一种基于SMA驱动巡检四驱车

摘要

本发明涉及水面巡检装置技术领域，具体公开了一种基于SMA驱动巡检四驱车，包括底盘以及固定在底盘顶部的车盖，底盘内的前端和后端均设置有一曲轴组件，曲轴组件的两端与底盘转动连接且延伸至底盘的外部，曲轴组件的两端连接有车轮，车盖的底部设置有多个活塞缸，所述的活塞缸内活动设置有活塞，所述活塞缸内腔的顶部设置有固定塞，所述的活塞与固定塞之间设置有SMA弹簧，所述活塞的底部铰接有连杆，所述连杆的另一端铰接曲轴组件的曲柄销轴颈；所述底盘的底部设置有巡检器。本发明的优点是结构轻便、紧凑；拆装方便，曲轴组件可重构、互换性高，结合SMA弹簧驱动，其功重比大，且可以在潮湿的环境下长期工作，自动化程度高，适应环境的能力强。

权利要求

1.一种基于SMA驱动巡检四驱车，其特征在于：包括底盘（1）以及固定在底盘（1）顶部的车盖（2），所述的底盘（1）内的前端和后端均设置有一曲轴组件（3），所述曲轴组件（3）的两端与底盘（1）转动连接且延伸至底盘（1）的外部，所述曲轴组件（3）的两端连接有车轮（4），所述的车盖（2）的底部设置有多个活塞缸（5），所述的活塞缸（5）内设置有活塞（6），所述活塞缸（5）内腔的顶部设置有固定塞（7），所述的活塞（6）与固定塞（7）之间设置有SMA弹簧（8），所述活塞（6）的底部铰接有连杆（12），所述连杆（12）的另一端铰接曲轴组件（3）的曲柄销轴颈；所述底盘（1）的底部设置有巡检器（13），所述的曲轴组件（3）包括结构相同且对称设置的左曲轴和右曲轴，所述的左曲轴和右曲轴通过连接器（10）连接，所述的连接器（10）的两侧均设置有轴承安装孔，两个所述的轴承安装孔内均设置有第一轴承，所述的左曲轴和右曲轴的一端分别与不同的第一轴承的内圈配合安装；所述左曲轴和右曲轴均由多个部件A和多个部件B拼接而成，所述部件A为曲柄A和主轴颈一体的结构，所述曲柄A上设置有曲柄销轴颈连接孔，所述部件B为曲柄B和曲柄销轴颈一体的结构，所述曲柄B上设置有主轴颈连接孔，所述部件A的主轴颈插入主轴颈连接孔并通过一销轴进行固定，所述部件B的曲柄销轴颈插入曲柄销轴颈连接孔并通过一销轴进行固定。

2.根据权利要求1所述的一种基于SMA驱动巡检四驱车，其特征在于：所述的曲轴组件（3）的两端设置为花键，所述的车轮（4）套设在曲轴组件（3）的两端，且所述车轮（4）的一侧设置有车轮固定帽（9），所述车轮固定帽（9）设置有花键孔与曲轴组件（3）的花键配合安装，所述车轮固定帽（9）与车轮（4）通过螺栓连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于SMA驱动巡检四驱车，其特征在于：所述的固定塞（7）的底部及活塞（6）的顶部均阵列均布有安装孔，SMA弹簧（8）的两端分别置于固定塞（7）和活塞（6）的安装孔内与固定塞（7）和活塞（6）连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于SMA驱动巡检四驱车，其特征在于：所述的底盘（1）为船型，所述的车轮（4）周向阵列设置有叶片（41）。

5.根据权利要求1所述的一种基于SMA驱动巡检四驱车，其特征在于：所述的固定塞（7）中部设置有通孔，且所述的车盖（2）上设置有连通活塞缸（5）的通气孔（11）。

6.根据权利要求1所述的一种基于SMA驱动巡检四驱车，其特征在于：所述的活塞（6）与活塞缸（5）之间设置有橡胶密封圈。

7.根据权利要求1所述的一种基于SMA驱动巡检四驱车，其特征在于：所述的底盘（1）内部的两侧设置有阶梯孔，所述的阶梯孔内设置有第二轴承，所述的曲轴组件（3）的两端分别与第二轴承的内圈配合，所述阶梯孔内的曲轴组件（3）上套设有密封圈，用于实现曲轴组件（3）与底盘（1）的密封。

8.根据权利要求1所述的一种基于SMA驱动巡检四驱车，其特征在于：还包括半导体制冷片，所述半导体制冷片的冷端固定在SMA弹簧（8）上。

9.根据权利要求8所述的一种基于SMA驱动巡检四驱车，其特征在于：还包括控制系统，所述控制系统包括控制器、电池、红外位移传感器、压力传感器和采集器，所述的红外位移传感器设置在活塞缸（5）内，且位于活塞（6）与固定塞（7）之间；所述压力传感器设置在固定塞（7）与车盖（2）之间，所述的控制器连接电池、红外位移传感器、压力传感器、和采集器；所述的电池电连接SMA弹簧（8）和半导体制冷片的热端，且所述电池与SMA弹簧（8）和半导体制冷片之间均设置有电控开关，所述的电控开关连接控制器；所述的采集器连接巡检器（13），所述采集器用于将巡检器（13）监测的信息传输至控制器，所述的控制器、电池和采集器均设置在底盘（1）的内部。

说明书

一种基于SMA驱动巡检四驱车

技术领域

[0001] 本发明涉及水面巡检装置技术领域，特别是一种基于SMA驱动巡检四驱车。

背景技术

[0002] 随着工业化进程的发展，水质污染越来越严重，己经引起社会的广泛重视。爱护关心水资源，对水质进行定期检测，防微杜渐，是社会所需。水质定期检测是一项长期重复的
工作，在河流、湖泊等大型水域中的水质监测通常是在这些地水域中固定设置一些水质监
测设备，从而具体地对这些固定位置的水质进行监测，成本较高，不能完成对整个水域的水
质监测，使得监测结果准确度不够；市面上也有些水面无人监测船，但是其结构复杂，且长
时间在潮湿的环境下工作容易对内部的电机等装置产生损坏，造成使用的寿命不长。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种基于SMA驱动巡检四驱车。

[0004] 本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于SMA驱动巡检四驱车，包括底盘以及固定在底盘顶部的车盖，所述的底盘内的前端和后端均设置有一曲轴组件，所述曲轴
组件的两端与底盘转动连接且延伸至底盘的外部，所述曲轴组件的两端连接有车轮，所述
的车盖的底部设置有多个活塞缸，所述的活塞缸内设置有活塞，所述活塞缸内腔的顶部设
置有固定塞，所述的活塞与固定塞之间设置有SMA弹簧，所述活塞的底部铰接有连杆，所述
连杆的另一端铰接曲轴的曲柄销轴颈；所述底盘的底部设置有巡检器。

[0005] 具体的，所述的曲轴组件的两端设置为花键，所述的车轮套设在曲轴组件的两端，且所述车轮的一侧设置有车轮固定帽，所述车轮固定帽设置有花键孔与曲轴组件的花键配
合安装，所述车轮固定帽与车轮通过螺栓连接。

[0006] 具体的，所述的固定塞的底部及活塞的顶部均阵列均布有安装孔，SMA弹簧的两端分别置于固定塞和活塞的安装孔内与固定塞和活塞连接。

[0007] 具体的，所述的底盘为船型，所述的车轮周向阵列设置有叶片。

[0008] 具体的，所述的固定塞中部设置有通孔，且所述的车盖上设置有连通活塞缸的通气孔。

[0009] 具体的，所述的曲轴组件包括结构相同且对称设置的左曲轴和右曲轴，所述的左曲轴和右曲轴通过连接器连接，所述的连接器的两侧均设置有轴承安装孔，两个所述的轴
承安装孔内均设置有第一轴承，所述的左曲轴和右曲轴的一端分别与不同的第一轴承的内
圈配合安装。

[0010] 具体的，所述的活塞与活塞缸之间设置有橡胶密封圈。

[0011] 具体的，所述的底盘内部的两侧设置有阶梯孔，所述的阶梯孔内设置有第二轴承，所述的曲轴组件的两端分别与第二轴承的内圈配合，所述阶梯孔内的曲轴组件上套设有密
封圈，用于实现曲轴组件与底盘的密封。

[0012] 具体的，还包括半导体制冷片，所述半导体制冷片的冷端固定在SMA弹簧上。

[0013] 具体的，还包括控制系统，所述控制系统包括控制器、电池、红外位移传感器、压力传感器和采集器，所述的红外位移传感器设置在活塞缸内，且位于活塞与固定塞之间；所述
压力传感器设置在固定塞与车盖之间，所述的控制器连接电池、红外位移传感器、压力传感
器、和采集器；所述的电池电连接SMA弹簧和半导体制冷片的热端，且所述电池与SMA弹簧和
半导体制冷片之间均设置有电控开关，所述的电控开关连接控制器；所述的采集器连接巡
检器，所述采集器用于将巡检器监测的信息传输至控制器，所述的控制器、电池和采集器均
设置在底盘的内部。

[0014] 本发明具有以下优点：

[0015] 1、本发明的曲轴组件可重构、互换性高，结合SMA弹簧驱动，其功重比大，无噪音，且可以在潮湿的环境下长期工作，适应环境的能力强。

[0016] 2、本发明在车盖上设置有连通活塞缸的通气孔以及在固定塞中部设置通孔，这样就使活塞缸内不是密闭的空间，减小活塞运动时的空气阻力。

[0017] 3、本发明将曲轴分为左曲轴和右曲轴后，分别同轴安装在底盘的左右两侧，再用连接器将左曲轴和右曲轴进行连接，在工作时左曲轴和右曲轴独立转动，互不干涉，这样设
置就可以方便将曲轴安装在底盘内，且左曲轴和右曲轴独立转动，这样就可以控制巡检车
的转弯，只要左曲轴和右曲轴的转速不同形成差速，这样就可以实现巡检车的转向，即解决
了曲轴的安装问题，又解决了转向的问题。

附图说明

[0018] 图1 为本发明的结构示意图；

[0019] 图2 为本发明的内部结构示意图；

[0020] 图3 为本发明的SMA弹簧安装结构示意图；

[0021] 图4 为本发明的曲轴结构示意图；

[0022] 图5 为本发明的连接器的结构示意图；

[0023] 图6 为本发明的车轮固定帽结构示意图；

[0024] 图中：1‑底盘，2‑车盖，3‑曲轴组件，4‑车轮，41‑叶片,5‑活塞缸，6‑活塞，7‑固定塞，8‑ SMA弹簧，9‑车轮固定帽，10‑连接器，11‑通气孔,12‑连杆,13‑巡检器。

具体实施方式

[0025] 为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不
用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通
常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0026] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人
员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0027] 需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何
这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他
性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且
还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的
要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述
要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。

[0028] 如图1～6所示，一种基于SMA驱动巡检四驱车，包括底盘1以及固定在底盘1顶部的车盖2，车盖2与底盘1采用密封胶，所述的底盘1内的前端和后端均设置有一曲轴组件3，所
述曲轴组件3的两端与底盘1转动连接且延伸至底盘1的外部，所述曲轴组件3的两端连接有
车轮4，所述的车盖2的底部设置有多个活塞缸5，活塞缸5与车盖2一体设置，所述的活塞缸5
内活动设置有活塞6，所述活塞缸5内腔的顶部设置有固定塞7，所述的活塞6与固定塞7之间
设置有SMA弹簧88，所述活塞6的底部铰接有连杆12，所述连杆12的另一端铰接曲轴组件3的
曲柄销轴颈；所述底盘1的底部设置有巡检器13，巡检器13根据不同的需求可以选择不同的
检测装置，用于检测水体的各种数据。本发明利用SMA弹簧受热收缩，冷却伸长的原理，将
SMA弹簧8设置在活塞6与固定塞7之间，利用SMA弹簧的伸长和收缩带动活塞6在活塞缸5内
运动，进而带动曲轴组件3转动，从而驱动巡检车前进后退，与汽车发动机的曲轴组件3工作
原理相同，采用这种结构，其动力强劲，驱动力大，由于本发明的巡检车主要用于水面巡检，
在水面上，其湿度大，如果采用一般的电机进行驱动，其电机容易因为湿度大或者防水不够
好而造成电机的损坏，对密封的要求很高，而本发明采用的驱动方式对防潮的要求不高，不
受其影响，可以长期在潮湿的环境下工作。

[0029] 进一步的，所述的曲轴组件3的两端设置为花键，所述的车轮4套设在曲轴组件3的两端，且所述车轮4的一侧设置有车轮固定帽9，所述车轮固定帽9设置有花键孔与曲轴组件
3的花键配合安装，所述车轮固定帽9与车轮4通过螺栓连接，使其更加有利于带动车轮旋
转。

[0030] 进一步的，所述的固定塞7的底部及活塞6的顶部均阵列均布有安装孔，SMA弹簧8的两端分别置于固定塞7和活塞6的安装孔内与固定塞7和活塞6连接，需要说明的固定塞7
上的安装孔之间是连通的，且活塞6的安装孔之间也是连通的，一根SMA弹簧8在固定塞7和
活塞6之间的通过在安装孔内穿插达到在固定塞7和活塞6之间形成多根弹簧的效果，这样
设置的目的是为了减少排线，这样只需要在SMA弹簧8的头端和尾端分别于导线连接就可以
进行通电，如果固定塞7和活塞6之间的弹簧为多根独立的弹簧，需要在每根弹簧的头端和
尾端均连接导线，这样就会造成导线过多，布线复杂。

[0031] 进一步的，所述的底盘1为船型，所述的车轮4周向阵列设置有叶片41,本发明的巡检车运用于水面的工作环境，将车轮4的外部设置多个叶片41，这样车轮4在转动时叶片41
就可以划动水进而产生前进或后退的力，带动巡检车在水面上移动。

[0032] 进一步的，所述的固定塞7中部设置有通孔，在工作时SMA弹簧8会驱动活塞6在活塞缸5内移动，不同与汽车的发动机活塞是采用燃烧膨胀的气体作为动力推动活塞运动，采
用气体的膨胀作为动力需要气缸拥有很好的气密性，本发明的驱动动力来源于SMA弹簧8，
在工作时SMA弹簧8驱动活塞运动，采用的动力不同，这是如果气密性太好，在活塞运动时会
产生较大的空气阻力，这样就影响了驱动的效率，造成能源的浪费，所以在车盖2上设置有
连通活塞缸5的通气孔11以及在固定塞7中部设置通孔，这样就使活塞缸5内不是密闭的空
间，减小活塞运动时的空气阻力。

[0033] 如图3、4和5所示，所述的曲轴组件3包括结构相同的左曲轴和右曲轴，所述的左曲轴和右曲轴通过连接器10连接，所述的连接器10的两侧均设置有轴承安装孔，两个所述的
轴承安装孔内均设置有第一轴承，所述的左曲轴和右曲轴的一端分别与不同的第一轴承的
内圈配合安装，本发明将曲轴分解成结构相同的左曲轴和右曲轴，由于底盘1的宽度是固定
的，如果曲轴为一根完整长度的曲轴，这样是很难直接安装在底盘1上的，而本发明将曲轴
分为左曲轴和右曲轴后，分别同轴安装在底盘1的左右两侧，再用连接器10将左曲轴和右曲
轴进行连接，在工作时左曲轴和右曲轴独立转动，互不干涉，这样设置就可以方便将曲轴组
件3安装在底盘1内，且左曲轴和右曲轴独立转动，这样就可以控制巡检车的转弯，只要左曲
轴和右曲轴的转速不同形成差速，这样就可以实现巡检车的转向，即解决了曲轴的安装问
题，又解决了转向的问题；现有技术中，曲轴的制造工艺多为通过铸造之后进行机械加工和
热处理制造，在制造成型后，曲轴为一体成型的结构，其主要用于汽车发动机，船用发动机
等需要传递很大的力，作为动力，所以需要曲轴有很强的机械性能，故将其设计成一体成型
的结构，而本发明的曲轴为巡检车的驱动轴，在工作时不需要很强的动力，因此对曲轴的性
能要求和精度要求不高，现有的曲轴由于一体制造，所以制造的成本很高，制造的难度大，
基于上述的说明，本发明将曲轴设计成组合式的曲轴，即将曲轴拆分成独立的不同的模块，
然后通过不同的模块之间进行组合拼接形成完整的曲轴，现有的曲轴制造成型后其适用的
范围就已经限制了，只能用在某一型号的机器上，具有很强的专一性，而本发明的曲轴由于
是可以组合的，其可以在有限的曲轴长度内通过组合的方式来改变轴径的个数，结合本发
明的驱动结构，即可以通过增加轴径和活塞的个数来达到提高动力的效果，根据需求来进
行调整，具有很强的适用性，不同与传统的曲轴，不能通过结构改变来实现适配如四缸发动
机和六缸发动机，本发明将曲轴分成曲柄加主轴颈的部分和曲柄加曲柄销轴颈部分，两个
部分的不同在于一个是曲柄与主轴颈一体，一个是曲柄与曲柄销轴颈为一体，曲柄销轴颈
即连杆与曲轴的连接部分，在使用时曲柄与曲柄销轴颈为一体的曲柄上设置有主轴颈连接
孔用于连接曲柄加主轴颈的部分，连接时主轴颈插入主轴颈连接孔并通过销轴进行固定；
曲柄与主轴颈一体的曲柄上设置有曲柄销轴颈连接孔，连接时曲柄销轴颈插入曲柄销轴颈
连接孔并通过销轴进行固定，通过多个曲柄加主轴颈的部分和曲柄加曲柄销轴颈部分就可
以拼接成完整的曲轴，满足使用的要求，大大降低了制造的难度和制造的成本，且更适用于
本发明的巡检车传动。

[0034] 进一步的，所述的活塞6与活塞缸5之间设置有橡胶密封圈，目的是保证活塞6在活塞缸5内移动时不发生偏移，避免活塞6带动曲轴组件3旋转时发生故障。

[0035] 进一步的，所述的底盘1内部侧两侧设置有阶梯孔，所述的阶梯孔内设置有第二轴承，所述的曲轴组件3的两端分别与第二轴承的内圈配合，所述阶梯孔内的曲轴组件3上套
设有密封圈，用于实现曲轴组件3与底盘1的密封。

[0036] 进一步的，还包括半导体制冷片，所述半导体制冷片的冷端固定在SMA弹簧8上，由于SMA弹簧8的工作原理是在通电受热后SMA弹簧8收缩，受热时SMA弹簧8伸长，这样就推动
活塞6动作，而SMA弹簧8受热后就收缩复位，这样存在的问题就是SMA弹簧8在空冷的状态
下，冷却的时间长，使SMA弹簧8的状态转变的周期长，这样在一般的状态下是可以满足使用
要求的，因为在工作时对巡检车的车速没有较高的要求，但是在特殊情况时需要有较高的
车速，而SMA弹簧8在自然空冷的状态下就不能满足使用的需求了，需要快速对其降温，这时
就需要利用外界的因素来改变SMA弹簧8的冷却状况，加快SMA弹簧8的冷却，基于这样的情
况下，本发明进一步增加冷却源，即半导体制冷片，半导体制冷片是一个热传递的工具，当
一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时，两端之间就
会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端，本发明利用半
导体制冷片的这一特征，将半导体制冷片的冷端与SMA弹簧8连接，这样在制冷半导体通电
时其冷端即可以将SMA弹簧8的热量带走，加快SMA弹簧8的冷却，就可以提高曲轴组件3的转
速，进而提高车速，半导体制冷片具有无噪声、无振动、不需制冷剂、体积小、重量轻等特点，
且工作可靠，操作简便，易于进行冷量调节，适用于耗冷量小和占地空间小的场合，很符合
本发明的使用场景，很好解决了SMA弹簧8冷却的问题。

[0037] 进一步的，还包括控制系统，所述控制系统包括控制器、电池、红外位移传感器、压力传感器和采集器，所述的红外位移传感器设置在活塞缸5内，且位于活塞6与固定塞7之
间，以位移为反馈传入控制器；所述压力传感器设置在固定塞7与车盖2之间，以力为反馈传
入控制器，以方便小车的变速，所述的控制器连接电池、红外位移传感器、压力传感器、和采
集器；所述的电池电连接SMA弹簧8和半导体制冷片的热端，且所述电池与SMA弹簧8和半导
体制冷片之间均设置有电控开关，所述的电控开关连接控制器；所述的采集器连接巡检器
13，所述采集器用于将巡检器13监测的信息传输至控制器，所述的控制器、电池和采集器均
设置在底盘1的内部的控制箱内，可以用于巡检水中不同位置的污染度，并进行比较；探测
水中一定深度的障碍物，为了增加续航能力，还可以在车盖2的顶部设置一个太阳能电池板
对电池进行充电，增加续航能力，设置的太阳能电池板还可以将车盖2盖住，这样就可以对
车盖2顶部设置的通气孔11进行遮挡，防止在下雨时雨水进入活塞缸5内。

[0038] 本发明采用四驱结构，即每一个车轮4都有一个旋转机构驱动，旋转机构驱动曲轴组件3的方式如同汽车气缸驱动曲轴组件3一样，需要说明的是本发明的曲轴组件3可以为
多端曲盘组装而成，方便连杆12的安装，通过活塞6上下的规律运动带动曲轴组件3旋转，通
过相应的控制保证运动以及启动的规律性。该四驱车能够实现向前运动、向后运动、转弯运
动以及后退转弯运动。首先小车采用四驱是希望能够产生足够的动力，提升动力的方法：更
换SMA弹簧8，其丝径越大则驱动力越大；增加驱动数目；同一型号的SMA弹簧8在一定的程度
下，通入的电压越大产生的驱动力就越大，也可通过此方法是小车变速。在小车运动之前需
要先固定车轮4位置再将其方式水面或地面，方法是将各个旋转机构的中间活塞6先提升到
极限位置，之后通过控制中间活塞6两侧的活塞6哪一个先动来决定小车是向前还是向后运
动，但四个旋转机构的运动要保持一致，转弯及转弯同时的后退运动是依靠左右侧旋转机
构的差速度实现的，速度控制通过将SMA弹簧8通入不同的电压实现。

[0039] 以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容
对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡
是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、
等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。