CN112319162B - 一种空陆双栖无人机装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空陆双栖无人机装置及控制方法。本发明装置包括包括：连接架、旋翼、旋翼保护模块以及车型下体；所述连接架与所述旋翼保护模块相互连接；所述旋翼保护模块设置在所述旋翼上方，用于保护四旋翼的旋翼；所述车型下体设置在所述旋翼下方。本发明的无人机可以做到空陆双栖，功能更加多样化；同时添加旋翼保护模块，令装置能更高效地工作，飞行平稳性增强，延长使用寿命。

Description

一种空陆双栖无人机装置及控制方法

技术领域

本发明涉及一种无人机装置，具体为一种空陆双栖无人机装置及控制方法。

背景技术

自从20世纪20年代第一架无人机成功研发并且面世后，各国就大力开展对无人机的研究，无论是在军事领域、农业领域亦或是其他领域。尤其是后来以美国为首的长时间高空无人侦察机在无人机领域掀起巨浪。发展到现在，无人机有各种形态以及各种功能。由于无人机上并不需要飞行员进行驾驶，即使有事故也能减少人员伤亡，因此在军用无人机常常用于当做诱饵或者是收集情报、进行空中侦察任务等等；民用无人机常用来城市绘制、地形勘测或者是农药喷洒等。

但是无人机常在飞行过程中受外来飞行物的干扰，比如空中垃圾或者飞禽，使得无人机的飞行计划被打乱，容易偏离原定航线，严重干扰无人机的工作，甚至会伤害到无人机，导致无人机无法起飞。无人机飞行速度不高，研究者多注重于提高无人机的飞行速度以及无人机的可靠性，所以无人机发展到目前，不同的无人机在各自的领域都有其独特的优势，但是这仅限于空中工作的时候，工作地点单一。无人机在降落时候还常因为下降时的冲力以及旋翼速度下降，使得装置下降时很不平稳，容易侧翻，常常损坏装置，减少装置使用寿命。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种空陆双栖无人机装置及控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种空陆双栖无人机装置：

本发明所述的一种空陆双栖无人机装置包括连接架、四旋翼、旋翼保护模块以及车型下体；所述连接架为结构简单的一个圆形，连接架的周围与四个旋翼保护模块的连接环相互连接。

所述旋翼保护模块共有四个，安装在四旋翼四个旋翼的正上方。旋翼保护模块包括上档环、连接环以及安装环。上档环、连接环、安装环都为辐条式结构，大小依次递减，上档环与连接环之间用两个螺栓固定对称连接，安装环的左侧有一个安装孔，通过安装孔固定在支撑板上，支撑板固定连接在四旋翼上。

所述四旋翼包括支架、wifi通信模块、电池、GPS、飞控模块、旋翼、无刷电机以及小车控制模块；四旋翼共有四个旋翼，每个旋翼都为两桨式结构，且四个旋翼处于同一水平面上；旋翼固定安装在无刷电机的输出轴上。电池作为装置的动力输出固定安装在四旋翼中间平台的正上方，wifi通信模块、GPS、飞控模块以及小车控制模块分别固定在支架的三根支架臂上，wifi通信模块用于装置的远程信息传输以及装置本身的数据交互；GPS模块用于实施监测与定位装置所在位置以及装置的飞行路径；飞控模块用于控制无刷电机以及监测装置的飞行数据；小车控制模块与车型下体的电机相连接，由电机控制车型下体的伸缩杆进行伸缩运动并且控制车型下体的车轮运动。

所述车型下体包括连接板、伸缩杆、滑块、滑台、电机支架、电机、车轮以及连接支架。车型下体的连接板用于安装四旋翼，连接板的底部用螺丝固定四个连接支架，连接支架通过螺栓螺母与伸缩杆的上端连接，伸缩杆的另一端通过连接支架固定在滑块上，滑块安装在滑台内，滑台为两根长度相等且互相平行的长轨，允许滑台带动滑台上端装置在一定距离内平移。每根长轨的下方各在前后相同位置处安装一个电机支架，电机固定安装在电机支架上，用于控制车轮的前进与后退，电机的输出轴上各安装一个车轮。

将四旋翼固定在车型下体的连接板上，车型下体的底部为四个车轮，令整个装置可以实现空陆双栖；车型下体的连接板通过伸缩杆和连接支架固定在滑块上方，滑块通过连接支架安装在滑台上，当装置在陆地工作时，可以允许车型下体上方的四旋翼随滑块向前或者向后平移一段距离。当装置降落时，通过伸缩杆的伸缩以及滑块的移动，改变装置重心，以实现装置降落平稳。车轮会自主前进一段距离，用于消除无人机向前的惯性。四旋翼四个旋翼的上方固定安装四个旋翼保护模块，用于保护旋翼的正常工作，防止旋翼工作时受外来飞行物体的干扰；用连接架连接四个旋翼保护模块，增强旋翼保护模块的支撑力。

一种空陆双栖无人机装置的控制方法：

空中模态：所述一种空陆双栖无人机装置开始进行空中工作，WiFi通讯模块接收指令，通过数据处理后，先令小车控制模块控制车型下体的电机控制伸缩杆缩到最短，将装置的重心尽可能集中靠近于四旋翼，完成后，电机停止工作；此时，飞控模块、WiFi通讯模块以及GPS模块共同工作，飞控模块控制无刷电机工作，无刷电机驱动旋翼开始高速旋转，装置成功垂直离开地面；GPS模块实时监测装置的飞行位置以及飞行路线，并由WiFi通讯模块实时将GPS模块以及飞控模块处得到的飞行数据传输回地面，并将地面的远程指令传输给飞控模块以及GPS模块，装置成功起飞，开始空中作业。

降落模态：所述一种空陆双栖无人机装置接收到降落指令时，装置的WiFi通讯模块以及GPS模块停止工作，飞控模块控制四旋翼的旋翼旋转速度逐渐减慢，控制整个装置缓慢降落；当整个装置距离地面达到安全距离时，小车控制模块控制车型下体的电机开始工作，电机控制伸缩杆进行伸长运动，将整个装置的重心逐渐下移，在接触到地面的一瞬间，小车控制模块控制车型下体的电机，电机控制伸缩杆进行回缩运动，减少装置的下降冲力并改变装置重心位置，令装置更快平稳，车型下体的车轮会自主前进一段距离，用于消除无人机前行的惯性。

陆地模态：所述一种空陆双栖无人机装置在陆地工作时，小车控制模块，GPS以及WiFi通讯模块共同工作。GPS实时监测装置的所在位置以及行走路线并传输至WiFi通讯模块，由WiFi通讯模块实时传输给地面工作者，并且接收指令；小车控制模块控制电机，电机驱动车轮向前或者向后运动，整个装置实现前移或者后退；当装置处于崎岖不平的地面且起伏较大时，电机控制伸缩杆进行伸缩运动，同时控制滑块在滑台的位置，通过实时改变装置的重心位置让装置在行驶路程中尽可能平稳，并且减少因地面起伏过大给装置带来的震动与损伤。

本发明的有益效果如下：

本发明为一种可实现空陆双栖、保护措施完善的四旋翼无人机装置；以四旋翼实现装置的飞行，在四旋翼下方安装车型结构，令装置可以在陆地上进行工作，空陆双栖，实用性增强。车型下体采用滑台滑块与伸缩杆，通过改变滑台位置与伸缩杆长度实时调整装置的重心位置，让装置的工作形态更加平稳，不易倾倒；在一定的距离内，装置可以仅由滑块在滑台上的移动，实现小幅度的前移。保护装置采用辐条式结构，保护四旋翼在飞行过程中免受外来飞行物体的干扰，装置的工作效率提高，使用寿命也得到增强。

本发明考虑到陆地地面情况的多样性，采用的车轮为全地形通用轮胎。

附图说明

图1为本发明的整体示意图；

图2为本发明四旋翼保护装置的示意图；

图3为本发明无人机模块的示意图；

图4为本发明车型下体的示意图；

图中：1-连接架；2-旋翼保护模块；3-四旋翼；4-车型下体；201-上挡环；202-连接环；203-安装环；204-螺栓；301-支架；302-wifi通信模块；303-电池；304-GPS；305-飞控模块；306-旋翼；307-无刷电机；308-小车控制模块；401-连接板；402-伸缩杆；403-滑块；404-滑台；405-电机支架；406-电机；407-车轮；408-连接支架。

具体体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1-4。本发明所述的一种空陆双栖无人机装置包括连接架1、四旋翼3、旋翼保护模块2以及车型下体4；连接架1为结构简单的一个圆形，连接架的周围与四个旋翼保护模块2的连接环202相互连接。

旋翼保护模块2共有四个，安装在四旋翼3四个旋翼306的正上方。旋翼保护模块2包括上档环201、连接环202以及安装环203。上档环201、连接环202、安装环203都为辐条式结构，大小依次递减，上档环201与连接环202之间用两个螺栓204固定对称连接，旋翼306处于安装环203以及连接环202之间，安装环203的左侧有一个安装孔，通过安装孔固定在支撑板上，支撑板固定连接在四旋翼3上。

四旋翼3包括支架301、wifi通信模块302、电池303、GPS304、飞控模块305、旋翼306、无刷电机307以及小车控制模块308；四旋翼3共有四个旋翼306，每个旋翼306都为两桨式结构，且四个旋翼306处于同一水平面上；旋翼306固定安装在无刷电机307的输出轴上。电池303作为装置的动力输出固定安装在四旋翼3中间平台的正上方，wifi通信模块302、GPS304、飞控模块305以及小车控制模块308分别固定在支架301的三根支架臂上，wifi通信模块302用于装置的远程信息传输以及装置本身的数据交互；GPS304用于实施监测与定位装置所在位置以及装置的飞行路径；飞控模块305用于控制无刷电机以及监测装置的飞行数据；小车控制模块308与车型下体4的电机406相连接，由电机406控制车型下体4的伸缩杆402进行伸缩运动并且控制车型下体4的车轮407运动。

车型下体4包括连接板401、伸缩杆402、滑块403、滑台404、电机支架405、电机406、车轮407以及连接支架408。车型下体4的连接板401用于安装四旋翼3，连接板401的底部用螺丝固定四个连接支架408，连接支架408通过螺栓螺母与伸缩杆402的上端连接，伸缩杆402的另一端通过连接支架408固定在滑块403上，滑块403安装在滑台404内，滑台404为两根长度相等且互相平行的长轨，允许滑块403带动滑块403上端装置在一定距离内平移。每根长轨的下方各在前后相同位置处安装一个电机支架405，电机406固定安装在电机支架405上，用于控制车轮407的前进与后退，电机406的输出轴上各安装一个车轮407。

空陆双栖无人机装置控制方法包括：

空中模态：一种空陆双栖无人机装置开始进行空中工作，WiFi通讯模块302接收指令，通过数据处理后，先令小车控制模块308控制车型下体4的电机控制伸缩杆402缩到最短，将装置的重心尽可能集中靠近于四旋翼3，完成后，电机406停止工作；此时，飞控模块305、WiFi通讯模块302以及GPS304共同工作，飞控模块305控制无刷电机307工作，无刷电机307驱动旋翼306开始高速旋转，装置成功离开地面；GPS304实时监测装置的飞行位置以及飞行路线，并由WiFi通讯模块302实时将GPS304以及飞控模块305处得到的飞行数据传输回地面，并将地面的远程指令传输给飞控模块305以及GPS304，装置成功起飞，开始空中作业。

降落模态：一种空陆双栖无人机装置接收到降落指令时，装置的WiFi通讯模块302以及GPS304停止工作，飞控模块305控制四旋翼3的无刷电机307，旋翼306旋转速度逐渐减慢，控制整个装置缓慢降落；当整个装置距离地面达到安全距离时，小车控制模块308控制车型下体4的电机406开始工作，电机406控制伸缩杆402进行伸长运动，将整个装置的重心逐渐下移，在接触到地面的一瞬间，小车控制模块308控制车型下体4的电机406，电机406控制伸缩杆402进行回缩运动，减少装置的下降冲力并改变装置重心位置，令装置更快平稳，车型下体4的车轮407会自主前进一段距离，用于消除无人机前行的惯性。

陆地模态：一种空陆双栖无人机装置在陆地工作时，小车控制模块308，GPS304以及WiFi通讯模块302共同工作。GPS304实时监测装置的所在位置以及行走路线并传输至WiFi通讯模块302，由WiFi通讯模块302实时传输给地面工作者，并且接收指令；小车控制模块308控制电机406，电机406驱动车轮407向前或者向后运动，整个装置实现前移或者后退；当装置处于崎岖不平的地面且起伏较大时，电机406控制伸缩杆402进行伸缩运动，同时控制滑块403在滑台404的位置，通过实时改变装置的重心位置让装置在行驶路程中尽可能平稳，并且减少因地面起伏过大给装置带来的震动与损伤。

显然，上述实施方式仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种空陆双栖无人机装置，其特征在于，包括：连接架(1)、四旋翼(3)、旋翼保护模块(2)以及车型下体(4)；所述连接架(1)与所述旋翼保护模块(2)相互连接；所述旋翼保护模块(2)设置在所述四旋翼(3)上方，用于保护四旋翼(3)的旋翼(306)；所述车型下体(4)设置在所述四旋翼(3)下方；

所述车型下体(4)包括连接板(401)、伸缩杆(402)、滑块(403)、滑台(404)、电机支架(405)、电机(406)、车轮(407)以及连接支架(408)；所述车型下体(4)的连接板(401)用于安装四旋翼(3)，连接板(401)的底部用于 固定四个连接支架(408)，连接支架(408)与伸缩杆(402)的上端连接，伸缩杆(402)的另一端通过连接支架固定在滑块(403)上，所述滑块(403)安装在滑台(404)内，允许滑块(403)带动滑块(403)上端装置在一定距离内平移；每根长轨的下方各在前后相同位置处安装一个电机支架(405)，电机(406)固定安装在电机支架(405)上，用于控制车轮(407)的前进与后退，电机(406)的输出轴上各安装一个车轮(407)。

2.根据权利要求1所述的空陆双栖无人机装置，其特征在于，所述旋翼保护模块(2)为四个，分别安装在所述四旋翼(3)的四个旋翼(306)的正上方。

3.根据权利要求1或2所述的空陆双栖无人机装置，其特征在于，所述连接架(1)为环形结构，所述连接架(1)的环形结构的周围与所述旋翼保护模块(2)相互连接。

4.根据权利要求1或2任一项所述的空陆双栖无人机装置，其特征在于，所述旋翼保护模块(2)包括从上至下依次设置上档环(201)、连接环(202)以及安装环(203)；所述上档环(201)、连接环(202)以及安装环(203)均为辐条式结构并经固定装置固定连接。

5.根据权利要求4所述的空陆双栖无人机装置，其特征在于，所述旋翼(306)处于安装环(203)以及连接环(202)之间；所述安装环(203)的一侧设有安装孔，通过所述安装孔固定在支撑板上，所述支撑板固定连接在所述四旋翼(3)上。

6.根据权利要求1所述的空陆双栖无人机装置，其特征在于，所述四旋翼(3)包括支架(301)、WiFi通信模块(302)、电池(303)、GPS(304)、飞控模块(305)、旋翼(306)、无刷电机(307)以及小车控制模块(308)；所述四旋翼(3)共有四个旋翼(306)，且四个所述旋翼(306)处于同一水平面上；所述旋翼(306)固定安装在无刷电机(307)的输出轴上；电池(303)作为装置的动力输出固定安装在所述四旋翼(3)中间平台的正上方，所述WiFi通信模块(302)、所述GPS(304)、所述飞控模块(305)以及所述小车控制模块(308)分别固定在所述支架(301)的三根支架臂上，所述WiFi通信模块(302)用于装置的远程信息传输以及装置本身的数据交互；所述GPS(304)用于实施监测与定位装置所在位置以及装置的飞行路径；所述飞控模块(305)用于控制无刷电机以及监测装置的飞行数据；所述小车控制模块(308)与所述车型下体(4)的电机(406)相连接，由所述电机(406)控制所述车型下体(4)的伸缩杆(402)进行伸缩运动并且控制车型下体(4)的车轮(407)运动。

7.根据权利要求6所述的空陆双栖无人机装置，其特征在于，每个所述旋翼(306)均为两桨式结构。

8.根据权利要求1所述的空陆双栖无人机装置，其特征在于，所述滑台(404)为两根长度相等且互相平行的长轨。

9.一种根据上述权利要求1-8任一项所述的空陆双栖无人机装置的控制方法，其特征在于，

空中模态：一种空陆双栖无人机装置开始进行空中工作，WiFi通讯模块(302)接收指令，通过数据处理后，先令小车控制模块(308)控制车型下体(4)的电机控制伸缩杆(402)缩到最短，将装置的重心尽可能集中靠近于四旋翼(3)，完成后，电机(406)停止工作；此时，飞控模块(305)、WiFi通讯模块(302)以及GPS(304)共同工作，飞控模块(305)控制无刷电机(307)工作，无刷电机(307)驱动旋翼(306)开始高速旋转，装置成功离开地面；GPS(304)实时监测装置的飞行位置以及飞行路线，并由WiFi通讯模块(302)实时将GPS(304)以及飞控模块(305)处得到的飞行数据传输回地面，并将地面的远程指令传输给飞控模块(305)以及GPS(304)，装置成功起飞，开始空中作业；降落模态：一种空陆双栖无人机装置接收到降落指令时，装置的WiFi通讯模块(302)以及GPS(304)停止工作，飞控模块(305)控制四旋翼(3)的无刷电机(307)，旋翼(306)旋转速度逐渐减慢，控制整个装置缓慢降落；当整个装置距离地面达到安全距离时，小车控制模块(308)控制车型下体(4)的电机(406) 开始工作，电机(406)控制伸缩杆(402)进行伸长运动，将整个装置的重心逐渐下移，在接触到地面的一瞬间，小车控制模块(308)控制车型下体(4)的电机(406)，电机(406)控制伸缩杆(402)进行回缩运动，减少装置的下降冲力并改变装置重心位置，令装置更快平稳，车型下体(4)的车轮(407)会自主前进一段距离，用于消除无人机前行的惯性；

陆地模态：一种空陆双栖无人机装置在陆地工作时，小车控制模块(308)，GPS(304)以及WiFi通讯模块(302)共同工作；GPS(304)实时监测装置的所在位置以及行走路线并传输至WiFi通讯模块(302)，由WiFi通讯模块(302)实时传输给地面工作者，并且接收指令；小车控制模块(308)控制电机(406)，电机(406)驱动车轮(407)向前或者向后运动，整个装置实现前移或者后退；当装置处于崎岖不平的地面且起伏较大时，电机(406)控制伸缩杆(402)进行伸缩运动，同时控制滑块(403)在滑台(404)的位置，通过实时改变装置的重心位置让装置在行驶路程中尽可能平稳，并且减少因地面起伏过大给装置带来的震动与损伤。

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