CN108128450B - 多旋翼水空两栖跨域海洋机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海洋机器人技术领域，具体地说是一种多旋翼水空两栖跨域海洋机器人。包括主体、前翼、后翼、垂直稳定翼、附体及水空两用推进装置，其中主体两侧对称设有附体，主体和附体通过前翼和后翼相连接，垂直稳定翼位于主体上方后部，前翼和后翼上均设有一可翻转的水空两用推进装置。本发明具有可实现在水空两种介质中航行，并能够往复跨域的特点，可实现空中快速抵达，水下隐蔽作业等功能或相关使命任务。
Description
技术领域
本发明属于海洋机器人技术领域，具体地说是一种多旋翼水空两栖跨域海洋机器人。
背景技术
海洋机器人(Unmanned Maritime Vehicles，UMV)包括水下机器人(UnmannedUnderwater Vehicles，UUV)、水面机器人(Unmanned Surface Vehicles，USV)以及混合型海洋机器人(Hybrid Unmanned Maritime Vehicles，HUMV)。其中，水下机器人还可分为自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicles，AUV)与遥控水下机器人(RemotelyOperated Vehicles，ROV)。混合型海洋机器人被称为“第四代”海洋机器人，包括自主水下机器人(AUV)与遥控水下机器人(ROV)的混合，水面机器人(USV)和水下机器人(UUV)的混合，无人机(Unmanned Aerial Vehicles，UAV)、水面机器人(USV)和水下机器人(UUV)的混合等，代表了当前海洋机器人的重要发展趋势。兼具水下机器人安静隐身和无人机空中高速远程机动等优点，可实现水空两栖往复跨域和航行能力，拥有更优性能指标、更强作业能力和更高智能自主水平的多旋翼水空两栖跨域海洋机器人能够极大扩展海洋机器人的原有应用范围，是混合型海洋机器人的重要发展方向之一。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种多旋翼水空两栖跨域海洋机器人，是一种具备空中飞行和水下航渡以及往复空中/水下跨域能力的新概念混合型海洋机器人，兼具水下机器人安静隐身和无人机空中高速远程机动等优点，可执行远距离载荷快速投送或运输、水下隐蔽作业等使命任务，从而能够大幅度提高海洋工程、科学考察、海洋军事等领域无人化装备的技术水平。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种多旋翼水空两栖跨域海洋机器人，包括主体、前翼、后翼、垂直稳定翼、附体及水空两用推进装置，其中主体两侧对称设有附体，所述主体和附体通过前翼和后翼相连接，所述垂直稳定翼位于主体上方后部，所述前翼和后翼上均设有一可翻转的水空两用推进装置。
所述主体包括主体外壳及设置于所述主体外壳内的主体框架、动力舱、控制舱及舵机，所述动力舱、控制舱及舵机设置于主体框架上，所述舵机为四个、且通过舵轴分别与四个所述水空两用推进装置连接。
所述水空两用推进装置设置于翻转板上，所述翻转板与相对应的所述舵机的舵轴连接。
所述水空两用推进装置通过与其连接的所述舵机的驱动实现90度翻转；当水下航行状态时，所述水空两用推进装置处于水平位置，当空中飞行状态时，所述水空两用推进装置处于垂直位置。
所述水空两用推进装置采用涵道风扇结构。
所述主体采用升力体构型，所述前翼和后翼的剖面为负升力水翼形，所述附体采用鱼雷形回转体构型。
所述前翼包括前翼外壳及设置于所述前翼外壳内的前翼框架；所述后翼包括后翼外壳及设置于所述后翼外壳内的后翼框架。
所述垂直稳定翼内设有组合天线。
所述附体包括附体外壳及设置于所述附体外壳内的附体框架。
通过所述前翼和后翼上的所述水空两用推进装置间的差速实现水中水平面或空中的机动能力。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明可实现空中和水下两种航行状态，集成了水下机器人技术与无人机技术的双重特性，可通过空中飞行快速抵达目标海域，并在水下航行状态下执行隐蔽工作任务。
2.本发明通过采用涵道风扇形式的水空两用推进装置实现空气中高转速小扭矩和水中低转速大扭矩两种不同介质的推进功能，降低了系统复杂度。
3.本发明以四旋翼飞行器形式在空中航行，能够实现空中悬停、高速飞行、空中大机动等航行功能。
4.本发明的前后翼采用负升力水翼型，可使整体具有较大正浮力，相对常规水下机器人的微正浮力设计，不仅可降低系统由于故障而沉没的风险，同时通过前后翼在航行过程中产生的下沉力可提高适应海洋环境作用力变化的能力。
5.本发明的前后翼均设有水空两用推进装置，可通过多推进装置差速实现水下大机动能力。
附图说明
图1为本发明水下航行状态的轴测图；
图2为本发明的内部结构示意图；
图3为本发明水下航行状态的俯视图；
图4为本发明水下航行状态的正视图；
图5为本发明水下航行状态的前视图；
图6为本发明空中航行状态的轴测图；
图7为本发明空中航行状态的俯视图；
图8为本发明空中航行状态的正视图；
图9为本发明空中航行状态的前视图。
其中：1为主体，2为前翼，3为后翼，4为垂直稳定翼，5为附体，6为水空两用推进装置，7为主体框架，8为主体外壳，9为动力舱，10为控制舱，11为舵机，12为前翼框架，13为前翼外壳，14为舵轴，15为翻转板，16为后翼框架，17为后翼外壳，20为组合天线，21为附体框架，22为附体外壳。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明提供的一种多旋翼水空两栖跨域海洋机器人，包括主体1、前翼2、后翼3、垂直稳定翼4、附体5及水空两用推进装置6，其中主体1两侧对称设有附体5，主体1和附体5通过前翼2和后翼3相连接，垂直稳定翼4位于主体1上方后部，前翼2和后翼3上均设有一可翻转的水空两用推进装置6。
如图2所示，主体1为非耐压结构，包括主体外壳8及设置于主体外壳8内的主体框架7、动力舱9、控制舱10及舵机11，动力舱9、控制舱10及舵机11设置于主体框架7上。前翼2包括前翼外壳13及设置于前翼外壳13内的前翼框架12及前舵机的舵轴14，水空两用推进装置6位于前翼外壳13的外部后侧。后翼3包括后翼外壳17及设置于后翼外壳17内的后翼框架16和后舵机的舵轴，水空两用推进装置6位于后翼外壳17的外侧后部。垂直稳定翼4内设有组合天线20，附体5包括附体外壳22及设置于附体外壳22内的附体框架21。
本发明在构型设计方面，主体1采用升力体构型，前翼2和后翼3的剖面为负升力水翼形，附体5采用鱼雷形回转体构型，系统整体采用大正浮力设计。
进一步地，各水空两用推进装置6设置于翻转板15上，翻转板15与相对应的舵机11的舵轴14连接。
舵机11可带动舵轴14、翻转板15及水空两用推进装置6实现90度翻转，水下航行状态时，水空两用推进装置6处于水平位置，空中飞行状态时水空两用推进装置6处于垂直位置。水空两用推进装置6能够实现空气中高转速小扭矩和水中低转速大扭矩两种不同介质的推进功能。
如图3-5所示，本发明处于水下航行状态时，水空两用推进装置6处于水平状态驱动多旋翼水空两栖跨域海洋机器人向前航行。多旋翼水空两栖跨域海洋机器人的前翼2和后翼3为负升力水翼型，速度使其在水中产生下压力。通过前翼2和后翼3在航行过程中产生的下压力，抵消多旋翼水空两栖跨域机器人自身的正浮力，并实现快速下潜。多旋翼水空两栖跨域海洋机器人可通过控制航行速度，调整下潜速度或实现水下定深航行。可通过多水空两用推进装置6之间差速在水下实现水平面机动。多旋翼水空两栖跨域海洋机器人从水下航渡状态转换为水面状态时，由于整体设计为正浮力，可通过无动力方式上浮至水面。
如图6-9所示，本发明处于空中飞行状态时，水空两用推进装置6处于垂直状态并高速运转，本发明以四旋翼飞行器方式在空中航行，并通过多水空两用推进装置6间的差速实现空中机动。
本发明提供的多旋翼水空两栖跨域海洋机器人安装有水空两用推进装置，能够实现空气中高转速小扭矩和水中低转速大扭矩两种不同介质的推进功能。多旋翼水空两栖跨域海洋机器人的侧翼为负升力翼型，当水空两用推进装置驱动多旋翼水空两栖跨域海洋机器人向前航行时，速度使侧翼产生下压力。通过侧翼在航行过程中产生的下压力，抵消水空两栖跨域机器人自身的正浮力，并实现载体的快速下潜。多旋翼水空两栖跨域海洋机器人可通过控制航行速度，调整下潜速度或实现水下定深航行。多旋翼水空两栖跨域海洋机器人从水下航渡状态转换为水面状态时，由于整体设计为正浮力，可通过无动力方式上浮至水面。
多旋翼水空两栖跨域海洋机器人采用短距垂直起降方式从水面起飞，所有水空两用推进装置竖起并高转速运行，推动多旋翼水空两栖跨域海洋机器人以四旋翼飞行器方式垂直起飞。起飞后，通过四套水空两用推进装置差速实现向前飞行或空中机动。本发明具有可实现在水空两种介质中航行，并能够往复跨域的特点，可实现空中快速抵达，水下隐蔽作业等功能或相关使命任务。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种多旋翼水空两栖跨域海洋机器人，其特征在于：包括主体(1)、前翼(2)、后翼(3)、垂直稳定翼(4)、附体(5)及水空两用推进装置(6)，其中主体(1)两侧对称设有附体(5)，所述主体(1)和附体(5)通过前翼(2)和后翼(3)相连接，所述垂直稳定翼(4)位于主体(1)上方后部，所述前翼(2)和后翼(3)上均设有一可翻转的水空两用推进装置(6)；
所述主体(1)包括主体外壳(8)及设置于所述主体外壳(8)内的主体框架(7)、动力舱(9)、控制舱(10)及舵机(11)，所述动力舱(9)、控制舱(10)及舵机(11)设置于主体框架(7)上，所述舵机(11)为四个、且通过舵轴(14)分别与四个所述水空两用推进装置(6)连接；
所述水空两用推进装置(6)采用涵道风扇结构；通过所述前翼(2)和后翼(3)上的所述水空两用推进装置(6)间的差速实现水中或空中的机动能力。
2.根据权利要求1所述的多旋翼水空两栖跨域海洋机器人，其特征在于：所述水空两用推进装置(6)设置于翻转板(15)上，所述翻转板(15)与相对应的所述舵机(11)的舵轴(14)连接。
3.根据权利要求2所述的多旋翼水空两栖跨域海洋机器人，其特征在于：所述水空两用推进装置(6)通过与其连接的所述舵机(11)的驱动实现90度翻转；当水下航行状态时，所述水空两用推进装置(6)处于水平位置，当空中飞行状态时，所述水空两用推进装置(6)处于垂直位置。
4.根据权利要求1所述的多旋翼水空两栖跨域海洋机器人，其特征在于：所述主体(1)采用升力体构型，所述前翼(2)和后翼(3)的剖面为负升力水翼型，所述附体(5)采用鱼雷形回转体构型。
5.根据权利要求1所述的多旋翼水空两栖跨域海洋机器人，其特征在于：所述前翼(2)包括前翼外壳(13)及设置于所述前翼外壳(13)内的前翼框架(12)；所述后翼(3)包括后翼外壳(17)及设置于所述后翼外壳(17)内的后翼框架(16)。
6.根据权利要求1所述的多旋翼水空两栖跨域海洋机器人，其特征在于：所述垂直稳定翼(4)内设有组合天线(20)。
7.根据权利要求1所述的多旋翼水空两栖跨域海洋机器人，其特征在于：所述附体(5)包括附体外壳(22)及设置于所述附体外壳(22)内的附体框架(21)。
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