一种自弃式自适应变面积多风帆驱动极地科考车

摘要

本发明公开了一种自弃式自适应变面积多风帆驱动极地科考车，属于极地科考作业装备及技术领域领域。包括车架、若干车轮、风帆组件和电子组件；若干所述车轮分别通过车轮支架安装固定安装于所述车架的底部，所述车架的一端设有安装架；所述风帆组件包括一主动帆、两从动帆、风帆架、风帆电机以及两组传动件，所述风帆架安装于所述安装架上，所述主动帆和两个从动帆均转动安装于所述风帆架的顶部，两个所述从动帆分别位于所述主动帆的两侧；所述主动帆包括两块主动帆体和主动桅杆，两块所述主动帆体分别固定安装于所述主动桅杆上。本发明能够自适应改变风帆面积，充分地利用极地地区的风能，绿色环保地进行极地科考作业。

权利要求

1.一种自弃式自适应变面积多风帆驱动极地科考车，其特征在于：包括车架、若干车轮、风帆组件和电子组件；若干所述车轮分别通过车轮支架安装固定安装于所述车架的底部，所述车架的一端设有安装架；

所述风帆组件包括一主动帆、两从动帆、风帆架、风帆电机以及两组传动件，所述风帆架安装于所述安装架上，所述主动帆和两个从动帆均转动安装于所述风帆架的顶部，两个所述从动帆分别位于所述主动帆的两侧；所述主动帆包括两块主动帆体和主动桅杆，两块所述主动帆体分别固定安装于所述主动桅杆上，所述主动桅杆转动安装于所述风帆架的顶部，两块所述主动帆体的朝向相反，所述风帆电机安装于所述风帆架的底部并位于主动桅杆的下方，用于驱动所述主动桅杆；所述从动帆包括从动帆体和从动桅杆，所述从动帆体分别固定安装于所述从动桅杆上，所述从动桅杆转动安装于所述风帆架的顶部，两侧的所述从动帆体的朝向相反，且两侧的所述从动帆体与其中一块主动帆体的朝向相同；每组所述传动件设于朝向相同的主动帆体和从动帆体之间，每组所述传动件包括横向设置的第一连杆、滑块和横向设置的滑槽，一组所述传动件与朝向相同的主动帆体和从动帆体构成一组滑槽连杆机构，在其中一组滑槽连杆机构中，所述第一连杆的一端与一块主动帆体的下端并与同向从动帆体相对的一面转动连接，所述第一连杆的另一端转动连接有所述滑块，所述滑槽横向设置于对应的从动帆体靠近第一连杆的一面，所述滑块与所述滑槽滑动连接；

当所述风帆电机驱动主桅杆旋转时，两块所述主动帆体分别带动两块从动帆体同步转动；

所述电子组件包括电源、控制器、车速传感器和风速风向传感器，所述电源、控制器、车速传感器和风速风向传感器均安装于车架上，所述电源、风速风向传感器、车速传感器和风帆电机分别与所述控制器连接。

2.如权利要求1所述的自弃式自适应变面积多风帆驱动极地科考车，其特征在于，还包括俯仰机构，所述风帆架转动安装于所述安装架上，所述风帆架中部远离主动桅杆的一侧设有竖直架，所述车架靠近风帆组件的一端设有贯穿所述车架的长槽，所述长槽的方向与所述车架的长度方向相同；所述俯仰机构包括第二连杆、第三连杆、液压伸缩装置，所述液压伸缩装置与所述控制器连接，所述液压伸缩装置包括液压缸和液压杆，所述液压缸与液压杆连接，所述液压缸通过L形支架转动安装于所述长槽的下方，所述液压杆穿过所述长槽，所述第二连杆的一端与所述竖直架的远离主动桅杆的一侧铰接，所述第二连杆的另一端与所述第三连杆的一端铰接，所述第三连杆远离第二连杆的一端与所述车架的顶部铰接，所述液压杆远离液压缸的一端与所述第三连杆的中部铰接，当所述液压缸使所述液压杆伸缩时，所述第三连杆绕车架进行摆动，并能够带动所述第二连杆拉动所述风帆组件进行竖直摆动，当所述液压缸使所述液压杆停止伸缩时，所述风帆组件的倾斜度锁定。

3.如权利要求1所述的自弃式自适应变面积多风帆驱动极地科考车，其特征在于，所述车轮的数量为6个，6个所述车轮平均分布于所述车架的两侧，每个所述车轮通过L形轮架安装于所述车架上，中间的所述车轮和远离风帆组件一端的车轮之间的距离小于中间的所述车轮和靠近风帆组件一端的车轮之间的距离，所述电源设于所述车架远离风帆组件的一端。

4.如权利要求1所述的自弃式自适应变面积多风帆驱动极地科考车，其特征在于，所述主动帆体和从动帆体分别包括一个第一风帆单元和多个第二风帆单元，所述第一风帆单元通过连接件与主动桅杆/从动桅杆的下端连接，多个所述第二风帆单元设于所述第一风帆单元的上方，多个所述第二风帆单元分别通过一个转动连接件转动安装于主动桅杆/从动桅杆上，每个第二风帆单元均由一个伺服电机驱动旋转，所述伺服电机均与所述控制器连接。

5.如权利要求4所述的自弃式自适应变面积多风帆驱动极地科考车，其特征在于，所述主动桅杆和从动桅杆上均间隔设置有若干个环形槽，所述伺服电机通过固定套固定安装于所述环形槽内，所述伺服电机上安装有齿轮，所述转动连接件呈套筒状，所述转动连接件的上端设有内齿圈，所述齿轮与所述内齿圈相啮合，所述连接件下端设有圆形的开口，所述转动连接件转动套设于所述环形槽上。

6.如权利要求5所述的自弃式自适应变面积多风帆驱动极地科考车，其特征在于，所述连接件包括两个半套筒，两个所述半套筒通过螺栓可拆卸连接。

7.如权利要求4所述的自弃式自适应变面积多风帆驱动极地科考车，其特征在于，所述车架、第一风帆单元和第二风帆单元安装有太阳能电子板，所述太阳能电子板与所述电源连接。

说明书

一种自弃式自适应变面积多风帆驱动极地科考车

技术领域

[0001] 本发明涉及极地科考作业装备及技术领域，特别是一种自弃式自适应变面积多风帆驱动极地科考车。

背景技术

[0002] 南极等未知地域蕴藏着丰富的自然和科学资源，具有很高的科学、经济、战略和政治价值，使其成为各国关注的焦点。但是南极具有复杂的环境，科考作业具有高成本、高危险性和地域局限性的缺点，同时技术装备手段相对匮乏。目前的极地科考车具有风帆有效迎风面积不可调节的弊端，不能充分对科考车进行调速和充分利用风能。

发明内容

[0003] 本发明的发明目的是，针对上述问题，提供一种自弃式自适应变面积多风帆驱动极地科考车，该科考车能够本发明能够自适应改变风帆面积，充分地利用极地地区的风能，绿色环保地进行极地科考作业。

[0004] 为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

[0005] 一种自弃式自适应变面积多风帆驱动极地科考车，包括车架、若干车轮、风帆组件和电子组件；若干所述车轮分别通过车轮支架安装固定安装于所述车架的底部，所述车架的一端设有安装架；

[0006] 所述风帆组件包括一主动帆、两从动帆、风帆架、风帆电机以及两组传动件，所述风帆架安装于所述安装架上，所述主动帆和两个从动帆均转动安装于所述风帆架的顶部，两个所述从动帆分别位于所述主动帆的两侧；所述主动帆包括两块主动帆体和主动桅杆，
两块所述主动帆体分别固定安装于所述主动桅杆上，所述主动桅杆转动安装于所述风帆架
的顶部，两块所述主动帆体的朝向相反，所述风帆电机安装于所述风帆架的底部并位于主
动桅杆的下方，用于驱动所述主动桅杆；所述从动帆包括从动帆体和从动桅杆，所述从动帆体分别固定安装于所述从动桅杆上，所述从动桅杆转动安装于所述风帆架的顶部，两侧的
所述从动帆体的朝向相反，且两侧的所述从动帆体与其中一块主动帆体的朝向相同；每组
所述传动件设于朝向相同的主动帆体和从动帆体之间，每组所述传动件包括横向设置的第
一连杆、滑块和横向设置的滑槽，一组所述传动件与朝向相同的主动帆体和从动帆体构成
一组滑槽连杆机构，在其中一组滑槽连杆机构中，所述第一连杆的一端与一块主动帆体的
下端并与同向从动帆体相对的一面转动连接，所述第一连杆的另一端转动连接有所述滑
块，所述滑槽横向设置于对应的从动帆体靠近第一连杆的一面，所述滑块与所述滑槽滑动
连接；当所述风帆电机驱动主桅杆旋转时，两块所述主动帆体分别带动两块从动帆体同步
转动；

[0007] 所述电子组件包括电源、控制器、车速传感器和风速风向传感器，所述电源、控制器、车速传感器和风速风向传感器均安装于车架上，所述电源、风速风向传感器、车速传感器和风帆电机分别与所述控制器连接。

[0008] 进一步的，还包括俯仰机构，所述风帆架转动安装于所述安装架上，所述风帆架中部远离主动桅杆的一侧设有竖直架，所述车架靠近风帆组件的一端设有贯穿所述车架的长槽，所述长槽的方向与所述车架的长度方向相同；所述俯仰机构包括第二连杆、第三连杆、液压伸缩装置，所述液压伸缩装置与所述控制器连接，所述液压伸缩装置包括液压缸和液
压杆，所述液压缸与液压杆连接，所述液压缸通过L形支架转动安装于所述长槽的下方，所述液压杆穿过所述长槽，所述第二连杆的一端与所述竖直架的远离主动桅杆的一侧铰接，
所述第二连杆的另一端与所述第三连杆的一端铰接，所述第三连杆远离第二连杆的一端与
所述车架的顶部铰接，所述液压杆远离液压缸的一端与所述第三连杆的中部铰接，当所述
液压缸使所述液压杆伸缩时，所述第三连杆绕车架进行摆动，并能够带动所述第二连杆拉
动所述风帆组件进行竖直摆动，当所述液压缸使所述液压杆停止伸缩时，所述风帆组件的
倾斜度锁定。

[0009] 进一步的，所述车轮的数量为6个，6个所述车轮平均分布于所述车架的两侧，每个所述车轮通过L形轮架安装于所述车架上，中间的所述车轮和远离风帆组件一端的车轮之间的距离小于中间的所述车轮和靠近风帆组件一端的车轮之间的距离，所述电源设于所述
车架远离风帆组件的一端。

[0010] 进一步的，所述主动帆体和从动帆体体分别包括一个第一风帆单元和多个第二风帆单元，所述第一风帆单元通过连接件与主动桅杆/从动桅杆的下端连接，多个所述第二风帆单元设于所述第一风帆单元的上方，多个所述第二风帆单元分别一个转动连接件转动安
装于主动桅杆/从动桅杆上，每个第二风帆单元均由一个伺服电机驱动旋转，所述伺服电机均与所述控制器连接。

[0011] 进一步的，所述主动桅杆和从动桅杆上均间隔设置有若干个环形槽，所述伺服电机通过固定套固定安装于所述环形槽内，所述伺服电机上安装有齿轮，所述转动连接件呈
套筒状，所述转动连接件的上端设有内齿圈，所述齿轮与所述内齿圈相啮合，所述连接件下端设有圆形的开口，所述转动件转动套设于所述环形槽上。

[0012] 进一步的，所述连接件包括两个半套筒，两个所述半套筒通过螺栓可拆卸连接。

[0013] 进一步的，所述车架、第一风帆单元和第二风帆单元安装有太阳能电子板，所述太阳能电子板与所述电源连接。

[0014] 由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

[0015] 1.本发明采用了多风帆式结构，采用滑槽连杆机构将主动帆体和从动帆体连接，实现三个帆的同步转动，通过风速风向检测传感器和车辆速度检测传感器收集科考车运行
速度和风速数据，并传输给控制器，控制器控制风帆电机完成主动帆体和从动帆体的动作，实现风帆面积和角度的自动调节，从而可以在车速过大或过低时，通过控制器控制电机改
变三个帆的迎风角度，进行车速的多级调节，提高运行的稳定性。本发明灵活性高，精确性好，满足了科考车无人操作、自弃式等特点可以有效的增加整车风帆的迎风面积，提高科考车对风能的利用率。

[0016] 2.本发明采用俯仰连杆机构，用来实现风帆组件的俯仰收帆运动，当科考车在遭遇风暴时可以完成风帆的俯仰动作，将直立的风帆调整为卧式，避免风帆组件损坏和科考
车的倾覆，本发明采用连杆机构实现风帆的转动和俯仰，避免了复杂零件的制作和配合，结构简单，制造成本低。

[0017] 3.本发明采用6轮行走机构，考虑到整车的质量较轻，且风帆机构安装在车辆后端，质量过于集中于后方的，质量分布不均的问题，本发明设计前轮和中间轮的距离较小、后轮和中间轮距离相对较大，同时将电源等辅助装置集中于车的前端，合理配重，这样可以提高车的抗倾覆能力，防止科考车运行不稳，发生倾覆；本发明通过类L形轮架来增加底盘高度，通过增加轮径，提高了整车在极地等恶劣环境中的通过、避障能力。

[0018] 4.本发明采用类齿圈机构，使每一个第二风帆单元均可以通过类齿圈机构和一个伺服电机来完成绕桅杆为轴的转动，实现每一个大风帆面积的小调节，可以合理有效的利
用风力。

[0019] 5.本发明增加太阳能电子板实现能量的收集，科考车的行走机构的上方安装有太阳能电子板4，每一块风帆单元的表面上也安装了太阳能电子板，通过太阳能电子板收集天然能源，不需要再提供额外的能源装置，绿色环保，可以满足自弃式无人科考车长时间的科考工作。

附图说明

[0020] 图1是本发明的结构示意图；

[0021] 图2是本发明中车架的结构示意图；。

[0022] 图3是本发明中传动件的结构示意图；

[0023] 图4是本发明中俯仰机构的结构示意图；

[0024] 图5是本发明中转动连接件的结构示意图；

[0025] 图6是本发明中转动连接件的结构示意图；

[0026] 附图中，1-车轮，2-L形轮架，3-车架，4-从动帆体，5-从动桅杆，6-主动桅杆，7-主动帆体，9-传动件，9.1-第一连杆，9.2-滑块，9.3-滑槽，10-风帆架，11-风速风向传感器，12-控制器，13-安装架，14-L形支架，15-俯仰机构，15.1-液压缸，15.2-液压杆，15.3-第三连杆，15.4-第二连杆，16-太阳能电子板，17-风帆电机，18-环形槽，19-转动连接件，20-伺服电机，21-固定套，22-齿轮。

具体实施方式

[0027] 以下结合附图对发明的具体实施进一步说明。

[0028] 需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。

[0029] 如图所示，一种自弃式自适应变面积多风帆驱动极地科考车，包括车架3、若干车轮1、风帆组件和电子组件；若干车轮1分别通过车轮1支架安装固定安装于车架3的底部，车架3的一端设有安装架13。

[0030] 风帆组件包括一主动帆、两从动帆、风帆架10、风帆电机17以及两组传动件9，风帆架10安装于安装架13上，主动帆和两个从动帆均转动安装于风帆架10的顶部，两个从动帆分别位于主动帆的两侧；主动帆包括两块主动帆体7和主动桅杆6，两块主动帆体7分别固定安装于主动桅杆6上，主动桅杆6转动安装于风帆架10的顶部，两块主动帆体7的朝向相反，风帆电机17安装于风帆架10的底部并位于主动桅杆6的下方，用于驱动主动桅杆6；从动帆
包括从动帆体4和从动桅杆5，从动帆体4分别固定安装于从动桅杆5上，从动桅杆5转动安装于风帆架10的顶部，两侧的从动帆体4的朝向相反，且两侧的从动帆体4与其中一块主动帆
体7的朝向相同；每组传动件9设于朝向相同的主动帆体7和从动帆体4之间，每组传动件9包括横向设置的第一连杆9.1、滑块9.2和横向设置的滑槽9.3，一组传动件9与朝向相同的主
动帆体7和从动帆体4构成一组滑槽9.3连杆机构，在其中一组滑槽9.3连杆机构中，第一连
杆9.1的一端与一块主动帆体7的下端并与同向从动帆体4相对的一面转动连接，第一连杆
9.1的另一端转动连接有滑块9.2，滑槽9.3横向设置于对应的从动帆体4靠近第一连杆9.1
的一面，滑块9.2与滑槽9.3滑动连接，另一组滑槽9.3连杆机构的连接方式与前一组的滑槽
9.3连杆结构的连接方式相同，当所述风帆电机17驱动主桅杆旋转时，两块所述主动帆体7
分别带动两块从动帆体4同步转动；电子组件包括电源、控制器12、车速传感器和风速风向传感器11，电源、控制器12、车速传感器和风速风向传感器11均安装于车架3上，电源、风速风向传感器11、车速传感器和风帆电机17分别与控制器12连接，其电路连接方式可参考现
有专利一种新型风电叶片运输车防侧翻导流罩，公开号为CN206938893U。

[0031] 本发明的一种实施例中，科考车还包括俯仰机构15，风帆架10转动安装于安装架13上，风帆架10中部远离主动桅杆6的一侧设有竖直架，车架3靠近风帆组件的一端设有贯
穿车架3的长槽，长槽的方向与车架3的长度方向相同；俯仰机构15包括第二连杆15.4、第三连杆15.3、液压伸缩装置，液压伸缩装置与控制器12连接，液压伸缩装置包括液压缸15.1和液压杆15.2，液压缸15.1与液压杆15.2连接，液压缸15.1通过L形支架14转动安装于长槽的下方，液压杆15.2穿过长槽，第二连杆15.4的一端与竖直架的远离主动桅杆6的一侧铰接，第二连杆15.4的另一端与第三连杆15.3的一端铰接，第三连杆15.3远离第二连杆15.4的一
端与车架3的顶部铰接，液压杆15.2远离液压缸15.1的一端与第三连杆15.3的中部铰接，当液压缸15.1使液压杆15.2伸缩时，第三连杆15.3绕车架3进行摆动，并能够带动第二连杆
15.4拉动风帆组件进行竖直摆动，当液压缸15.1使液压杆15.2停止伸缩时，风帆组件的倾
斜度锁定。

[0032] 本发明的另一种实施例中，车轮1的数量为6个，6个车轮1平均分布于车架3的两侧，每个车轮1通过L形轮架2安装于车架3上，中间的车轮1和远离风帆组件一端的车轮1之
间的距离小于中间的车轮1和靠近风帆组件一端的车轮1之间的距离，电源设于车架3远离
风帆组件的一端。本实施例明采用6轮行走机构，考虑到整车的质量较轻，且风帆机构安装在车辆后端，质量过于集中于后方的，质量分布不均的问题，本发明设计前轮和中间轮的距离较小、后轮和中间轮距离相对较大，同时将电源等辅助装置集中于车的前端，合理配重，这样可以提高车的抗倾覆能力，防止科考车运行不稳，发生倾覆；本发明通过类L形轮架2来增加底盘高度，通过增加轮径，提高了整车在极地等恶劣环境中的通过、避障能力。

[0033] 本发明的另一种实施例中，主动帆体7和从动帆体4分别包括一个第一风帆单元和多个第二风帆单元，第一风帆单元通过连接件与主动桅杆6/从动桅杆5的下端连接，多个第二风帆单元设于第一风帆单元的上方，多个第二风帆单元分别一个转动连接件19转动安装
于主动桅杆6/从动桅杆5上，每个第二风帆单元均由一个伺服电机20驱动旋转，伺服电机20均与控制器12连接。主动桅杆6和从动桅杆5上均间隔设置有若干个环形槽18，伺服电机20
通过固定套21固定安装于环形槽18内，伺服电机20上安装有齿轮22，转动连接件19呈套筒
状，转动连接件19的上端设有内齿圈，齿轮22与内齿圈相啮合，连接件下端设有圆形的开
口，转动件转动套设于环形槽18上。连接件包括两个半套筒，两个半套筒通过螺栓可拆卸连接。当需要第二风帆单元改变角度时，控制器12控制伺服电机20转动，然后带动套筒状的转动连接件19转动，转动连接件19带动带着第二风帆单元绕桅杆转动，实现风帆的小角度变
化。本实施例中的传动件9均安装于第一风帆单元上。

[0034] 本发明的另一种实施例中，，车架3、第一风帆单元和第二风帆单元安装有太阳能电子板16，太阳能电子板16与电源连接。车架3上安装有两块太阳能电子板16，每一块第一风帆单元和第二风帆单元表面上也安装了太阳能电子板16，通过太阳能电子板16收集天然
能源，不需要再提供额外的能源装置，绿色环保，可以满足自弃式无人科考车长时间的科考工作。

[0035] 工作原理：

[0036] 整车首次运行时，通过液压缸15.1将风帆机构举升起来，实现最大面积的迎风，有利于车辆的启动。随后通过风速风向传感器11采集到具体环境下的风速和风向，将对应的数据传输给控制器12，控制器12对数据进行分析处理之后，根据不同的数据信息，控制风帆组件变换不同的模式。当风速和车速在一定的区间内时，不用对风帆机构进行调节。当风速不在设定区间内时，控制线路分以下几种情况：1、当风速不大时，可以控制风帆电机17转动，使得三风帆的迎风角度达到90°，此时迎风面积达到最大，就可以通过增大面积的方式来提高车速。2、当风速过大时，有两种控制方法，第一种方法是控制第二风帆单元来降低车速。通过控制伺服电机20转动带动转动连接件19转动，进而控制第二风帆单元转动，按一定的序列控制一定数量的小风帆，使第二风帆单元转到与风向平行的角度，科考车的驱动力
只能靠剩余与风向垂直的风帆单元产生，通过减少了科考车风帆的面积来降低车速。第二
种方法是控制大帆的迎风角度来降低车速。通过控制风帆电机17带动主动桅杆6和主动帆
体7转动，主动帆体7又通过滑槽9.3连杆机构来控制从动帆4转动，实现三个大风帆的同步
转动，降低整体风帆和风向的夹角，从而降低车的速度。3、当风速超出设定的风速峰值时，说明当前所处风速过大，将会导致风帆损坏和科考车失稳。此时，控制器12会控制气液压杆
15.2收缩，通过连杆带动风帆机构整体俯仰，贴向车架3，使得风帆迎风面积为零，科考车保持静止状态，等到风速风向检测传感器检测到风速降低到合理数值时，再将三帆机构升起，科考车继续前进工作。

[0037] 上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明和例证，但这些描述并非用以限定本发明所要求保护范围，凡本发明所提示的技术教导下所完成的同等变化或修饰变
更，均应属于本发明所涵盖专利保护范围。