式設(shè)計(jì)技術(shù)相比，復(fù)合輪組機(jī)構(gòu)既兼有傳統(tǒng)輪式行走機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，又具備智能性很強(qiáng)的主動(dòng)控制高越障性能。三個(gè)車輪W1、W2、W3在油缸1和油缸2的伸縮輔助作用下可實(shí)現(xiàn)一定程度的空間結(jié)構(gòu)變化，從而使整個(gè)機(jī)構(gòu)兼有主、被動(dòng)混合越障模式。主動(dòng)模式下可以越過高于輪胎半徑的垂直障礙，跨過大于輪胎直徑的壕溝；被動(dòng)模式下，可以爬30°坡，自適應(yīng)普通海底底質(zhì)環(huán)境行駛等等。其相關(guān)技術(shù)涉及機(jī)械、計(jì)算機(jī)、信息、控制、新材料、通訊等多個(gè)學(xué)科及領(lǐng)域，新型復(fù)合輪式行走機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)上解決了傳統(tǒng)輪式行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上存在的越障能力差的弊端。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 1.2010年12月獲學(xué)校“搖籃杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎(jiǎng)； 2.2011年獲省級“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽特等獎(jiǎng)；
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 合作開發(fā)
作品可展示的形式
- ■實(shí)物、產(chǎn)品 ■模型 ■圖紙 ■磁盤 ■圖片 ■錄像 ■樣品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 目前大多數(shù)輪式行走機(jī)構(gòu)在復(fù)雜地形和松軟底質(zhì)上的移動(dòng)能力和越障能力還較差，一般只能越過高度小于輪胎半徑的垂直障礙，跨過寬度小于輪胎直徑的壕溝。該新型深海復(fù)合輪式行走機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)輪式行走機(jī)構(gòu)越障能力相對較差的弊端，不僅可以越過高度大于輪胎半徑的垂直障礙，還可以跨過寬度大于輪胎直徑的壕溝等各種深海復(fù)雜地形。先進(jìn)的深海補(bǔ)償技術(shù)和鉸接式密封抗壓型整體罐式車架相結(jié)合，既可深海承壓又使得運(yùn)動(dòng)高效靈活，提高越障和避障的穩(wěn)定性。 深海復(fù)合輪式行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究對發(fā)展我國的深海技術(shù)，開發(fā)深海富鈷結(jié)殼及熱液硫化物資源具有極為重要的戰(zhàn)略意義。其相關(guān)技術(shù)涉及機(jī)械、計(jì)算機(jī)、信息、控制、新材料、通訊等多個(gè)學(xué)科及領(lǐng)域，對推動(dòng)相關(guān)學(xué)科協(xié)同發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新具有重大意義。該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)用不僅為深海采礦車的研究及開發(fā)提供理論參考和技術(shù)支持，同時(shí)，在航天科考、救災(zāi)排險(xiǎn)、軍事偵察、礦業(yè)林業(yè)、助殘等方面均具有巨大應(yīng)用前景，因而具有重要的學(xué)術(shù)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
同類課題研究水平概述
- 目前，國內(nèi)外適應(yīng)各種地形的行走方式主要有輪式、履帶式、腿足式以及混合式，它們各具不同的地形運(yùn)動(dòng)特性： 1.輪式行走方式的特點(diǎn)是效率高、靈活性高，與懸掛、輪胎形式的設(shè)計(jì)結(jié)合，可以得到較高的通過性能和抗側(cè)翻的能力。各國的月球車方案均首推輪式設(shè)計(jì)，且在軍用領(lǐng)域輪式方案已經(jīng)逐漸成為各國戰(zhàn)場運(yùn)輸?shù)闹髁ζ脚_(tái)，輪式裝甲車造價(jià)和維修費(fèi)用低，由于驅(qū)動(dòng)方式和懸掛形式的改進(jìn)，其通過性能、穩(wěn)定性能已經(jīng)不遜于履帶式裝甲車。 2.履帶行走方式是輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的拓展，接地比壓小，通過性能和越野機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，具有良好的牽引附著性能，適合在松軟地面和凹凸不平的地面上行走，其適應(yīng)地形的方式是破壞性的，且能耗大。 3.腿足式移動(dòng)方式采用了類似人、獸或昆蟲用腳邁步移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方式，地形適應(yīng)性廣泛。在崎嶇松軟的地表上行走時(shí)具有良好的能耗特性，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且難以控制，尤其是行走重心移動(dòng)及穩(wěn)定性問題。 基于運(yùn)動(dòng)的靈活性，并考慮到功耗和控制的復(fù)雜性，多數(shù)行走機(jī)構(gòu)采用輪式結(jié)構(gòu)。但目前大多數(shù)輪式行走機(jī)構(gòu)在復(fù)雜地形和松軟底質(zhì)上的移動(dòng)能力和越障能力還較差，一般只能越過高度小于輪胎半徑的垂直障礙，跨過寬度小于輪胎直徑的壕溝。 本設(shè)計(jì)提出了一種全新的、具有主被動(dòng)混合越障模式的深海復(fù)合輪式行走機(jī)構(gòu)。該行走機(jī)構(gòu)不僅能被動(dòng)的自適應(yīng)一般的深海地形環(huán)境，還能采用主動(dòng)控制的方式越過高于輪胎半徑的臺(tái)階，跨過大于輪胎直徑的壕溝等特殊復(fù)雜地形，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)輪式行走機(jī)構(gòu)越障性能差的弊端。使得該機(jī)構(gòu)不僅既具有傳統(tǒng)輪式行走構(gòu)靈活性的優(yōu)點(diǎn)，還具有其它行走機(jī)構(gòu)主動(dòng)控制的高越障能力的優(yōu)點(diǎn)。
