CN111891351A - 一种空潜两用的无人机装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空潜两用的无人机装置及其控制方法，其中无人机装置包含机体和多个设于机体上并呈对称分布的旋翼臂，各所述旋翼臂在远离机体的一端设有旋翼组件，所述旋翼组件包括安装在旋翼臂顶部的无刷电机、连杆、第一螺旋桨、第二螺旋桨及固定座，所述无刷电机的转子通过连接座和第一螺旋桨及固定座的底座固定连接，所述连杆依次穿过无刷电机的定子、连接座、第一螺旋桨及固定座的底座且一端和第二螺旋桨转动连接，另一端和梯形底座滑动连接；所述梯形底座沿着旋翼臂轴线方向运动时，所述连杆沿着定子轴线方向升降从而带动第二螺旋桨在第一螺旋桨上滑动，从而实现无人机整体螺旋桨的形变解决了无人机水下运行时能效低的问题。

Description

一种空潜两用的无人机装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种空潜两用的无人机装置及其控制方法。

背景技术

无人驾驶飞机(简称无人机)技术的不断发展以及提高，大大扩大了无人机的应用领域，其市场需求也不断提升。而近年来，随着高新技术的不断发展，各国对海洋物种、海洋资源以及海洋经济予以极高的重视，随之应运而生各类水下运载器，人们对无人机的需求不仅仅局限在空中作用，更多目光投在于无人机的水下运作。现有的无人机大多是在空中飞行，少部分可以在水下运行，处于水下运行无人机的螺旋桨仍是采用适合空中飞行的细长型的桨叶，导致了无人机在水下运行时能效低大大限制了无人机水下运作的工作时长。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种空潜两用的无人机装置及其控制方法，利用旋翼组件实现无人机的螺旋桨在空中及水中不同形态的变化，从而解决了无人机在水下运行时能效低的问题；同时采用浮力开关保证天线表面处于水面上方，从而解决了无人机在水下运行时信号不好的问题；最后通过可引爆的充气剂气囊将无人机弹出水面，解决了无人机过度下沉或者是无人机底部遇到淤泥而无法行动的问题。

为了实现以上目的，本发明采取的一种技术方案是：

一种空潜两用的无人机装置，包含机体和多个设于机体上并呈对称分布的旋翼臂，各所述旋翼臂在远离机体的一端设有旋翼组件，所述旋翼组件包括安装在旋翼臂顶部的无刷电机、连杆、第一螺旋桨、第二螺旋桨及固定座，所述无刷电机的转子通过连接座和第一螺旋桨及固定座的底座固定连接，所述连杆依次穿过无刷电机的定子、连接座、第一螺旋桨及固定座的底座且一端和第二螺旋桨转动连接，另一端和梯形底座滑动连接，所述梯形底座滑动设于旋翼臂内；

所述第二螺旋桨包含两片细长桨叶及连接组件，所述连接组件和连杆的一端转动连接，所述连接组件和固定座之间设置第一弹性元件，所述连接组件两端分别和细长桨叶铰接，所述细长桨叶滑动连接于第一螺旋桨；所述梯形底座一侧和旋翼臂远离机体的一端之间设置第二弹性元件，另一侧通过钢丝和第一电机的输出轴连接，所述钢丝和第一电机设于旋翼臂内；所述梯形底座沿着旋翼臂轴线方向运动时，所述连杆沿着定子轴线方向升降从而带动第二螺旋桨在第一螺旋桨上滑动，从而实现无人机整体螺旋桨的形变；

所述机体内安装有主控模块、电源模块、信号处理模块，所述机体顶部设有天线，所述主控模块分别与电源模块、信号处理模块、无刷电机及第一电机连接；

所述机体、旋翼臂、旋翼组件及天线均采用防水材料制备。

进一步地，所述梯形底座设有弧形滑轨，所述弧形滑轨两端均设有限位槽，所述连杆通过滚子滑动连接于弧形轨道，所述滚子和连杆的一端过盈连接。

进一步地，所述天线通过缆线和信号处理模块连接，所述缆线绕转在绞盘上，所述绞盘设于第二电机的输出轴，所述天线的侧边设有浮力开关，所述主控模块分别和第二电机及浮力开关连接，所述浮力开关采用防水材料制备。

进一步地，所述机体内还设有水压传感器，所述主控模块与水压传感器连接。

进一步地，所述机体底部对称设有一对起落架，各所述起落架及机体上设置可拆卸的充气剂气囊，所述主控模块与点火器连接，所述点火器设于充气剂气囊内，所述起落架及充气剂气囊均用采用防水材料制备。

进一步地，所述机体内还设有GPS模块，所述主控模块与GPS模块连接。

进一步地，所述机体内还设有六轴陀螺仪，所述主控模块与六轴陀螺仪连接。

进一步地，所述机体还搭载外接设备，所述外接设备包括距离探测器，所述距离探测器设于机体底部且采用防水材料制备。

本发明提供的一种空潜两用的无人机装置控制方法，包括空中模式和水中模式，

所述空中模式，其具体包括：

采用控制端向主控模块发送飞行命令或者实时通过距离探测器测量机体和水面的距离，当距离等于或者大于阈值时，控制第一电机释放钢丝，梯形底座向旋翼臂远离机体的一端移动，连杆沿着梯形底座的弧形滑轨在定子轴线方向向下运动并停止在弧形滑轨下端的限位槽，此时第二螺旋桨沿着第一螺旋桨向外滑动形成细长型的螺旋桨叶片，并保持当前状态继续飞行；

所述水中模式，其具体包括：

入水模式：采用控制端向主控模块发送潜水命令或者实时通过距离探测器测量机体和水面的距离，当距离等于或者小于阈值时，控制第一电机收回钢丝，梯形底座向旋翼臂靠近机体的一端移动，连杆沿着梯形底座的弧形滑轨在定子轴线方向向上运动并停止在弧形滑轨上端的限位槽，此时第二螺旋桨沿着第一螺旋桨向内滑动形成粗短型的螺旋桨叶片，

同时控制第二电机释放缆线让天线离开机体；

天线水位调节模式：

S10:主控模块根据浮力开关实时判断当前天线处于浅水位还是深水位；

S21:若天线处于深水位，主控模块控制第二电机释放缆线，直至主控模块判定天线处于浅水位后保持当前状态；

S22:若天线处于浅水位，主控模块控制第二电机在设定时间内收回缆线后判断当前天线是否处于深水位；若天线处于深水位,执行S21；若天线处于浅水位，执行S22；

燃爆监控模式：

实时通过水压传感器测量当前水压值，并发送至主控模块判断当前水压值是否大于等于预设的水压阈值，若是，则主控模块打开点火器引爆充气剂气囊(5)进行充气；反之，则保持当前状态。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明利用旋翼组件实现无人机的螺旋桨在空中及水中不同形态的变化，在空中飞行时螺旋桨成细长形态，水下运行时螺旋桨成粗短形态，从而解决了无人机在水下运行时能效低的问题；

(2)本发明利用浮力开关实时检测天线的水位并通过第二电机实时调控缆线的长度，保证天线表面处于水面上方同时缆绳不缠绕无人机装置，从而解决了无人机在水下运行时信号不好的问题；

(3)本发明利用可引爆的充气剂气囊将无人机弹出水面，解决了无人机过度下沉或者是无人机底部遇到淤泥而无法行动的问题。

附图说明

图1为本发明一实施例中提供的一种空潜两用的无人机装置的整体结构图；

图2为本发明一实施例中提供的旋翼组件和梯形底座的爆炸图；

图3为本发明一实施例中提供的无人机处于空中飞行时螺旋桨细长形态图；

图4为本发明一实施例中提供的无人机处于水下运行时螺旋桨粗短形态图；

图5为本发明一实施例中提供的连接座结构图；

图6为本发明一实施例中提供的滚子结构图；

图7为本发明一实施例中提供的梯形底座结构图；

图8为本发明一实施例中提供的调控天线水位的原理图；

附图标识：机体1、天线11、距离探测器12、浮力开关13、浮力球131、触点132、缆线14、绞盘15、第二电机16、旋翼组件2、无刷电机21、转子211、定子212、连杆22、第一螺旋桨23、第二螺旋桨24、细长桨叶241、连接组件242、固定座25、第一弹性元件26、连接座27、旋翼臂3、梯形底座31、弧形滑轨311、限位槽312、滚子313、起落架4、充气剂气囊5。

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。需要说明的是，本文所使用的术语“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

如图1及图2所示，本发明公开了一种空潜两用的无人机装置，包含机体1和多个设于机体1上并呈对称分布的旋翼臂3，各所述旋翼臂3在远离机体1的一端设有旋翼组件2，所述旋翼组件2包括安装在旋翼臂3顶部的无刷电机21、连杆22、第一螺旋桨23、第二螺旋桨24及固定座25，所述无刷电机21的转子211通过连接座27和第一螺旋桨23及固定座25的底座固定连接，所述连杆22依次穿过无刷电机21的定子212、连接座27、第一螺旋桨23及固定座25的底座且一端和第二螺旋桨24转动连接，另一端和梯形底座31滑动连接，所述梯形底座31滑动设于旋翼臂3内；

如图5所示，连接座27两边设有对称的螺丝孔，中间位置设有空心圆柱体，连杆所述圆柱体用于将第一螺旋桨23及固定座25的底座进行套接，所述无刷电机21的转子211、第一螺旋桨23及固定座25的底座设有和连接座27位置相对应的螺丝孔，通过螺丝可以将固定座25的底座、第一螺旋桨23、连接座27及无刷电机21的转子211进行固定从而实现螺旋桨的转动，所述圆柱体内设有轴承便于连杆22和连接座27、第一螺旋桨23及固定座25的底座转动连接，同时连杆22和第二螺旋桨24转动连接，当无刷电机21的转子211带动连接座27、第一螺旋桨23、第二螺旋桨24及固定座25的底座转动时，连杆22不发生转动且滑动连接于梯形底座31。

所述第二螺旋桨24包含两片细长桨叶241及连接组件242，所述连接组件242和连杆22的一端转动连接，所述连接组件242和固定座25之间设置第一弹性元件26，所述连接组件242两端分别和细长桨叶241铰接，所述细长桨叶241滑动连接于第一螺旋桨23，如图2所述，第一螺旋桨23的上表面开有两个容置槽，所述细长桨叶241的下表面设有两个滑块(位画出)，所述滑块可在容置槽内滑动且受力时无法脱离容置槽；所述梯形底座31一侧和旋翼臂3远离机体1的一端之间设置第二弹性元件，另一侧通过钢丝和第一电机的输出轴连接，所述钢丝和第一电机设于旋翼臂3内；所述梯形底座31沿着旋翼臂3轴线方向运动时，所述连杆22沿着定子212轴线方向升降从而带动第二螺旋桨24在第一螺旋桨23上滑动，从而实现无人机整体螺旋桨的形变；

进一步地，所述梯形底座31设有弧形滑轨311，所述弧形滑轨311两端均设有限位槽312，所述连杆22通过滚子313滑动连接于弧形轨道311，所述滚子313和连杆22的一端过盈连接。

如图6及图7所述，滚子313设有凸台及圆柱底座，连杆22一端设有凹槽(未画出)，滚子313和连杆22过盈连接，所述滚子313的圆柱底座可在梯形底座31的弧形轨道311进行滑动，所述限位槽312用于固定滚子313的位置。

如图3所示，梯形底座31的左侧和旋翼臂3远离机体1的一端之间设置第二弹性元件(未画出)，右侧通过钢丝和第一电机的输出轴连接(未画出)，通过第一电机收回钢丝实现梯形底座31往右运动此时第二弹性元件拉伸，通过第二弹性元件恢复形变实现梯形底座31往左运动此时第一电机释放钢丝；当梯形底座31往左运动，连杆22沿着定子212轴线方向往下运动时，连接组件242向外推动细长桨叶241，当连杆22及滚子313到达弧形轨道311的下端限位槽312时，细长桨叶241滑至第一螺旋桨23的最外处，此时无人机的螺旋桨成细长形态。

如图4所示，当梯形底座31往右运动，连杆22沿着定子212轴线方向往上运动时，连接组件242向内拉动细长桨叶241，当连杆22及滚子313到达弧形轨道311的上端限位槽312时，细长桨叶241滑至第一螺旋桨23的最内处，此时无人机的螺旋桨成粗短形态；

所述机体内安装有主控模块、电源模块、信号处理模块，所述机体1顶部设有天线11，所述主控模块分别与电源模块、信号处理模块、无刷电机21及第一电机连接；所述机体1、旋翼臂3、旋翼组件2及天线11均采用防水材料制备。

主控模块控制第一电机的正反转带动梯形底座31的移动并通过旋翼组件2实现螺旋桨两种不同的形态，从而解决了无人机在水下运行时能效低的问题；

进一步地，所述天线11通过缆线14和信号处理模块连接，所述缆线14绕转在绞盘15上，所述绞盘15设于第二电机16的输出轴，所述天线11的侧边设有浮力开关13，所述主控模块分别和第二电机16及浮力开关13连接，所述浮力开关13采用防水材料制备。

如图8所述，浮力开关13包含1个浮力球131及2个触点132，当浮力球131位于水面以下时，上面的触点131接通，当浮力球131位于水面以上时，下面的触点131接通，主控模块通过检测触点131判断此时天线处于深水位还是浅水位，其中浅水位表示天线表面露在水面以上且完全满足接收信号的要求，深浅水位表示天线表面非常接近水面或者完全处于水面以下，主控模块通过控制第二电机16带动绞盘15实时释放或者收回缆线14实现天线11表面露在水面以上。

进一步地，所述机体1内还设有水压传感器，所述主控模块与水压传感器连接。

进一步地，所述机体底部对称设有一对起落架4，各所述起落架4及机体1上设置可拆卸的充气剂气囊5，所述主控模块与点火器连接，所述点火器设于充气剂气囊5内，所述起落架4及充气剂气囊5均用采用防水材料制备。

当主控模块根据水压传感器识别到无人机过度下沉，或者无人机底部遇到淤泥而无法行动时，通过可引爆的充气剂气囊将无人机弹出水面方便进行救援。

进一步地，所述机体1内还设有GPS模块，所述主控模块与GPS模块连接，用于无人机的定位

进一步地，所述机体1内还设有六轴陀螺仪，所述主控模块与六轴陀螺仪连接，用于保证无人机飞行的机身平衡。

进一步地，所述机体1还搭载外接设备，所述外接设备包括距离探测器12，所述距离探测器12设于机体1底部且采用防水材料制备，还可以包括摄像头等等。

本发明的实施例还提供了一种空潜两用的无人机装置控制方法，包括空中模式和水中模式，

所述空中模式，其具体包括：

采用控制端向主控模块发送飞行命令或者实时通过距离探测器12测量机体1和水面的距离，当距离等于或者大于阈值时，控制第一电机释放钢丝，梯形底座31向旋翼臂3远离机体1的一端移动，连杆22沿着梯形底座31的弧形滑轨311在定子212轴线方向向下运动并停止在弧形滑轨311下端的限位槽312，此时第二螺旋桨24沿着第一螺旋桨23向外滑动形成细长型的螺旋桨叶片，并保持当前状态继续飞行；

所述水中模式，其具体包括：

入水模式：采用控制端向主控模块发送潜水命令或者实时通过距离探测器12测量机体1和水面的距离，当距离等于或者小于阈值时，控制第一电机收回钢丝，梯形底座31向旋翼臂3靠近机体1的一端移动，连杆22沿着梯形底座31的弧形滑轨311在定子212轴线方向向上运动并停止在弧形滑轨311上端的限位槽312，此时第二螺旋桨24沿着第一螺旋桨23向内滑动形成粗短型的螺旋桨叶片，同时控制第二电机16释放缆线14让天线11离开机体1；

天线水位调节模式：

S10:主控模块根据浮力开关13实时判断当前天线11处于浅水位还是深水位；

S21:若天线11处于深水位，主控模块控制第二电机16释放缆线14，直至主控模块判定天线11处于浅水位后保持当前状态；

S22:若天线处于浅水位，主控模块控制第二电机16在设定时间内收回缆线14后判断当前天线11是否处于深水位；若天线11处于深水位,执行复S21；若天线11处于浅水位，执行S22；

缆线14太长容易缠住旋翼组件2导致无人机无法在水中正常工作，因此当天线11处于浅水位时主控模块控制第二电机16在设定时间内收回缆线14判定此时缆线14是否太长，当天线11处于浅水位时必须达到深水位后在可以在浅水位稳定，从而解决缆线14过长缠绕无人机的问题。

燃爆监控模式：

实时通过水压传感器测量当前水压值，并发送至主控模块判断当前水压值是否大于等于预设的水压阈值，若是，则主控模块打开点火器引爆充气剂气囊5进行充气；反之，则保持当前状态。

从上述内容可知，本发明能通过控制第一电机的正反转带动梯形底座的移动并通过旋翼组件实现螺旋桨两种不同的形态，在空中飞行时采用细长形态的螺旋桨，在水下运行时采用粗短形态的螺旋桨，从而解决了无人机在水下运行时能效低的问题；主控模块通过控制第二电机带动绞盘实时释放或者收回缆线实现无人机水下运行时天线表面位于水面以上，同时避免了缆线太长缠住无人机的情况；当主控模块根据水压传感器识别到无人机过度下沉，或者无人机底部遇到淤泥而无法行动时，通过可引爆的充气剂气囊将无人机弹出水面方便进行救援。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种空潜两用的无人机装置，其特征在于，包含机体(1)和多个设于机体(1)上并呈对称分布的旋翼臂(3)，各所述旋翼臂(3)在远离机体(1)的一端设有旋翼组件(2)，所述旋翼组件(2)包括安装在旋翼臂(3)顶部的无刷电机(21)、连杆(22)、第一螺旋桨(23)、第二螺旋桨(24)及固定座(25)，所述无刷电机(21)的转子(211)通过连接座(27)和第一螺旋桨(23)及固定座(25)的底座固定连接，所述连杆(22)依次穿过无刷电机(21)的定子(212)、连接座(27)、第一螺旋桨(23)及固定座(25)的底座且一端和第二螺旋桨(24)转动连接，另一端和梯形底座(31)滑动连接，所述梯形底座(31)滑动设于旋翼臂(3)内；

所述第二螺旋桨(24)包含两片细长桨叶(241)及连接组件(242)，所述连接组件(242)和连杆(22)的一端转动连接，所述连接组件(242)和固定座(25)之间设置第一弹性元件(26)，所述连接组件(242)两端分别和细长桨叶(241)铰接，所述细长桨叶(241)滑动连接于第一螺旋桨(23)；所述梯形底座(31)一侧和旋翼臂(3)远离机体(1)的一端之间设置第二弹性元件，另一侧通过钢丝和第一电机的输出轴连接，所述钢丝和第一电机设于旋翼臂(3)内；所述梯形底座(31)沿着旋翼臂(3)轴线方向运动时，所述连杆(22)沿着定子(212)轴线方向升降从而带动第二螺旋桨(24)在第一螺旋桨(23)上滑动，从而实现无人机整体螺旋桨的形变；

所述机体内安装有主控模块、电源模块、信号处理模块，所述机体(1)顶部设有天线(11)，所述主控模块分别与电源模块、信号处理模块、无刷电机(21)及第一电机连接；

所述机体(1)、旋翼臂(3)、旋翼组件(2)及天线(11)均采用防水材料制备。

2.根据权利要求1所述的空潜两用的无人机装置，其特征在于，所述梯形底座(31)设有弧形滑轨(311)，所述弧形滑轨(311)两端均设有限位槽(312)，所述连杆(22)通过滚子(313)滑动连接于弧形轨道(311)，所述滚子(313)和连杆(22)的一端过盈连接。

3.根据权利要求1所述的空潜两用的无人机装置，其特征在于，所述天线(11)通过缆线(14)和信号处理模块连接，所述缆线(14)绕转在绞盘(15)上，所述绞盘(15)设于第二电机(16)的输出轴，所述天线(11)的侧边设有浮力开关(13)，所述主控模块分别和第二电机(16)及浮力开关(13)连接，所述浮力开关(13)采用防水材料制备。

4.根据权利要求1所述的空潜两用的无人机装置，其特征在于，所述机体(1)内还设有水压传感器，所述主控模块与水压传感器连接。

5.根据权利要求4所述的空潜两用的无人机装置，其特征在于，所述机体(1)底部对称设有一对起落架(4)，各所述起落架(4)及机体(1)上设置可拆卸的充气剂气囊(5)，所述主控模块与点火器连接，所述点火器设于充气剂气囊(5)内，所述起落架(4)及充气剂气囊(5)均用采用防水材料制备。

6.根据权利要求1所述的空潜两用的无人机装置,其特征在于,所述机体(1)内还设有GPS模块，所述主控模块与GPS模块连接。

7.根据权利要求1所述的空潜两用的无人机装置，其特征在于，所述机体(1)内还设有六轴陀螺仪，所述主控模块与六轴陀螺仪连接。

8.根据权利要求1所述的空潜两用的无人机装置，其特征在于，所述机体(1)还搭载外接设备，所述外接设备包括距离探测器(12)，所述距离探测器(12)设于机体(1)底部且采用防水材料制备。

9.一种空潜两用的无人机装置控制方法，其特征在于：包括空中模式和水中模式，

所述空中模式，其具体包括：

控制第一电机释放钢丝，梯形底座(31)向旋翼臂(3)远离机体(1)的一端移动，连杆(22)沿着梯形底座(31)的弧形滑轨(311)在定子(212)轴线方向向下运动并停止在弧形滑轨(311)下端的限位槽(312)，此时第二螺旋桨(24)沿着第一螺旋桨(23)向外滑动形成细长型的螺旋桨叶片，并保持当前状态继续飞行；

所述水中模式，其具体包括：

入水模式：采用控制端向主控模块发送潜水命令或者实时通过距离探测器(12)测量机体(1)和水面的距离，当距离等于或者小于阈值时，控制第一电机收回钢丝，梯形底座(31)向旋翼臂(3)靠近机体(1)的一端移动，连杆(22)沿着梯形底座(31)的弧形滑轨(311)在定子(212)轴线方向向上运动并停止在弧形滑轨(311)上端的限位槽(312)，此时第二螺旋桨(24)沿着第一螺旋桨(23)向内滑动形成粗短型的螺旋桨叶片，同时控制第二电机(16)释放缆线(14)让天线(11)离开机体(1)；

天线水位调节模式：

S10:主控模块根据浮力开关(13)实时判断当前天线(11)处于浅水位还是深水位；

S21:若天线(11)处于深水位，主控模块控制第二电机(16)释放缆线(14)，直至主控模块判定天线(11)处于浅水位后保持当前状态；

S22:若天线处于浅水位，主控模块控制第二电机(16)在设定时间内收回缆线(14)并判断当前天线(11)是否处于深水位；若天线(11)处于深水位,执行S21；若天线(11)处于浅水位，执行S22；

燃爆监控模式：

实时通过水压传感器测量当前水压值，并发送至主控模块判断当前水压值是否大于等于预设的水压阈值，若是，则主控模块打开点火器引爆充气剂气囊(5)进行充气；反之，则保持当前状态。

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