CN106945827A - 一种浮体抛离式两栖四旋翼无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浮体抛离式两栖四旋翼无人机，包括四个螺旋桨、刚性十字交叉支架机构和控制系统，十字交叉支架机构包括机架主体和连接在机架主体四周的四个机臂，机架主体顶部密封安装有浮体，底部密封安装有内舱体，四周和顶部均设有用于安装防水导线的水密接头。本发明的两栖四旋翼无人机在空中四旋翼无人机技术的基础上加以改进，可以在水下自由运动，通过密封处理，对机架主体内部主要构件进行保护。当水压传感器检测到深度过大时，与接收机装配在一起的浮体自动脱落并浮至水面以保持信号的稳定接收。可有效增加四旋翼的工作深度。控制浮体脱落的预设值可以通过飞行控制板连接电脑设置；同时，可以根据四旋翼下潜深度调节信号接收方式。

Description

一种浮体抛离式两栖四旋翼无人机

技术领域

本发明涉及飞行技术领域，具体为一种浮体抛离式两栖四旋翼无人机。

背景技术

利用自备的程序控制装置和无线电遥控设备操纵的不载人飞机称之为无人机。

从技术角度定义可以分为：无人固定翼机、无人垂直起降机、无人飞艇、无人直升机、无人多旋翼飞行器、无人伞翼机等。无人机安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备机但无驾驶舱。地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。可在无线电遥控下像普通飞机一样起飞或用助推火箭发射升空，也可由母机带到空中投放飞行。回收时，可用与普通飞机着陆过程一样的方式自动着陆，也可通过遥控用降落伞或拦网回收。可反覆使用多次。广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜以及电子干扰等与载人飞机相比，它具有体积小、造价低、使用方便、对作战环境要求低、战场生存能力较强等优点。由于无人驾驶飞机对未来空战有着重要的意义，世界各主要军事国家都在加紧进行无人驾驶飞机的研制工作。

在无人机上装载多类传感器，例如角速率、姿态、位置、加速度、高度和空速等传感器，是飞控系统的基础。其中，加速度传感器是很多无人机的标配，主要用于确定位置和无人机的飞行姿态，在维持无人机飞行控制中起到关键的作用。摄像头，可以实现影像实时传输、高危地区探测功能，广泛应用于消防、军事、交通、警务、勘探以及气象等领域，以实现对指定区域的巡航拍摄和监视。

目前，无人机大多是基于直升机的飞行原理进行设计制造的，可实现垂直升降和高空悬停，从而满足航拍和监控的要求，最普遍的是单轴单桨、单轴共桨以及多旋翼(例如，四旋翼)形式。

四旋翼飞行器与直升机不同，典型的传统直升机配备有一个主转子和一个尾浆。他们是通过控制舵机来改变螺旋桨的桨距角，从而控制直升机的姿态和位置。四旋翼飞行器是通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。四旋翼无人机是一种具有四个螺旋桨的飞行器并且四个螺旋桨呈十字形交叉结构，相对的四旋翼具有相同的旋转方向，分两组，两组的旋转方向不同。与传统的直升机不同，四旋翼直升机只能通过改变螺旋桨的速度来实现各种动作。四旋翼无人机具有可以自由悬停、运动性能好、体积小、环境友好、可靠性高以及操控简单等优点。四旋翼无人机主要应用于街景拍摄、监控巡察、电力巡检、环保、确权问题、农业保险快递、影视剧拍摄、灾后救援等领域。

目前，四旋翼无人机的研究主要集中在空中无人机方面，公告号为CN104494817A的中国专利文献公开了了一种四旋翼无人机，包括四个螺旋桨、刚性十字交叉支架和主控制系统，所述四个螺旋桨固联在刚性十字交叉支架机构上由四个独立的电机驱动，主控制系统机构设置在刚性十字交叉支架正下端，四旋翼无人机在空中可实现精度范围为1米的悬停，能够有效的长时间观察目标动态，且操控灵活，该电池模块为10000mAh，在长达30分钟的续航能力可以飞行10km，最大速度为10m/s，飞行高度的包容性为0-1000m，能够适应温度范围为-10°～-45°，其起飞重量3kg，最大有效载荷为1kg，可携带摄影机等设备详细观测人类不易观测的地方。

然而，由于无线电信号在水中传播能力差，装备防水方面的限制，对于水下四旋翼无人机的研究则很少涉及。这在很大程度上局限了四旋翼的水下应用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种浮体抛离式两栖四旋翼无人机，该无人机可以在水下自由运动，当水压传感器检测到深度过大时，与接收机装配在一起的浮体自动脱落并浮至水面以保持信号的稳定接收。

本发明的技术方案如下：

一种浮体抛离式两栖四旋翼无人机，包括四个螺旋桨、刚性十字交叉支架机构和控制系统，所述的十字交叉支架机构包括机架主体和连接在机架主体四周的四个机臂，所述的机架主体顶部密封安装有浮体，底部密封安装有内舱体，四周和顶部均设有用于安装防水导线的水密接头。

在上述技术方案中，所述的两栖四旋翼无人机，在结合空中四旋翼无人机技术的基础上加以改进。可以在水下自由运动，通过密封处理，对机架主体内部主要构件进行保护。

作为优选，所述的控制系统包括遥控、设置在浮体内的遥控接收机、设置在机架主体上的水压传感器和安装在内舱体中的飞行控制板。

所述遥控接收机和水压传感器的信号输出端均连接飞行控制板的信号输入端。将遥控接收机放置在浮体内，当水压传感器检测到水压过高时，表示水深度过大，浮体会自动脱落浮至水面，使遥控接收机能稳定接收来自遥控的信号。飞行控制板来控制浮体脱落和无人机的水下姿态。

作为针对以上技术方案的进一步改进，本发明进一步要解决的问题是提供一种浮体安装机构，该机构可以让浮体固定在机架主体上并可以使浮体在飞行控制板的控制作用下随时脱离机架主体。

为此，在本发明进一步的技术方案中，机架主体上设有用于安装浮体的卡扣和用于抵推浮体的弹簧；所述的卡扣包括相对设置的一对；所述的浮体包括浮体盖、底板和安装在浮体盖顶端的警报灯；所述的底板上设有与卡扣配合的一对卡扣孔，所述的一对卡扣孔之间设置有舵机。

通过卡扣与卡扣孔的配合，使浮体安装在机架主体上，当接受到飞行控制板传来的指令后，浮体内的舵机开始运动，推动卡扣脱落，在弹簧的抵推作用下，浮体从机架主体上脱落浮至水面。此时，遥控发出的无线电信号通过浮体内的接收机接收并通过防水导线传至飞行控制板来控制水下姿态，从而解决了水下无线电信号传播损失的难题。同时，四旋翼无人机在水下工作时，如果遇到电量低、失稳、失控等状况时也可以通过飞行控制板控制浮体脱落，浮体上的警报灯闪烁来提醒操控人员。

此外，在上述技术方案中，机臂端部设有电机座，所述的电机座上安装有防水电机，电机座底部安装有带支撑脚的空心舱体；所述的螺旋桨通过电机螺丝帽安装在防水电机的输出端。

通过在四个电机座下设计空心舱体的方式以增加飞机在水下姿态的稳定性，保证无人机受力平衡，可以有效防止倾覆。四旋翼无人机降落在地面时，支撑脚起到支撑机体的作用。

作为优选，所述的内舱体外套设有外舱体，所述的外舱体与内舱体间的空间形成密封的机体配重仓。

配重仓不仅可以增加飞机的防水性能，而且在外舱与内舱之间的空间可以通过增加负重的方式来调整飞机的自重。可以根据无人机的负重合理的调节自身重量以调节自重与浮力接近。

作为优选，所述的内舱体装有分别通过防水导线与四个螺旋桨连接的四个电子调速器和提供能量的电池。电子调速器用来控制螺旋桨的速度，其信号输入端与控制板的信号输出端连接，电子调速器用来控制螺旋桨的速度，电池为整个四旋翼无人机提供续航所需的能量。

作为优选，所述的机臂上沿着机臂安装有固定防水导线的线夹。该线夹用于固定连接防水电机和水密接头的防水导线，使整个装置更加整洁美观。

作为优选，所述的机架主体四周设有安装机臂的机臂接口，用于连接机臂，便于拆卸。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的两栖四旋翼无人机既可以在空中工作，也可以实现在水中自由工作，通过控制浮体的脱落并浮至水面以保持信号的稳定接收，可有效增加四旋翼的工作深度。控制浮体脱落的预设值可以通过飞行控制板连接电脑设置；同时，可以根据四旋翼下潜深度调节信号接收方式。

附图说明

图1为本发明两栖四旋翼无人机的整体结构主视结构示意图；

图2为本发明两栖四旋翼无人机的整体结构俯视结构示意图；

图3为本发明两栖四旋翼无人机的整体结构轴测结构示意图；

图4为本发明两栖四旋翼无人机的整体构成结构示意图；

图5为本发明两栖四旋翼无人机的浮体细节结构示意图；

图6为本发明两栖四旋翼无人机的空心舱体细节结构示意图；

图7为本发明两栖四旋翼无人机的浮体抛出后工作示意图。

其中：1、螺丝帽；2、螺旋桨；3、防水电机；4、电机座；5、空心舱体；6、支撑脚；7、机臂；8、线夹；9、防水导线；10、浮体盖；11、警报灯；12、机架主体；13、第一水密接头；14、卡扣；15、电子调速器；16、飞行控制板；17、电池；18、内舱体；19、外舱体；20、舵机；21、水压传感器；22、机臂接口；23、第二水密接头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明一种浮体抛离式两栖四旋翼无人机作进一步详细说明。

如图1、图2、图3所示，一种浮体抛离式两栖四旋翼无人机，包括四个螺旋桨2、刚性十字交叉支架机构和控制系统，十字交叉支架机构包括机架主体12和连接在机架主体12四周的四个机臂7，机架主体12的顶部密封安装有浮体，四周设有用于连接防水导线的第一水密接头13，同时，顶部设有用于连接防水导线的第二水密接头23。机臂7上沿着机臂安装有固定防水导线9的线夹8。浮体包括浮体盖10、底板和安装在浮体盖10顶端的警报灯11。

机臂7的端部设有电机座4，电机座4上安装有防水电机3，电机座4的底部安装有带支撑脚6的空心舱体5，空心舱体5的细节部分如图5所示；螺旋桨2通过螺丝帽1安装在防水电机3的输出端。防水电机3与电机座4通过螺丝固定。

如图4所示，机架主体12的底部密封安装有内舱体18，内舱体18外套设有外舱体19，外舱体19与内舱体18间的空间形成密封的机体配重仓。内舱体18装有分别通过防水导线连接四个螺旋桨2的四个电子调速器15以及提供能量的电池17。

控制系统包括遥控、设置在浮体内的遥控接收机、设置在机架主体12上的水压传感器21和安装在内舱体18中的飞行控制板16。

如图5所示，机架主体12上设有用于安装浮体的卡扣14和用于抵推浮体的弹簧；卡扣14包括相对设置的一对；底板上设有与卡扣14配合的一对卡扣孔，一对卡扣孔之间安装有舵机20。机架主体12的四周设有安装机臂7的机臂接口22。

本发明的工作过程如下：

当两栖四旋翼无人机在空中飞行时，由操控人员通过遥控控制其飞行姿态。

当两栖四旋翼无人机在水下运动时，如图6所示，在一定深度内，由水压传感器21来检测水压。当水压在设定的范围内时，两栖四旋翼无人机的浮体与机架主体12连接在一起。此时，飞机处于一个相对较浅的深度运动，遥控发出的控制指令无线电信号能很好的穿过水面到达浮体内的接收机。而当两栖四旋翼无人机的下潜深度较大时，安装在无人机主体上的水压传感器21感受到的压力超过预设值，由飞行控制板给出一个指令，浮体内的舵机20开始运动，推动卡扣14脱落，在弹簧的作用下浮体从四旋翼无人机上脱落浮至水面。

舵机20运动至卡扣孔处被止动突起挡住，从而将卡扣孔密封，有效的阻止了浮体进水。舵机20通过线缆连接机架主体12上的水密接头，由内舱体18内的电池17供电。此时，遥控发出的无线电信号通过浮体内的接收机接收并通导线传至飞行控制板16来控制水下姿态，从而解决了水下无线电信号传播损失的难题。

控制浮体脱落的预设值可以通过飞行控制板16连接电脑设置。四旋翼无人机在水下工作时，如果遇到电量低、失稳、失控等状况时也可以通过飞行控制板16控制浮体脱落，浮体上的警报灯11闪烁来提醒操控人员。

此外，本发明设计了内外舱之间的配重舱，不仅可以增加飞机的防水性能，而且在外舱体19与内舱体18之间的空间可以通过增加负重的方式来调整飞机的自重。当浮力与重力接近时能达到一个很好的工作状态。同时，在四个电机座4下都设计了空心舱体5以增加飞机在水下姿态的稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种浮体抛离式两栖四旋翼无人机，包括四个螺旋桨、刚性十字交叉支架机构和控制系统，其特征在于：所述的十字交叉支架机构包括机架主体和连接在机架主体四周的四个机臂，所述的机架主体顶部密封安装有浮体，底部密封安装有内舱体，四周和顶部均设有用于安装防水导线的水密接头。

2.根据权利要求1所述的两栖四旋翼无人机，其特征在于：所述的控制系统包括遥控、设置在浮体内的遥控接收机、设置在机架主体上的水压传感器和安装在内舱体中的飞行控制板。

3.根据权利要求1所述的两栖四旋翼无人机，其特征在于：所述的机架主体上设有用于安装浮体的卡扣和用于抵推浮体的弹簧；所述的卡扣包括相对设置的一对；所述的浮体包括浮体盖、底板和安装在浮体盖顶端的警报灯；所述的底板上设有与卡扣配合的一对卡扣孔，所述的一对卡扣孔之间设置有舵机。

4.根据权利要求1所述的两栖四旋翼无人机，其特征在于：所述的机臂端部设有电机座，所述的电机座上安装有防水电机，电机座底部安装有带支撑脚的空心舱体；所述的螺旋桨通过电机螺丝帽安装在防水电机的输出端。

5.根据权利要求1所述的两栖四旋翼无人机，其特征在于：所述的内舱体外套设有外舱体，所述的外舱体与内舱体间的空间形成密封的机体配重仓。

6.根据权利要求1所述的两栖四旋翼无人机，其特征在于：所述的内舱体装有分别通过防水导线与四个螺旋桨连接的四个电子调速器和提供能量的电池。

7.根据权利要求1所述的两栖四旋翼无人机，其特征在于：所述的机臂上沿着机臂安装有固定防水导线的线夹。

8.根据权利要求1所述的两栖四旋翼无人机，其特征在于：所述的机架主体四周设有安装机臂的机臂接口。