CN110341896A - 一种水空两栖无人艇及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人艇技术领域，尤其涉及一种水空两栖无人艇，包括船体，船体内设置有设备舱、锂电池以及应用平台，船体中部设置有视觉系统，船体设置有动力装置，动力装置包括第一折叠舵机与第二折叠舵机，第一折叠舵机驱动连接有折叠臂，折叠臂的一端设置有朝向舵机，朝向舵机的输出端驱动连接有伺服电机，伺服电机的输出端驱动连接有螺旋桨，设备舱包括图传模块、电机驱动器、传感器模块、总线模块和控制器，图传模块、电机驱动器、传感器模块、总线模块均与控制器电连接，控制器与视觉系统、动力装置电连接，设备舱、应用平台、视觉系统、动力装置均与锂电池电连接。本发明具备航行与飞行双层功能，提高无人艇使用的灵活性和适用性。

Description

一种水空两栖无人艇及其使用方法

技术领域

本发明涉及无人艇技术领域，尤其涉及一种水空两栖无人艇及其使用方法。

背景技术

随着无人化设备的迅猛发展，无人艇得到越来越多的关注，无人艇可以看作是一种水面机器人，能够完成水面巡视、搜救、探测、军事打击等工作任务。但是现有的无人艇大多只能在水面上航行而没有与飞行器结合起来，不具备飞行功能，这在一定程度上限制了无人艇的使用灵活性与应用范围，特别是在恶劣水域环境中，由于无人艇的传统螺旋桨大多为固定安装又而无法灵活调节，极其容易受到海草砂石的缠绕堵塞，为无人艇的使用带来了不少困难与麻烦。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种水空两栖无人艇及其使用方法。

为实现上述目的，本发明的一种水空两栖无人艇，包括船体，所述船体内设置有设备舱、锂电池以及用于搭载检测仪器或者军事装备的应用平台，所述船体的中部设置有视觉系统，所述船体设置有动力装置，所述动力装置包括结构相同的第一折叠舵机与第二折叠舵机，所述第一折叠舵机的输出端驱动连接有折叠臂，所述折叠臂的一端设置有朝向舵机，所述朝向舵机的输出端驱动连接有伺服电机，所述伺服电机的输出端驱动连接有螺旋桨，所述设备舱包括图传模块、电机驱动器、传感器模块、总线模块和控制器，所述图传模块、电机驱动器、传感器模块、总线模块均与控制器电连接，所述控制器与视觉系统、动力装置电连接，所述设备舱、应用平台、视觉系统、动力装置均与锂电池电连接。

优选的，所述视觉系统包括三轴自稳云台，所述三轴自稳云台设置有全景摄像机。

优选的，所述船体可以为M型船体或者双体船体或者单体船体。

优选的，所述船体采用工程塑料或者碳纤维材料制成。

一种水空两栖无人艇的使用方法，包括以下步骤：

（1）当无人艇处于待机状态时，两个折叠臂朝着船体的方向折叠以减少放置空间；

（2）当无人艇收到运行指令时，张开两个折叠臂，使两个折叠臂之间的夹角呈180度；

（3）当无人艇接收到飞行指令时，朝向舵机通过伺服电机调整螺旋桨方向朝上，并驱动大功率伺服电机带动螺旋桨旋转，产生向上的动力，同时不断地调整螺旋桨的朝向角，实现无人艇的稳定飞行，当调整两个螺旋桨向前倾斜，无人艇则向前飞行，反之，当调整两个螺旋桨向后倾斜，无人艇则向后飞行；当调整右边的螺旋桨向前倾斜，左边的螺旋桨向后倾斜，无人艇则向左转，反之，当调整左边的螺旋桨向前倾斜，右边的螺旋桨向后倾斜，无人艇则向右转；

（4）当无人艇接收到航行指令时，朝向舵机通过伺服电机控制螺旋桨向后倾斜，并驱动大功率伺服电机带动螺旋桨旋转，产生前进的动力，实现无人艇的稳定航行，当调整右边的螺旋桨转速大于左边的螺旋桨转速，使得右边的螺旋桨所产生的推动力大于左边的螺旋桨所产生的推动力，实现无人艇左转，反之，当调整左边的螺旋桨转速大于右边的螺旋桨转速，使得左边的螺旋桨所产生的推动力大于右边的螺旋桨所产生的推动力，实现无人艇右转；

（5）当无人艇的前方有障碍物时，通过全景摄像机得出障碍物的大概位置，并通过控制器控制动力装置及时绕开障碍物，实现无人艇的安全避障。

本发明的有益效果：本发明的一种水空两栖无人艇及其使用方法，在无人艇运行的过程中，控制器可以接收到图传模块和传感器模块的数据，当接收到飞行指令时，控制器通过电机驱动器分别控制第一折叠舵机与第二折叠舵机运行，驱动两个折叠臂180度呈水平张开，朝向舵机通过伺服电机调整螺旋桨的方向朝上，并驱动大功率伺服电机带动螺旋桨旋转，在螺旋桨旋转的过程中，不断细微调整螺旋桨的朝向，实现无人艇在空中平稳飞翔；当接收到航行指令时，控制器通过电机驱动器分别控制第一折叠舵机与第二折叠舵机运行，驱动两个折叠臂张开，朝向舵机调整螺旋桨向后倾斜，并驱动大功率伺服电机带动螺旋桨旋转，在螺旋桨旋转的过程中会产生强大的前进推动力，实现无人艇在水面快速航行。本发明具备航行与飞行双层功能，提高无人艇使用的灵活性和适用性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明飞行状态的结构示意图。

图3为本发明航行状态的结构示意图。

图4为本发明处于工作状态的结构示意图。

图5为本发明处于待机状态的结构示意图。

图6为本发明设备舱的结构示意图。

附图标记包括：

1——船体

2——设备舱 21——图传模块 22——电机驱动器

23——传感器模块 24——总线模块 25——控制器

3——锂电池 4——应用平台 5——视觉系统

6——动力装置 61——第一折叠舵机 611——折叠臂

612——朝向舵机 613——伺服电机 614——螺旋桨

62——第二折叠舵机

7——三轴自稳云台 8——全景摄像机。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细的描述。

如图1至图6所示，本发明的一种水空两栖无人艇，包括船体1，所述船体1内设置有设备舱2、锂电池3以及用于搭载检测仪器或者军事装备的应用平台4，所述船体1的中部设置有视觉系统5，所述船体1设置有动力装置6，所述动力装置6包括结构相同的第一折叠舵机61与第二折叠舵机62，所述第一折叠舵机61的输出端驱动连接有折叠臂611，所述折叠臂611的一端设置有朝向舵机612，所述朝向舵机612的输出端驱动连接有伺服电机613，所述伺服电机613的输出端驱动连接有螺旋桨614，所述设备舱2包括图传模块21、电机驱动器22、传感器模块23、总线模块24和控制器25，所述图传模块21、电机驱动器22、传感器模块23、总线模块24均与控制器25电连接，所述控制器25与视觉系统5、动力装置6电连接，所述设备舱2、应用平台4、视觉系统5、动力装置6均与锂电池3电连接。

工作时，无人艇接收到飞行指令时将折叠臂611张开，驱动朝向舵机612使螺旋桨614方向朝上，进而驱动螺旋桨614旋转实现无人艇在空中的飞行，在飞行过程中，控制器25根据传感器模块23发来的数据经过处理控制算法驱动朝向舵机612的转向角和大功率伺服电机613的转速，实现无人艇的稳定飞行，大功率伺服电机613的朝向会随着朝向舵机612的输出轴旋转而不断变化，螺旋桨614的朝向也会跟随着改变，进而在螺旋桨614旋转的过程中所产生的推动力也会改变，无人艇接收到航行指令时将折叠臂611张开，驱动朝向舵机612使螺旋桨614朝向前进方向，进而驱动螺旋桨614旋转实现无人艇在水面的航行，也可以方便地从陆地或者母舰上投放该无人艇，提高了使用便捷性。传感器模块23可检测到无人艇的速度、倾角、位置等状态信息并发送到控制器25，总线模块24可以将接收到应用平台4的外接设备信息再发送到控制器25，也可以将接收到控制器25的信息发送到应用平台4的外接设备，控制器25可接收到传感器模块23、总线模块24、图传模块21的信息，并进行数据处理和图像处理，再发送信号到电机驱动器22，电机驱动器22可接收到控制器25的控制信号并控制第一折叠舵机61、第二折叠舵机62、朝向舵机612和大功率伺服电机613的运作状态，应用平台4是一个开放的平台可用于科学研究的二次开发，也可搭载水质监测设备用于水资源管理，也可搭载军事武器用于军事打击，进而实现如水质监测、军事监察、军事打击等不同的使用功能。本发明具备航行与飞行双层功能，提高无人艇使用的灵活性和适用性。

如图1、图2和图4所示，本实施例的视觉系统5包括三轴自稳云台7，所述三轴自稳云台7设置有全景摄像机8。具体地，三轴自稳云台7安装在船体1的甲板上，全景摄像机8安装在三轴自稳云台7上，三轴自稳云台7的安装面具有水平保持能力，实现全景摄像机8保持一致的水平状态，防止在图像采集过程中的意外晃动，全景摄像机8可以检测到无人艇周围360度全方位的图像信息，图传模块21可以接收到全景摄像机8的图像数据，并发送到地面的监控中心，同时也可以接收到监控中心的指令，并发送到控制器25，控制器25可利用深度神经网络方法对图像进行处理，进而获得周围障碍物的位置信息，有效实现智能避障。

如图1和图2所示，本实施例的船体1可以为M型船体1或者双体船体1或者单体船体1。具体地，船体1可以选用M型船体1或者双体船体1或者单体船体1，船体1的船底不安装有任何推进螺旋桨或者喷推之类的推进部件，适用范围广，船体1的底部还可以安装螺旋桨614、喷水推进等驱动零部件，也可以解决船体1泄漏进水以及遇到杂物堵塞停滞问题，使船体1可航行在任何复杂水域或者浅滩。

如图1和图2所示，本实施例的船体1采用工程塑料或者碳纤维材料制成。具体地，船体1可用工程塑料或者碳纤维等轻质材料制成，防水性和防腐蚀性等级高，使用寿命长。

一种水空两栖无人艇的使用方法，包括以下步骤：

当无人艇处于待机状态时，两个折叠臂611朝着船体1的方向折叠以减少放置空间；

当无人艇收到运行指令时，张开两个折叠臂611，使两个折叠臂611之间的夹角呈180度；

当无人艇接收到飞行指令时，朝向舵机612通过伺服电机613调整螺旋桨614方向朝上，并驱动大功率伺服电机613带动螺旋桨614旋转，产生向上的动力，同时不断地调整螺旋桨614的朝向角，实现无人艇的稳定飞行，当调整两个螺旋桨614向前倾斜，无人艇则向前飞行，反之，当调整两个螺旋桨614向后倾斜，无人艇则向后飞行；当调整右边的螺旋桨614向前倾斜，左边的螺旋桨614向后倾斜，无人艇则向左转，反之，当调整左边的螺旋桨614向前倾斜，右边的螺旋桨614向后倾斜，无人艇则向右转；

当无人艇接收到航行指令时，朝向舵机612通过伺服电机613控制螺旋桨614向后倾斜，并驱动大功率伺服电机613带动螺旋桨614旋转，产生前进的动力，实现无人艇的稳定航行，当调整右边的螺旋桨614转速大于左边的螺旋桨614转速，使得右边的螺旋桨614所产生的推动力大于左边的螺旋桨614所产生的推动力，实现无人艇左转，反之，当调整左边的螺旋桨614转速大于右边的螺旋桨614转速，使得左边的螺旋桨614所产生的推动力大于右边的螺旋桨614所产生的推动力，实现无人艇右转；

当无人艇的前方有障碍物时，通过全景摄像机8得出障碍物的大概位置，并通过控制器25控制动力装置6及时绕开障碍物，实现无人艇的安全避障。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种水空两栖无人艇，其特征在于：包括船体，所述船体内设置有设备舱、锂电池以及用于搭载检测仪器或者军事装备的应用平台，所述船体的中部设置有视觉系统，所述船体设置有动力装置，所述动力装置包括结构相同的第一折叠舵机与第二折叠舵机，所述第一折叠舵机的输出端驱动连接有折叠臂，所述折叠臂的一端设置有朝向舵机，所述朝向舵机的输出端驱动连接有伺服电机，所述伺服电机的输出端驱动连接有螺旋桨，所述设备舱包括图传模块、电机驱动器、传感器模块、总线模块和控制器，所述图传模块、电机驱动器、传感器模块、总线模块均与控制器电连接，所述控制器与视觉系统、动力装置电连接，所述设备舱、应用平台、视觉系统、动力装置均与锂电池电连接。

2.根据权利要求1所述的一种水空两栖无人艇，其特征在于：所述视觉系统包括三轴自稳云台，所述三轴自稳云台设置有全景摄像机。

3.根据权利要求1所述的一种水空两栖无人艇，其特征在于：所述船体可以为M型船体或者双体船体或者单体船体。

4.根据权利要求1所述的一种水空两栖无人艇，其特征在于：所述船体采用工程塑料或者碳纤维材料制成。

5.一种水空两栖无人艇的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）当无人艇处于待机状态时，两个折叠臂朝着船体的方向折叠以减少放置空间；

（2）当无人艇收到运行指令时，张开两个折叠臂，使两个折叠臂之间的夹角呈180度；

（3）当无人艇接收到飞行指令时，朝向舵机通过伺服电机调整螺旋桨方向朝上，并驱动大功率伺服电机带动螺旋桨旋转，产生向上的动力，同时不断地调整螺旋桨的朝向角，实现无人艇的稳定飞行，当调整两个螺旋桨向前倾斜，无人艇则向前飞行，反之，当调整两个螺旋桨向后倾斜，无人艇则向后飞行；当调整右边的螺旋桨向前倾斜，左边的螺旋桨向后倾斜，无人艇则向左转，反之，当调整左边的螺旋桨向前倾斜，右边的螺旋桨向后倾斜，无人艇则向右转；

（4）当无人艇接收到航行指令时，朝向舵机通过伺服电机控制螺旋桨向后倾斜，并驱动大功率伺服电机带动螺旋桨旋转，产生前进的动力，实现无人艇的稳定航行，当调整右边的螺旋桨转速大于左边的螺旋桨转速，使得右边的螺旋桨所产生的推动力大于左边的螺旋桨所产生的推动力，实现无人艇左转，反之，当调整左边的螺旋桨转速大于右边的螺旋桨转速，使得左边的螺旋桨所产生的推动力大于右边的螺旋桨所产生的推动力，实现无人艇右转；

（5）当无人艇的前方有障碍物时，通过全景摄像机得出障碍物的大概位置，并通过控制器控制动力装置及时绕开障碍物，实现无人艇的安全避障。