CN107380423A - 一种水空两栖无人机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水空两栖无人机，包括无人机机体，其上设有至少一个机臂，每个机臂的末端分别有驱动部件，所述驱动部件的上端安装有旋翼，所述驱动部件的下端安装有船用螺旋桨，旋翼与螺旋桨通过单向轴承或者单向离合器连接；当无人机在空中飞行时，电机驱动旋翼转动以实现无人机在空中正常飞行，并通过对旋翼的控制实现姿态调整，此时船用螺旋桨在空中的作用效果不好，并不影响无人机的飞行；当到水中时，电机驱动船用螺旋桨工作，此时旋翼不提供水下运动所需要的效率，不工作；通过加大船用螺旋桨转速时，无人机向下运动到水下，再通过对无人机的姿态控制实现无人机在水下的行驶。本发明可实现空中作业和水下作业，扩大无人机的工作领域。

Description

一种水空两栖无人机

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体地，涉及一种水空两栖无人机。

背景技术

随着微型无人机技术的不断发展，我们对无人机的技术和功能也提出了更高的要求。常见的无人机是在空中飞行、空中作业，基于对无人机应用领域的扩大化，两栖无人机的研制和发展，能进一步促进微型无人机的推广和使用。考虑到空气中和水中的流体情况和密度的差异性，目前的四旋翼无人的旋翼由于体积和材质的限制，在水下并不能很好的推动无人机的行驶，效率较低下。船用螺旋桨体积小，硬度大，在水下能高速选中提供较大的推动力，推进无人机的前进。

经检索，中国专利申请号201630491576.2,申请日期为2016年09月30日，发明专利名称为两栖无人机，该发明对无人机的外观进行了设计与改进，使其能够依据水下和空中环境的不同，变化形状。但该专利仅对产品的形状外观做了介绍，并没有对其应用和装置进行介绍。

经检索，中国专利申请号201620014166.3，申请日期为2016年01月06日，发明专利名称为：一种水空两栖无人机。该发明公开了一种水空两栖无人机，包括壳体、驱动系统、摄像系统和配重系统；驱动系统包括支撑柱、分支架、多个动力电机和多个螺旋桨；配重系统设置在壳体内壁上；壳体内设置有隔层板，所述隔层板设置在配重系统的上方；水空两栖无人机，还包括视频解析器、蓄电池和中央控制器，所述视频解析器固定在隔层板上部并与摄像头通过导线连接；所述蓄电池和中央控制器均设置在隔层板的上部；远离驱动系统的壳体端部还设置有超声波定位器；所述中央控制器上集成有无线收发模块、陀螺仪和加速度计。该发明通过将带有螺旋桨的驱动系统同时作为飞行器无人机的升降动力部件和水上无人机的气推动部件，使该无人机同时具备空中飞行和水上航行的能力，工作性能稳定。然而，该无人机需要潜水泵装置，且只能漂浮水面上，在反向风力的推动下航行。

经检索，中国专利申请号201510319423.4，申请日期为2015年06月10日，发明创造为：一种两栖无人机。该发明公开了一种两栖无人机，包括机体，机体内设有处理单元和引擎，处理单元与引擎电连接，机体底部设有起落架，起落架包括气囊和架体，气囊覆盖架体表面，机体内还有充气装置，充气装置与引擎传动连接，充气装置与处理单元电连接，充气装置的出气口与气囊连通；机体内还设有加速度感应器，加速度感应器与处理单元电连接，利用游泳圈原理为无人机提供两栖功能，防止无人机落水损坏电子设备。该发明通过加速度感应器检测无人机的加速度，一旦分析出无人机处于坠机状态，处理单元控制引擎，控制重启装置为气囊充气，使其浮于水面；处理单元也可根据操作者的指令使气囊充气，使无人机能够实现两栖的功能，必要时处理单元控制排气阀排气，使无人机恢复状态。然而，此无人机主要实现的是无人机在水上的漂浮，并没有介绍无人机在水中的前行，而且该无人机不能在水下行驶。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种结构简洁、成本低的水空两栖无人机，将无人机的旋翼和船用螺旋桨结合起来，通过行驶环境的不同，控制空中旋翼和水下船用螺旋桨的转动，能够有效推动无人机在水下的行进，从而既能保证无人机在空中的飞行，又能实现无人机在水下的稳定行驶。

为实现以上目的，本发明提供一种水空两栖无人机，包括无人机机体，所述无人机机体上设置有至少一个机臂，每个机臂的末端分别安装有驱动部件，所述驱动部件的上端安装有旋翼，所述驱动部件的下端安装有船用螺旋桨；

所述无人机在空中时，所述旋翼在所述驱动部件的驱动下转动，实现所述无人机在空中的正常飞行，通过所述旋翼实现对所述无人机的姿态进行调整；此时船用螺旋桨在空中的作用效果不好，从而不影响所述无人机在空中的飞行；

所述无人机在水中时，所述船用螺旋桨在所述驱动部件驱动下工作，控制所述船用螺旋桨的转速实现所述无人机运动到水下，通过所述旋翼对所述无人机的姿态进行控制，实现所述无人机在水下的行驶；此时旋翼不提供水下运动所需效率，不工作。

优选地，所述旋翼、所述船用螺旋桨分别与一个单向轴承连接，具体的，所述旋翼与第一单向轴承连接，所述船用螺旋桨与第二单向轴承连接，所述第一单向轴承、所述第二单向轴承连接所述驱动部件，从而通过所述第一单向轴承、所述第二单向轴承控制所述旋翼和所述船用螺旋桨的工作。

更优选地，所述无人机的驱动部件轴与所述第一单向轴承、所述第二单向轴承的内圈连接，所述无人机的旋翼与所述第一单向轴承的外圈固定，所述船用螺旋桨与所述第二单向轴承的外圈固定，其中与所述无人机的旋翼连接的所述第一单向轴承正向安装，相应的，与所述无人机的船用螺旋桨连接的所述第二单向轴承则为反向安装。

更进一步地，当所述无人机在空中飞行时，与所述旋翼连接的所述第一单向轴承的内圈随驱动部件转动，此时所述第一单向轴承为锁死状态，带动所述第一单向轴承的外圈一起转动，所述驱动部件的输出传递到所述旋翼，使所述旋翼正常工作；与所述船用螺旋桨连接的所述第二单向轴承的内圈随驱动部件旋转，所述第二单向轴承的外圈不旋转，则所述船用螺旋桨不工作；

当所述无人机在水下时，所述驱动部件反向转动，与所述船用螺旋桨连接的所述第二单向轴承的内圈随驱动部件转动，此时所述第二单向轴承为锁死状态，带动所述第二单向轴承的外圈一起转动，所述驱动部件的输出传递到所述船用螺旋桨，使所述船用螺旋桨正常工作；与所述旋翼连接的所述第一单向轴承的内圈随驱动部件旋转，所述第一单向轴承的外圈不旋转，则所述旋翼不工作。

优选地，所述旋翼、所述船用螺旋桨分别与一个单向离合器连接，具体的，所述旋翼与第一单向离合器连接，所述船用螺旋桨与第二单向离合器连接，所述第一单向离合器、所述第二单向离合器连接所述驱动部件，从而通过所述第一单向离合器、所述第二单向离合器控制所述旋翼和所述船用螺旋桨的工作。

更优选地，所述单向离合器包括内圈、设置于内圈外的外圈和楔块，其中：

所述无人机的驱动部件连接所述第一单向离合器、所述第二单向离合器的内圈，所述无人机的旋翼与所述第一单向离合器的外圈连接，所述船用螺旋桨与所述第二单向离合器的外圈连接；与所述无人机的旋翼连接的所述第一单向离合器正向安装，相应的，与所述船用螺旋桨连接的所述第二单向离合器则反向安装。

更进一步地，当所述无人机在空中工作时，与所述无人机的旋翼连接的所述第一单向离合器的内圈随所述驱动部件转动，所述楔块锁止，所述外圈随所述内圈一起转动，所述驱动部件的输出传递到所述旋翼，使之正常工作；与所述船用螺旋桨连接的所述第二单向离合器，所述楔块不锁止，所述外圈不转动，所述船用螺旋桨不工作；

当所述无人机在水中工作时，所述驱动部件反向转动，与所述船用螺旋桨连接的所述第二单向离合器的内圈随所述驱动部件转动，所述楔块锁止，所述外圈随所述内圈一起转动，所述驱动部件的输出传递到所述船用螺旋桨，使之正常工作；与所述无人机的旋翼连接的所述第一单向离合器，所述楔块不锁止，所述外圈不转动，所述无人机的旋翼不工作。

优选地，所述无人机机体和所述机臂的密度均小于水的密度。

优选地，所述无人机为四旋翼无人机或者多旋翼无人机。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明所述无人机能够潜入水下，具有很好的隐蔽性，也能够进行水下的探测活动，具有更广泛的应用性。

(2)本发明所述无人机不需要用到潜水泵、气囊等装置实现水下工作，不仅能够不影响无人机的续航能力，也能够有效减小无人机的体积、负重。

(3)本发明所述无人机在水下发生故障时，能够自动浮于水面，利于回收修复。

(4)本发明所述无人机实现了无人机的两栖状态，性能高且成本低，具有很强的实用性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例的立体图；

图2为本发明一实施例的螺旋桨部分的结构连接示意图；

图3为本发明一实施例的单向轴承6’、6”与驱动部件的连接图；

图4为本发明一实施例的单向轴承6’、6”的示意图；

图5为本发明一实施例的单向离合器13’、13”的示意图；

图6为本发明一实施例的旋翼和船桨与单向轴承的连接部件的示意图；

图中：1-机体，2-机臂，3-电机，4-无人机的旋翼，5-船用螺旋桨，6’-第一单向轴承，6”-第二单向轴承，7-电机轴，8-内圈，9-外圈，10-楔块，11-与旋翼和船桨的连接部分，12-与单向轴承连接部分，13’-第一单向离合器，13”-第二单向离合器。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1-图2所示，本发明一实施例中的水空两栖无人机，包括：机体1、机臂2、电机3、无人机的旋翼4和船用螺旋桨5，其中：

所述机体1作为载体，所述机臂2有4只并对称设置在所述机体1上，所述电机3设置于所述机臂2的末端，所述无人机的旋翼4固定于所述电机3的上端，所述船用螺旋桨5固定于所述电机3的下端；

因为空气和水的阻力不同，不同桨形在不同环境中作用不同：

当所述无人机在空中飞行时，所述无人机的旋翼4转动，实现所述无人机在空中的正常飞行，通过对所述无人机的旋翼4的控制，实现姿态的调整，船用螺旋桨5在空中的作用效果不好，并不会影响所述无人机的飞行；

当所述无人机到水中时，所述无人机的旋翼4不能提供水下运动所需要的效率，不工作，所述船用螺旋桨5工作；加大所述船用螺旋桨5转速时，所述无人机向下运动到水下，再通过对所述无人机船桨5的控制，实现姿态的调整，实现所述无人机在水下的行驶。

作为一优选地实施方式，所述无人机为四旋翼无人机或者多旋翼无人机。

作为一优选地实施方式，所述无人机的旋翼4直径设计，能够使所述无人机在空中的运动。

作为一优选的实施方式，所述船用螺旋桨5的直径设计，能够使所述无人机在水下克服阻力，高速旋转。

如图2-图4所示，在一优选实施方式中，所述无人机的旋翼4、船用螺旋桨5分别与所述第一单向轴承6’、所述第二单向轴承6”连接，所述单向轴承连接电机3，从而通过单向轴承控制所述无人机的旋翼4和船用螺旋桨5的工作状态。

所述无人机的电机轴7与所述第一单向轴承6’、所述第二单向轴承6”的内圈8连接，所述无人机的旋翼4和船用螺旋桨5与所述第一单向轴承6’、所述第二单向轴承6”的的外圈9固定，其中与所述无人机的旋翼4连接的所述第一单向轴承6’正向安装，相应的，与所述无人机的船用螺旋桨5连接的所述第二单向轴承6”则为反向安装；

当所述无人机在空中飞行时，与所述旋翼4连接的所述第一单向轴承6’的内圈9随电机3转动，带动所述第一单向轴承6’的外圈9一起转动，所述电机3的输出传递到所述旋翼4，使所述旋翼4正常工作；与所述船用螺旋桨5连接的所述第二单向轴承6”的内圈8随驱动部件旋转，所述第二单向轴承6”的外圈9不旋转，则所述船用螺旋桨5不工作；

当所述无人机在水下时，所述电机3转向，与所述船用螺旋桨5连接的所述第二单向轴承6”的内圈8随电机3转动，带动所述第二单向轴承6”的外圈9一起转动，所述电机3的输出传递到所述船用螺旋桨5，使所述船用螺旋桨5正常工作；与所述旋翼4连接的所述第一单向轴承6’的内圈8随电机3旋转，所述第一单向轴承6’的外圈9不旋转，则所述旋翼4不工作。

本实施例将无人机的旋翼和船用螺旋桨结合起来，所述无人机的旋翼4、船用螺旋桨5分别与所述第一单向轴承6’、所述第二单向轴承6”连接，通过行驶环境的不同，控制空中旋翼和水下船用螺旋桨的转动，能够有效推动无人机在水下的行进，从而既能保证无人机在空中的飞行，又能实现无人机在水下的稳定行驶。

如图2、图5、图6所示，在另一优选实施方式中，所述无人机的旋翼4、船用螺旋桨5分别与所述第一单向离合器13’、所述第二单向离合器13”连接，所述第一单向离合器13’、所述第二单向离合器13”连接电机3，从而通过所述第一单向离合器13’、所述第二单向离合器13”控制所述无人机的旋翼4和船用螺旋桨5的工作状态。

具体的，所述单向离合器包括内圈8、设置于内圈8外的外圈9和楔块10，其中：

电机轴7连接所述第一单向离合器13’、所述第二单向离合器13”的内圈8，所述无人机的旋翼4和船用螺旋桨5与所述第一单向离合器13’、所述第二单向离合器13”的外圈9连接；与所述无人机的旋翼4连接的所述第一单向离合器13’正向安装，相应的，与所述船用螺旋桨5连接的所述第二单向离合器13”则反向安装；

当所述无人机在空中工作时，与所述无人机的旋翼4连接的所述第一单向离合器13’的内圈8随所述电机3转动，所述楔块10锁止，所述外圈9随所述内圈8一起转动，所述电机3的输出传递到所述旋翼4，使之正常工作；与所述船用螺旋桨5连接的第二单向离合器13”，所述楔块10不锁止，所述外圈9不转动，所述船用螺旋桨5不工作；

当所述无人机在水中工作时，所述电机3转向，与所述船用螺旋桨5连接的所述第二单向离合器13”的内圈8随所述电机3转动，所述楔块10锁止，所述外圈9随所述内圈8一起转动，所述电机3的输出传递到所述船用螺旋桨5，使之正常工作；与所述无人机的旋翼4连接的所述第一单向离合器13’，所述楔块10不锁止，所述外圈9不转动，所述无人机的旋翼4不工作。

作为一优选的实施方式，所述无人机设计密度比水小。当所述无人机从空中降到水面时，由于其密度比水小，能够较平稳的漂浮在水面；当所述无人机要从水中回到空中或者所述无人机在水下发生问题时，所述船用螺旋桨5停止工作，使得所述无人机能够凭借浮力浮于水面上，此时再控制所述无人机的旋翼4工作，使所述无人机飞离水面。

本发明通过单向轴承或单向离合器将无人机的旋翼和船用螺旋桨结合起来，不仅可以实现无人机在水上的漂浮状态，还能潜入到水中进行水下作业，并且具有较好的隐蔽性；

其次，本发明不需要额外的潜水泵、气囊等装置，不会增加无人机的负重，减小无人机体积与能耗。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种水空两栖无人机，其特征在于：包括无人机机体，所述无人机机体上设置有至少一个机臂，每个机臂的末端分别安装有驱动部件，所述驱动部件的上端安装有旋翼，所述驱动部件的下端安装有船用螺旋桨；

所述无人机在空中时，所述旋翼在所述驱动部件的驱动下转动，实现所述无人机在空中的正常飞行，通过所述旋翼实现对所述无人机的姿态进行调整；

所述无人机在水中时，所述船用螺旋桨在所述驱动部件驱动下工作，控制所述船用螺旋桨的转速实现所述无人机运动到水下，通过所述旋翼对所述无人机的姿态进行控制，实现所述无人机在水下的行驶。

2.根据权利要求1所述的一种水空两栖无人机，其特征在于：所述旋翼与第一单向轴承连接，所述船用螺旋桨与第二单向轴承连接，所述第一单向轴承、所述第二单向轴承连接所述驱动部件，从而通过所述第一单向轴承、所述第二单向轴承控制所述旋翼和所述船用螺旋桨的工作。

3.根据权利要求2所述的一种水空两栖无人机，其特征在于：所述无人机的驱动部件轴与所述第一单向轴承、所述第二单向轴承的内圈连接，所述无人机的旋翼与所述第一单向轴承的外圈固定，所述船用螺旋桨与所述第二单向轴承的外圈固定，其中与所述无人机的旋翼连接的所述第一单向轴承正向安装，相应的，与所述无人机的船用螺旋桨连接的所述第二单向轴承则为反向安装。

4.根据权利要求3所述的一种水空两栖无人机，其特征在于：当所述无人机在空中飞行时，与所述旋翼连接的所述第一单向轴承的内圈随驱动部件转动，此时所述第一单向轴承为锁死状态，带动所述第一单向轴承的外圈一起转动，所述驱动部件的输出传递到所述旋翼，使所述旋翼正常工作；与所述船用螺旋桨连接的所述第二单向轴承的内圈随驱动部件旋转，所述第二单向轴承的外圈不旋转，则所述船用螺旋桨不工作；

当所述无人机在水下时，所述驱动部件反向转动，与所述船用螺旋桨连接的所述第二单向轴承的内圈随驱动部件转动，此时所述第二单向轴承为锁死状态，带动所述第二单向轴承的外圈一起转动，所述驱动部件的输出传递到所述船用螺旋桨，使所述船用螺旋桨正常工作；与所述旋翼连接的所述第一单向轴承的内圈随驱动部件旋转，所述第一单向轴承的外圈不旋转，则所述旋翼不工作。

5.根据权利要求1所述的一种水空两栖无人机，其特征在于：所述旋翼与第一单向离合器连接，所述船用螺旋桨与第二单向离合器连接，所述第一单向离合器、所述第二单向离合器连接所述驱动部件，从而通过所述第一单向离合器、所述第二单向离合器控制所述旋翼和所述船用螺旋桨的工作。

6.根据权利要求5所述的一种水空两栖无人机，其特征在于：所述单向离合器包括内圈、设置于内圈外的外圈和楔块，其中：所述无人机的驱动部件连接所述第一单向离合器、所述第二单向离合器的内圈，所述无人机的旋翼与所述第一单向离合器的外圈连接，所述船用螺旋桨与所述第二单向离合器的外圈连接；与所述无人机的旋翼连接的所述第一单向离合器正向安装，相应的，与所述船用螺旋桨连接的所述第二单向离合器则反向安装。

7.根据权利要求6所述的一种水空两栖无人机，其特征在于：当所述无人机在空中工作时，与所述无人机的旋翼连接的所述第一单向离合器的内圈随所述驱动部件转动，所述楔块锁止，所述外圈随所述内圈一起转动，所述驱动部件的输出传递到所述旋翼，使之正常工作；与所述船用螺旋桨连接的所述第二单向离合器，所述楔块不锁止，所述外圈不转动，所述船用螺旋桨不工作；

当所述无人机在水中工作时，所述驱动部件反向转动，与所述船用螺旋桨连接的所述第二单向离合器的内圈随所述驱动部件转动，所述楔块锁止，所述外圈随所述内圈一起转动，所述驱动部件的输出传递到所述船用螺旋桨，使之正常工作；与所述无人机的旋翼连接的所述第一单向离合器，所述楔块不锁止，所述外圈不转动，所述无人机的旋翼不工作。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种水空两栖无人机，其特征在于：所述无人机机的密度小于水的密度。

9.根据权利要求8所述的一种水空两栖无人机，其特征在于：当所述无人机从空中降到水面时，由于其密度比水小，所述无人机能够平稳的漂浮在水面上；

当所述无人机从水中回到空中或者所述无人机在水下发生问题时，控制所述船用螺旋桨停止工作，所述无人机凭借浮力浮于水面上，通过控制所述旋翼工作使所述无人机飞离水面。

10.根据权利要求1-7任一项所述的一种水空两栖无人机，其特征在于：所述无人机为四旋翼无人机或者多旋翼无人机。