摘 要：水陆两栖车因具有双重性能的特点，一直是车辆领域所研究的热点问题。本文采用模块化的设计理念，利用Pro/e三维绘图软件创新设计了一款水陆两栖无人巡逻车。该产品结构主要包括传动系统、水中推进系统和机械臂系统三个关键部分。实验结果显示，本款机器人可在工业巡检，特殊环境勘察，极地科考等多个领域发挥重要作用。

关键词：水陆两栖 Pro/e 智能车

0研究背景

近年来，针对水路两栖车的研究一直是车辆领域的一个热点问题。而水陆两栖车“家族”主要集中在现代武器领域，一般体型较大，成本较高，且采用独立的水上推进器（如螺旋桨）驱动，陆上行驶则靠履带或车轮实现，多用于军事，在救援，探测和科考等领域应用起来较为困难。对此，我们旨在实现小型、智能和低成本的设计理念，采用模块化的设计方法，利用Pro/e三维绘图软件设计了一款水陆两栖无人巡逻车。

1传动系统设计

1.1 减速机构

动力从电机传出后，经行星齿轮减速器进行两级减速。行星齿轮减速器的外齿圈保持静止，电机轴带动第一级行星架以及与行星架相配合的太阳轮转动，此即为从电机出来的原始转速。第二级行星架上的行星轮绕第一级太阳轮周向转动，实现减速获得第二级转速。同理， 极行星架上的行星轮绕第二级行星架上的太阳轮周向转动，即可再次减速获得输出速度。使用行星齿轮减速器经多级减速可实现较大的传动比，获得合适的传动速度。

1.2 转向机构

采用双差速器机构，由变速器输出的动力被分成两部分，一部分动力用于动力输出，即驱动两侧的车轮行进，另一部分用于转向输出，来控制车的转向。

如圖（1）所示，转向过程分析如下：

（1）向左转向时的时候，通过控制多片离合器使转向动力与输出动力同向旋转，转向动力带动两侧行星齿轮架反向旋转，由于输出动力的速度远远大于行星齿轮架转动的速度，因此车的速度在左端被反向减小，在右端被反向增大。这样就使得车体向左转向。

（2）同理，右转时，通过控制多片离合器，使得输出动力与转向动力反向旋转，车体向右转向。

（3）档位回正时，差速器行星架被锁死，输出的动力直接从差速器两端传至两侧车轮，此时车体保持直行。

（4）当挂空挡的时候，输出动力两端的齿轮被锁死，转向动力持续带动差速器的行星架反向旋转，此时车体即可原地旋转。

2水中推进系统

2.1对车轮的改进

为了实现在水中前行，该智能车采用螺旋桨作为推进器，将螺旋桨的叶片与车轮的轮辐条有机结合设计出水陆两栖轮。正常陆地行驶时，车轮左右对称布置在车体两侧，当进入水域时，需将车轮转过90度。水中推进螺旋桨和陆地行驶的车轮共用一套动力，缩小了系统尺寸。

2.2车轮换向机构

车体正常行驶时，动力从中央动力源传出，此时多片摩擦离合器中的压紧弹簧利用压板将摩擦片压紧在锥齿轮端面上，摩擦片与传动轴之间通过花键配合，发动机的转矩即可传递到车轮转轴上，驱动轮旋转。

当车轮进行转向时，需要中断传动，此时离合器分离，通过转动杆在箱座上的环形槽内转动带动车轮转过90度。当转向过程结束后，多片摩擦离合器中的压板重新将摩擦片压紧在锥齿轮端面上，轮开始重新正常旋转。

3机械臂系统

机械臂系统采用关节式，共四个关节，整体自由度为6。机械臂底端固连在转盘上，可随转盘旋转。前端的机械手通过四连杆机构控制爪的开合实现夹取物品。机械臂设置在车体顶端的车舱内，需要机械臂动作时打开舱门，机械臂展开作业，夹取的样本存入车舱内。使用结束后折叠放回车仓，关闭舱门。该水陆两栖无人巡逻车的三维实体模型如图（2）所示。

4产品优点及适用场景分析

该水陆两栖无人巡逻车将传统车轮的轮辐条改造成螺旋桨形式，辅助以转向机构，以其作为推进装置，既节省了空间，而且在支撑承重的同时兼做水中推进用途。整体灵活性较高，可实现较广的作业范围，可折叠式机械臂结构同时保证了车型整体的美观性。

该智能车由于其强大的交通适应能力，可用于探测巡检，收集样本；还可以代替救援人员进行现场探测，使得救援人员及时了解现场情况；对于特殊场合，也可以通过操纵机械手直接进行现场维修。在提高劳动效率的同时，更保障了工作的安全性。

参考文献：

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作者简介：段东新（1998-），男，山东菏泽人，山东科技大学本科生在读，主修机械设计制造及其自动化专业。