CN110194265B - 用于海洋水体自动采集的长航程无人机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于海洋水体自动采集的长航程无人机及其控制方法。用于海洋水体自动采集的长航程无人机包括：无人机本体，无人机本体包括飞控模块及机身，飞控模块固定于机身内部，飞控模块用于规划航线，控制机身自动以多旋翼模式起降，和/或控制机身自动由多旋翼模式切换至固定翼模式后飞行；取水装置，设置于机身底部，飞控模块与取水装置电连接；测距装置，设置于机身底部，飞控模块与测距装置电连接。本发明将取水装置、测距装置集成于无人机本体上，通过飞控模块，实现海洋水体采集全程高度自动化，解决了现有技术中取水装置及测距装置的集成程度低、自动化程度低而导致需要更多的人员、设备进行操作控制、效率低下及航程短的问题。

Description

用于海洋水体自动采集的长航程无人机及其控制方法

技术领域

本发明涉及无人飞行器技术领域，特别涉及一种用于海洋水体自动采集的长航程无人机及其控制方法。

背景技术

现有技术中，通常采用多旋翼无人机进行水体采样，由于多旋翼无人机航程较短的问题，通常无法实现长航程作业，因此，无法解决海洋，尤其是远洋的水体采样作业任务。

再者，现有的无人机取水时，控制过程通常是采用遥控器控制无人机起飞，并且，采用遥控器控制取水装置工作，存在的缺陷是：

1、为了控制无人机飞行，通常只能在视距范围内飞行，比如，到河道中间取水，但是，若是在宽阔的海面取水，那就超出视野控制范围了；

2、由于取水装置依靠人为判断，因此，还需要在无人机上安装一个摄像头，用于监控取水装置的工作情况。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种用于海洋水体自动采集的长航程无人机，旨在解决无法远洋水体采样作业任务的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种用于海洋水体自动采集的长航程无人机，包括：

无人机本体，所述无人机本体包括飞控模块及机身，所述飞控模块固定于所述机身内部，所述飞控模块用于规划航线，控制所述机身自动以多旋翼模式起降，和/或控制所述机身自动由多旋翼模式切换至固定翼模式后飞行；

取水装置，设置于所述机身底部，所述飞控模块与所述取水装置电连接，以供所述飞控模块控制所述取水装置从所述机身底部伸出/收回，且所述取水装置执行海洋水体自动采集；

测距装置，设置于所述机身底部，所述飞控模块与所述测距装置电连接，所述测距装置用于测量所述机身与水面之间的距离，得到测量结果，且将所述测量结果发送至所述飞控模块；

在所述测量结果达到所述无人机本体飞行至作业区域的第一预设高度时，通过所述飞控模块控制所述取水装置伸出。

可选地，所述取水装置包括取水瓶、安装架、伸缩机构及限位开关；所述安装架的一端与所述机身底部固定连接，所述安装架的另一端与伸缩机构的顶端及限位开关固定连接；

所述伸缩机构的底端与所述取水瓶的顶部联动连接，以供所述伸缩机构带动所述取水瓶伸出/收回；

所述飞控模块与所述伸缩机构电连接，以供所述飞控模块发送伸出指令/收缩指令至所述伸缩机构；

所述伸缩机构与所述限位开关电连接，在所述取水瓶采集到海洋水体后，所述取水瓶触碰所述限位开关，以使所述限位开关接通，以供所述伸缩机构在得到所述限位开关的接通指令后带动所述取水瓶收回。

可选地，所述伸缩机构包括第一控制单元、拨轮、吊绳、舵机和绕线轮；所述第一控制单元、舵机及拨轮分别固定于所述安装架上；所述绕线轮固定于所述安装架的一端面上；所述吊绳的一端固定于所述绕线轮上，所述吊绳的另一端环绕所述绕线轮后，贯穿所述拨轮，并与所述取水瓶的顶端连接；

所述飞控模块与所述第一控制单元电连接，所述第一控制单元与所述舵机电连接，所述舵机与所述拨轮驱动连接；

在所述舵机驱动所述拨轮正向旋转时，所述拨轮松开所述取水瓶，驱动所述吊绳滑动于所述绕线轮，并通过所述吊绳连接所述取水瓶。

可选地，所述拨轮上设有台阶卡柱、两个拨叉及两个卡槽；所述两个拨叉的一端分别环绕于所述台阶卡柱的顶端，且所述台阶卡柱的底端与所述取水瓶的顶端固定连接；

所述两个拨叉的另一端均通过连接杆套设于对应的卡槽内；所述舵机与所述拨叉驱动连接，在所述舵机驱动所述拨轮正向旋转时，带动所述拨叉在对应的卡槽内滑动，且所述拨叉的一端松开所述台阶卡柱的顶端。

可选地，所述伸缩机构还包括电机，且所述电机固定于所述安装架与所述绕线轮相对的另一端面上；所述限位开关包括第一触点开关和第二触点开关；

所述第一触点开关与所述拨叉之间存在第一间隙，所述第一触点开关与所述拨叉可接触连接，且所述第一触点开关与所述第一控制单元电连接；在所述拨叉正向旋转时，所述拨叉触碰所述第一触点开关，以使所述第一控制单元控制所述舵机停止工作；

所述第二触点开关与所述吊绳之间存在第二间隙，所述第二触点开关在所述吊绳绷直时，与所述吊绳可接触连接，且所述第二触点开关与所述第一控制单元电连接；在所述吊绳绷直时，所述吊绳触碰所述第二触点开关，以使所述第一控制单元控制所述电机启动，以带动所述绕线轮向反方向带动所述吊绳收回。

可选地，所述伸缩机构还包括第二控制单元；所述第二控制单元分别与所述舵机、电机、第一触点开关及第二触点开关电连接。

本发明还提出一种用于海洋水体自动采集的长航程无人机的控制方法，包括：

航线规划过程：在接收到航线规划指令时，进行航线规划，得到规划任务及取水点；

多旋翼起飞过程：在接收到起飞指令后，长航程无人机基于所述规划任务以多旋翼模式垂直起飞；

多旋翼-固定翼切换过程：当达到第一预设条件时，所述长航程无人机由多旋翼模式切换至固定翼模式飞行，滑降至所述取水点对应的第一目标范围上空；

固定翼-多旋翼切换过程：当达到所述第一目标范围上空时，所述长航程无人机由固定翼模式切换至多旋翼模式；

多旋翼降落过程：在切换为多旋翼模式后，所述长航程无人机以多旋翼模式下降至第一预设高度；

海洋水体自动采集过程：所述长航程无人机通过取水装置进行海洋水体自动采集；以及

返航过程：在完成海洋水体自动采集后，所述长航程无人机以多旋翼模式向上爬升至第二预设高度后，并返航。

可选地，所述多旋翼降落过程与所述海洋水体自动采集过程之间，所述长航程无人机的控制方法还包括：

测距过程：所述长航程无人机通过测距装置对无人机本体与海洋水面之间的距离进行测量，得到测量结果，在所述测量结果达到所述第一预设高度时，执行所述海洋水体自动采集过程步骤。

可选地，所述海洋水体自动采集过程还包括：

试举升力过程：所述长航程无人机伸出所述取水装置，进行取水，并测试所述取水装置的拉力，在所述拉力满足第二预设条件时，收回所述取水装置。

可选地，所述返航过程包括：

所述长航程无人机以多旋翼模式向上爬升至第二预设高度后，所述长航程无人机由多旋翼模式切换至固定翼模式飞行，并在达到第二目标范围上空时，由固定翼模式切换至多旋翼模式，并以多旋翼模式降落。

本发明用于海洋水体自动采集的长航程无人机及其控制方法，通过飞控模块，进行航线规划及取水点设定，得到规划任务，在所述无人机本体一键起飞时，自动控制无人机本体以多旋翼模式起飞，并且，通过切换至固定翼模式飞行，实现长航程飞行，从而实现到达远洋的预设作业范围；并且，通过测距装置进行无人机本体与水面之间的距离，当测量结果达到第一预设高度时，控制所述取水装置伸出，并通过取水装置进行海洋水体自动采集，从而实现远洋的海洋水体自动采集。本发明将取水装置、测距装置集成于无人机本体上，通过飞控模块，实现海洋水体采集全程高度自动化，解决了现有技术中取水装置及测距装置的集成程度低、自动化程度低而导致需要更多的人员、设备进行操作控制、效率低下及航程短的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明用于海洋水体自动采集的长航程无人机一实施例的立体图；

图2为本发明用于海洋水体自动采集的长航程无人机一实施例的剖视图；

图3为本发明用于海洋水体自动采集的长航程无人机中取水装置的第一结构示意图；

图4为本发明用于海洋水体自动采集的长航程无人机中取水装置的第二结构示意图；

图5为本发明用于海洋水体自动采集的长航程无人机的控制方法的流程示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	无人机本体	20	取水装置
30	测距装置	100	飞控模块
				200	取水瓶	201	安装架
202	伸缩机构	203	限位开关
				2020	第一控制单元	2021	拨轮
2022	吊绳	2023	舵机
				2024	绕线轮	2025	电机
2026	第二控制单元
				20210	台阶卡柱	20211	拨叉
20212	卡槽
				2030	第一触点开关	2031	第二触点开关

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种用于海洋水体自动采集的长航程无人机。

在本发明一实施例中，如图1-4所示，用于海洋水体自动采集的长航程无人机包括：

无人机本体10，包括飞控模块100及机身，飞控模块100固定于机身内部，飞控模块100用于规划航线，控制所述机身自动以多旋翼模式起降，和/或控制所述机身自动由多旋翼模式切换至固定翼模式后飞行；

取水装置20，设置于机身底部，且飞控模块100与取水装置20电连接，以供飞控模块100控制取水装置20从机身底部伸出/收回，并执行海洋水体自动采集；

测距装置30，设置于机身底部，且飞控模块100与测距装置30电连接，测距装置30用于测量机身与水面之间的距离，得到测量结果，且将所述测量结果发送至所述飞控模块100；

在所述测量结果达到无人机本体10飞行至作业区域的第一预设高度时，通过飞控模块100控制取水装置20伸出。

可以理解的是，机身的两侧分别对称或近似对称地安装有两机翼，当然，两机翼为固定翼，通过飞控模块100控制，实现固定翼模式飞行；并且，两机翼上还安装有两旋翼组件，旋翼组件包括沿前后方延伸的旋翼臂及分别安装于旋翼臂前后两端的第一旋翼和第二旋翼。本案的多旋翼模式为四旋翼模式，当然，也可以是六旋翼模式，通过飞控模块100的控制，实现多旋翼模式飞行。通过多旋翼模式与固定翼模式的配合飞行，使得该无人的航程可达到20-30km，从而实现远洋水体采样。

测距装置30可以是激光雷达，主要用于测量无人机与海面的距离。

本发明用于海洋水体自动采集的长航程无人机，通过飞控模块100，进行航线规划及取水点设定，得到规划任务，在无人机本体10一键起飞时，自动控制无人机本体10以多旋翼模式起飞，并且，通过切换至固定翼模式飞行，实现长航程飞行，从而实现到达远洋的预设作业范围；并且，通过测距装置30进行无人机本体10与水面之间的距离，当测量结果达到第一预设高度第一预设高度时，控制取水装置20伸出，并通过取水装置20进行海洋水体自动采集，从而实现远洋的海洋水体自动采集。本发明将取水装置20、测距装置30集成于无人机本体10上，通过飞控模块，实现海洋水体采集全程高度自动化，解决了现有技术中取水装置20及测距装置30的集成程度低、自动化程度低而导致需要更多的人员、设备进行操作控制、效率低下及航程短的问题。

可选地，取水装置20包括取水瓶200、安装架201、伸缩机构202及限位开关203；安装架201的一端与机身底部固定连接，安装架201另一端与伸缩机构202的顶端及限位开关203固定连接；

伸缩机构202的底端与取水瓶200的顶部联动连接，以供伸缩机构202带动取水瓶200伸出/收回；

飞控模块100与伸缩机构202电连接，以供飞控模块100发送伸出指令/收缩指令至伸缩机构202；

伸缩机构202与限位开关203电连接，在取水瓶200采集到海洋水体后，取水瓶200触碰限位开关203，以使限位开关203接通，以供伸缩机构202在得到限位开关203的接通指令后带动取水瓶200收回。

通过安装架201，将取水装置20安装在机身上，并且，取水瓶200可从机身底部伸出，当然，伸缩机构202及限位开关203也安装在安装架201上；在该长航程无人机到达第一目标范围的第一预设高度时，飞控模块100控制伸缩机构202伸出取水瓶200，在取水瓶200进行海洋水体自动采集完成后，通过限位开关203通知伸缩机构202，收回取水瓶200。

可选地，伸缩机构202包括第一控制单元2020、拨轮2021、吊绳2022、舵机2023和绕线轮2024；第一控制单元2020、舵机2023及拨轮2021分别固定于安装架201上；绕线轮2024固定于安装架201的一端面上；吊绳2022的一端固定于绕线轮2024上，吊绳2022的另一端环绕绕线轮2024后，贯穿拨轮2021，并与取水瓶200的顶端连接；

飞控模块100与第一控制单元2020电连接，第一控制单元2020与舵机2023电连接，舵机2023与拨轮2021驱动连接；

在舵机2023驱动拨轮2021正向旋转时，拨轮2021松开取水瓶200，驱动吊绳2022滑动于绕线轮2024，并通过吊绳2022连接取水瓶200。

第一控制单元2020为自动控制伸缩机构202进行伸缩的电路板；在开始水体采样前，且该长航程无人机到达第一目标范围的第一预设高度时，飞控模块100控制舵机2023启动，从而使得舵机2023带动拨轮2021正向旋转，进而使得拨轮2021松开取水瓶200，同时，由于吊绳2022环绕在绕线轮2024上，且吊绳2022连接取水瓶200，当取水瓶200被松开时，吊绳2022开始放松，且取水瓶200开始下降，进入水面，从而完成取水动作。

可选地，拨轮2021上设有台阶卡柱20210、两个拨叉20211及两个卡槽20212；两个拨叉20211的一端分别环绕于台阶卡柱20210的顶端，且台阶卡柱20210的底端与取水瓶200的顶端固定连接；

两个拨叉20211的另一端均通过连接杆套设于对应的卡槽20212内；舵机2023与拨叉20211驱动连接，在舵机2023驱动拨轮2021正向旋转时，带动拨叉20211在对应的卡槽20212内滑动，且拨叉20211的一端松开台阶卡柱20210的顶端。

取水瓶200的松开过程具体为：该长航程无人机到达第一目标范围的第一预设高度时，飞控模块100控制舵机2023启动，使得舵机2023带动拨轮2021正向旋转，从而使得两个拨叉20211在卡槽20212内滑动，当两个拨叉20211从卡槽20212的一端滑动至另一端时，松开台阶卡柱20210的顶端，由于台阶卡柱20210的底端与取水瓶200的顶端固定连接，因此，台阶卡柱20210及取水瓶200开始下降，进入水面，从而完成取水动作。

可选地，限位开关203包括第一触点开关2030；

第一触点开关2030与拨叉20211之间存在第一间隙，第一触点开关2030与拨叉20211可接触连接，且第一触点开关2030与第一控制单元2020电连接。在拨叉20211正向旋转时，拨叉20211触碰第一触点开关2030，以使第一控制单元2020控制舵机2023停止工作。

可选地，伸缩机构202还包括电机2025，且电机2025固定于安装架201与绕线轮2024相对的另一端面上；限位开关203还包括第二触点开关2031；第二触点开关2031与吊绳2022之间存在第二间隙，第二触点开关2031在吊绳2022绷直时，与吊绳2022可接触连接，且第二触点开关2031与第一控制单元2020电连接；在吊绳2022绷直时，吊绳2022触碰第二触点开关2031，以使第一控制单元2020控制电机2025启动，以带动绕线轮2024向反方向带动吊绳2022收回。

本实施例中，取水瓶200的松开过程更具体为：第一控制单元2020接收到飞控模块100的松开取水瓶200的松开指令时，启动舵机2023，舵机2023带动拨轮2021正向旋转，拨轮2021上的卡槽20212使得两个拨叉20211分别向两边运动，松开了台阶卡柱20210的顶端，由于台阶卡柱20210的底端与取水瓶200的顶端固定连接，因此，台阶卡柱20210连同下方取水瓶200一同降落。并且，其中一个拨叉20211触碰到第一触点开关2030时，以使第一控制单元2020控制舵机2023断电，进而停止工作。

取水时，当取水瓶200采集到足够重量的水之后，吊绳2022会绷直，搭在吊绳2022上的第二触点开关2031接通，第二触点开关2031与第一控制单元2020电连接，使得第二控制单元2026控制电机2025开始工作，启动电机2025，电机2025带动绕线轮2024向上绕线，带动吊绳2022向上收回，从而将取水瓶200提举上来。

取水瓶200收回时，当台阶卡柱20210上端上升至触碰到第一触点开关2030时，通过第一控制单元2020控制电机2025停止工作，且启动舵机2023，带动拨轮2021反向旋转，拨叉20211向中间靠拢，卡紧台阶卡柱20210并一直保持，取水瓶200收回完成。

可选地，伸缩机构202还包括第二控制单元2026；第二控制单元2026分别与舵机2023、电机2025、第一触点开关2030及第二触点开关2031电连接。

本实施例中，第二控制单元2026为手动控制电路板，有上升和下降两个按钮，按下下降按钮，相当于上述飞控模块100给第一控制单元2020的松开指令；按下上升按钮，相当于把第二触点开关2031接通。手动控制是为了便于非任务时装卸取水瓶200使用。

本发明还提供了以上所述的用于海洋水体自动采集的长航程无人机的控制方法。

如图4所示，一种用于海洋水体自动采集的长航程无人机的控制方法包括：

步骤S10、航线规划过程：在接收到航线规划指令时，进行航线规划，得到规划任务及取水点；

具体地，在执行作业任务前，进行航线规划，确认规划任务及取水点，规划任务和取水点数据都存储于飞控模块内，在该长航程无人机接收到规划任务和取水点数据，并接收到起飞指令后，自动完成整个作业任务，无需额外的遥控器，控制该长航程无人机的航线、降落点等，也无需额外的遥控器控制取水装置取水，整个过程通过飞控模块实现高度自动化。

步骤S20、多旋翼起飞过程：在接收到起飞指令后，长航程无人机基于多旋翼模式垂直起飞；

具体的，所述起飞指令既可以是遥控装置，比如遥控器、或遥控终端(手机)等，发出的，也可以是安装在长航程无人机上的起飞按钮发出的。

具体的，两所述第一旋翼和两第二旋翼均在水平面内加速旋转，产生向上的升力，使得长航程无人机竖直或近似竖直起飞。

步骤S30、多旋翼-固定翼切换过程：当达到第一预设条件时，所述长航程无人机由多旋翼模式切换至固定翼模式飞行，滑降至所述取水点对应的第一目标范围上空；

具体的，当所述长航程无人机按照预先规划好的飞行航线飞行时，当用于海洋水体自动采集的长航程无人机满足第一预设条件时，即开始多旋翼-固定翼切换过程。

其中，所述第一预设条件包括第一预设高度、和/或预设速度等。即当长航程无人机起飞至第一预设高度、和/或加速到预设速度时，开始多旋翼-固定翼切换过程。

具体的，两机翼上还安装有两旋翼组件，旋翼组件的第一旋翼具有初始角度，当第一旋翼在初始角度时，第一旋翼的旋转轴线垂直于水平面，第一旋翼可在水平面内旋转。当第一旋翼在第一预设角度时，第一旋翼的旋转轴线平行于水平面，第一旋翼可在铅垂面内旋转、直至倾转第一预设角度；同时，两第二旋翼减速、直至停止转动。

具体而言，在多旋翼-固定翼切换过程，所述第一旋翼从在水平面内旋转、转换至在铅垂面内旋转。

步骤S40、固定翼飞行过程：切换完成后，所述长航程无人机以固定翼模式滑降至所述取水点对应的第一目标范围上空；

切换完成后，所述第一旋翼倾转至第一预设角度，第二旋翼不工作，用于海洋水体自动采集的长航程无人机主要有第一旋翼提供飞行动力。

当长航程无人机处于固定翼飞行过程时，可实现长航程无人机的快速向前飞行，从而可以实现远洋航线飞行。

可以理解，长航程无人机在飞行过程中，在风力等外力作用下、或长航程无人机飞行速度等内因影响下，会出现飞行不稳的情况。可根据设置在长航程无人机上的传感器、GPS等获取长航程无人机的飞行状态和周围环境特征，并依据该特征，通过以下方式调整长航程无人机的飞行状态，使得用于海洋水体自动采集的长航程无人机平稳飞行：

1)通过机翼上的主舵面调整所述长航程无人机的飞行状态；

2)通过尾翼上的尾舵面调整所述长航程无人机的飞行状态；

3)通过控制第一旋翼在预设范围内来回倾转，以调整长航程无人机的飞行状态。其中，所述预设范围是指，第一旋翼在第一预设角度附近上下来回进行小角度倾转调节。

需要说明的是，以上三种方式，可单独进行调节，也可相互组合进行调节。

步骤S50、固定翼-多旋翼切换过程：当达到所述第一目标范围上空时，所述长航程无人机由固定翼模式切换至多旋翼模式；

在达到航线规划的第一目标范围上空时，两所述第一旋翼向后倾转、直至倾转至初始角度；同时，两所述第二旋翼加速旋转、直至加速至第二预设速度。

可选地，所述第二预设速度等于第一旋翼的转速。

具体的，当所述长航程无人机按照预先规划好的飞行航线飞行时，当所述长航程无人机到达第一目标范围上空时，即开始固定翼-多旋翼切换过程。

其中，本案不局限于达到第一目标范围上空这一预设条件，预设条件还可以包括其它预设目标，比如飞行预设距离、或拍摄预设数量照片、或捕捉到预设画面等等。

特别地，所述长航程无人机在飞行过程中可能会遇到一些突发状况，当遇到这些突发状况时，也可启动固定翼-多旋翼切换过程，然后自动降落。

其中，所述突发状况包括旋翼电机电量不足、突遇较大风力、突遇绕不开的障碍物等。

即是说，所述预设条件还包括电量剩余量达到预警值、或外界风力达到预设极值等。

具体的，在固定翼-多旋翼切换过程，所述第一旋翼从在铅垂面内旋转、转换至在水平面内旋转。

步骤S60、多旋翼降落过程：在切换为多旋翼模式后，所述长航程无人机以多旋翼模式下降至第一预设高度；

切换完成后后，两所述第一旋翼和两所述第二旋翼均在水平面内减速旋转、并减速为零，所述长航程无人机降落至第一预设高度。

具体的，两所述第一旋翼和两第二旋翼均在水平面内减速旋转，其产生的升力逐渐减小，使得长航程无人机竖直或近似竖直降落至第一预设高度。

当所述长航程无人机根据即时发出操作指令飞行时，当长航程无人机完成固定翼-多旋翼切换过程后，长航程无人机可在四个旋翼的作用下悬停，或长航程无人机在四旋翼的作用下向前、或向后、或向左、或向右、或向上、或向下飞行。

即是说，在切换完成后，可通过调整两所述第一旋翼与两第二旋翼的转速来实现长航程无人机悬停；或者，可通过调整两所述第一旋翼与两第二旋翼的转速来实现长航程无人机飞行状态的转换。

需要说明的是，当长航程无人机遇到突发状况时，长航程无人机在完成固定翼-多旋翼切换过程后，即启动多旋翼降落过程，使得长航程无人机以多旋翼模式下降至第一预设高度，以便于取水作业。

步骤S70、海洋水体自动采集过程：所述长航程无人机通过取水装置进行海洋水体自动采集；

具体地，海洋水体自动采集过程包括取水瓶松开、取水、取水瓶收回，取水瓶的松开过程更具体为：第一控制单元接收到飞控模块的松开取水瓶的松开指令时，启动舵机，舵机带动拨轮正向旋转，拨轮上的卡槽使得两个拨叉分别向两边运动，松开了台阶卡柱的顶端，由于台阶卡柱的底端与所述取水瓶的顶端固定连接，因此，台阶卡柱连同下方取水瓶一同降落。并且，其中一个拨叉触碰到第一触点开关时，以使所述第一控制单元控制舵机断电，进而停止工作。

取水时，当取水瓶采集到足够重量的水之后，吊绳会绷直，搭在吊绳上的第二触点开关接通，第二触点开关与所述第一控制单元电连接，使得第二控制单元控制电机开始工作，启动电机，电机带动绕线轮向上绕线，带动吊绳向上收回，从而将取水瓶提举上来。

取水瓶收回时，当台阶卡柱上端上升至触碰到第一触点开关时，通过第一控制单元控制电机停止工作，且启动舵机，带动拨轮反向旋转，拨叉向中间靠拢，卡紧台阶卡柱并一直保持，取水瓶收回完成。

以及

步骤S80、返航过程：在完成海洋水体自动采集后，所述长航程无人机以多旋翼模式向上爬升至第二预设高度后，并返航。

具体地，在完成海洋水体自动采集后，无人机可以开始返航，所述长航程无人机以多旋翼模式向上爬升至第二预设高度后，在达到第一预设高度时，所述长航程无人机由多旋翼模式切换至固定翼模式飞行，并在达到第二目标范围上空时，由固定翼模式切换至多旋翼模式，并以多旋翼模式降落。

当然，若该长航程无人机携带多个取水装置，那么可以进行海洋多个区域的海水采样，在第一个取水装置取水完成后，该长航程无人机可以飞向第二个待采样区域，以同样的方式进行第二个待采样区域的水体采样，在采样完成后，该长航程无人机返回至目的地，以供工作人员取下取水瓶，从而得到样本，以作进一步海洋水样的研究。

进一步地，步骤S60与步骤S70之间，所述长航程无人机的控制方法还包括：

步骤S61、测距过程：所述长航程无人机通过测距装置对无人机本体与海洋水面之间的距离进行测量，得到测量结果，在所述测量结果达到所述第一预设高度时，执行步骤S60。

测距装置可以是激光雷达，用于测量无人机与水面之间的距离，在无人机本体与海洋水面之间的距离达到所述第一预设高度时，才开始水体采样，避免吊绳不够长，或者是其它特殊情况，有效实现取水装置的取水作业。

进一步地，步骤S70还包括：

步骤S71、试举升力过程：所述长航程无人机伸出所述取水装置，进行取水，并测试所述取水装置的拉力，在所述拉力满足第二预设条件时，收回所述取水装置。

在取水过程中，进行试举升力的测试，避免取水量过少，导致样本数量不足；或者是取水量过多，导致取水装置拉力不足，而引起无法拉回所述取水瓶，第二预设条件即拉力的预设值，如，该取水瓶能装载1公斤的水体，在装满1公斤的水量时，都会进行试举升力测试，以保护取水瓶。

进一步地，步骤S80包括：所述长航程无人机由多旋翼模式切换至固定翼模式飞行，并在达到第二目标范围上空时，由固定翼模式切换至多旋翼模式，并以多旋翼模式降落。

在完成海洋水体自动采集后，无人机可以开始返航，所述长航程无人机以多旋翼模式向上爬升至第二预设高度后，所述长航程无人机由多旋翼模式切换至固定翼模式飞行，并在达到第二目标范围上空时，由固定翼模式切换至多旋翼模式，并以多旋翼模式降落，从而实现整个长航程无人机的远洋取水作业。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于海洋水体自动采集的长航程无人机，其特征在于，包括：

无人机本体，所述无人机本体包括飞控模块及机身，所述飞控模块固定于所述机身内部，所述飞控模块用于规划航线，控制所述机身自动以多旋翼模式起降，和/或控制所述机身自动由多旋翼模式切换至固定翼模式后飞行；

取水装置，设置于所述机身底部，所述飞控模块与所述取水装置电连接，以供所述飞控模块控制所述取水装置从所述机身底部伸出/收回，且所述取水装置执行海洋水体自动采集；

测距装置，设置于所述机身底部，所述飞控模块与所述测距装置电连接，所述测距装置用于测量所述机身与水面之间的距离，得到测量结果，且将所述测量结果发送至所述飞控模块；

在所述测量结果达到所述无人机本体飞行至作业区域的第一预设高度时，通过所述飞控模块控制所述取水装置伸出；

所述取水装置还包括取水瓶、安装架、伸缩机构及限位开关；所述安装架的一端与所述机身底部固定连接，所述安装架的另一端与伸缩机构的顶端及限位开关固定连接；

所述伸缩机构的底端与所述取水瓶的顶部联动连接，以供所述伸缩机构带动所述取水瓶伸出/收回；

所述飞控模块与所述伸缩机构电连接，以供所述飞控模块发送伸出指令/收缩指令至所述伸缩机构；

所述伸缩机构与所述限位开关电连接，在所述取水瓶采集到海洋水体后，所述取水瓶触碰所述限位开关，以使所述限位开关接通，以供所述伸缩机构在得到所述限位开关的接通指令后带动所述取水瓶收回。

2.如权利要求1所述的用于海洋水体自动采集的长航程无人机，其特征在于，所述伸缩机构包括第一控制单元、拨轮、吊绳、舵机和绕线轮；所述第一控制单元、舵机及拨轮分别固定于所述安装架上；所述绕线轮固定于所述安装架的一端面上；所述吊绳的一端固定于所述绕线轮上，所述吊绳的另一端环绕所述绕线轮后，贯穿所述拨轮，并与所述取水瓶的顶端连接；

所述飞控模块与所述第一控制单元电连接，所述第一控制单元与所述舵机电连接，所述舵机与所述拨轮驱动连接；

在所述舵机驱动所述拨轮正向旋转时，所述拨轮松开所述取水瓶，驱动所述吊绳滑动于所述绕线轮，并通过所述吊绳连接所述取水瓶。

3.如权利要求2所述的用于海洋水体自动采集的长航程无人机，其特征在于，所述拨轮上设有台阶卡柱、两个拨叉及两个卡槽；所述两个拨叉的一端分别环绕于所述台阶卡柱的顶端，且所述台阶卡柱的底端与所述取水瓶的顶端固定连接；

所述两个拨叉的另一端均通过连接杆套设于对应的卡槽内；所述舵机与所述拨叉驱动连接，在所述舵机驱动所述拨轮正向旋转时，带动所述拨叉在对应的卡槽内滑动，且所述拨叉的一端松开所述台阶卡柱的顶端。

4.如权利要求3所述的用于海洋水体自动采集的长航程无人机，其特征在于，所述伸缩机构还包括电机，且所述电机固定于所述安装架与所述绕线轮相对的另一端面上；所述限位开关包括第一触点开关和第二触点开关；

所述第一触点开关与所述拨叉之间存在第一间隙，所述第一触点开关与所述拨叉可接触连接，且所述第一触点开关与所述第一控制单元电连接；在所述拨叉正向旋转时，所述拨叉触碰所述第一触点开关，以使所述第一控制单元控制所述舵机停止工作；

所述第二触点开关与所述吊绳之间存在第二间隙，所述第二触点开关在所述吊绳绷直时，与所述吊绳可接触连接，且所述第二触点开关与所述第一控制单元电连接；在所述吊绳绷直时，所述吊绳触碰所述第二触点开关，以使所述第一控制单元控制所述电机启动，以带动所述绕线轮向反方向带动所述吊绳收回。

5.如权利要求4所述的用于海洋水体自动采集的长航程无人机，其特征在于，所述伸缩机构还包括第二控制单元；所述第二控制单元分别与所述舵机、电机、第一触点开关及第二触点开关电连接。

6.一种用于海洋水体自动采集的长航程无人机的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-5任一项所述的海洋水体自动采集的长航程无人机，包括：

航线规划过程：在接收到航线规划指令时，进行航线规划，得到规划任务及取水点；

多旋翼起飞过程：在接收到起飞指令后，长航程无人机基于所述规划任务以多旋翼模式垂直起飞；

多旋翼-固定翼切换过程：当达到第一预设条件时，所述长航程无人机由多旋翼模式切换至固定翼模式飞行；

固定翼飞行过程：切换完成后，所述长航程无人机以固定翼模式滑降至所述取水点对应的第一目标范围上空；

固定翼-多旋翼切换过程：当达到所述第一目标范围上空时，所述长航程无人机由固定翼模式切换至多旋翼模式；

多旋翼降落过程：在切换为多旋翼模式后，所述长航程无人机以多旋翼模式下降至第一预设高度；

海洋水体自动采集过程：所述长航程无人机通过取水装置进行海洋水体自动采集；以及

返航过程：在完成海洋水体自动采集后，所述长航程无人机以多旋翼模式向上爬升至第二预设高度后，并返航。

7.如权利要求6所述的用于海洋水体自动采集的长航程无人机的控制方法，其特征在于，所述多旋翼降落过程与所述海洋水体自动采集过程之间，所述长航程无人机的控制方法还包括：

测距过程：所述长航程无人机通过测距装置对无人机本体与海洋水面之间的距离进行测量，得到测量结果，在所述测量结果达到所述第一预设高度时，执行所述海洋水体自动采集过程步骤。

8.如权利要求6所述的用于海洋水体自动采集的长航程无人机的控制方法，其特征在于，所述海洋水体自动采集过程还包括：

试举升力过程：所述长航程无人机伸出所述取水装置，进行取水，并测试所述取水装置的拉力，在所述拉力满足第二预设条件时，收回所述取水装置。

9.如权利要求6所述的用于海洋水体自动采集的长航程无人机的控制方法，其特征在于，所述返航过程包括：

所述长航程无人机以多旋翼模式向上爬升至第二预设高度后，由多旋翼模式切换至固定翼模式飞行，并在达到第二目标范围上空时，由固定翼模式切换至多旋翼模式，并以多旋翼模式降落。