CN113524998A - 一种基于可变旋翼的海空一体探测平台及其探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于可变旋翼的海空一体探测平台及其探测方法，其中基于可变旋翼的海空一体探测平台包括外壳、主旋翼结构、四组辅旋翼结构、状态调节机构、四个水下推进器、浮力调节机构、支架以及控制仓。该基于可变旋翼的海空一体探测平台利用状态调节机构协调控制主旋翼结构以及四组辅旋翼结构的收放状态，从而使探测平台在飞行状态与下潜状态中切换，实现跨介质进行环境探测的需要；利用四个水下推进器在水下推进，探测平台可以克服浮力作用实现下潜和水下机动运动，实现了较深海域环境的探测；利用浮力调节机构调节探测平台排开水的体积，从而调节探测平台的浮力，便于探测平台快速下潜。

Description

一种基于可变旋翼的海空一体探测平台及其探测方法

技术领域

本发明涉及一种探测平台，尤其是一种基于可变旋翼的海空一体探测平台及其探测方法。

背景技术

跨介质海洋探测设备最早可追溯到1934年提出的潜空两栖跨介质飞机概念。然而，由于水环境和空气环境之间的显著差异，航行器要同时满足两种介质的要求并不是一件容易的事。尽管美国等一些国家提出了许多载人两栖飞机设计方案，但最终都没有真正地实现海空两栖航行。近几十年，随着无人系统技术的发展，跨介质探测装备的研究取得较大进展，产生了很多的概念和变体，与有人航行器相比，这种系统的复杂度和技术难度有所降低。但是，总体来看这些跨介质探测设备仅能进行浅海航行，难以满足深海探测需求。

具有深潜功能的跨介质海洋环境探测平台还存在许多技术难题需要克服。如，探测平台空中飞行和深潜对重量需求的矛盾、介质之间模态过渡的实现、满足要求的多种介质推进系统设计、姿态稳定性等。

发明内容

发明目的：提供一种基于可变旋翼的海空一体探测平台及其探测方法，能够实现跨介质进行环境探测的需要。

技术方案：本发明所述的基于可变旋翼的海空一体探测平台，包外壳、主旋翼结构、四组辅旋翼结构、状态调节机构、四个水下推进器、浮力调节机构、支架以及控制仓；

在外壳内设置有安装空腔；控制仓安装在安装空腔内；浮力调节机构安装在控制仓上，用于调节浮力；支架安装在浮力调节机构上；主旋翼结构安装在支架上；主旋翼结构的上端伸出外壳外；四组辅旋翼结构同步上下摆动式安装在支架上，且四组辅旋翼结构上摆后呈十字形展开；在外壳上设置有四个容置槽，用于收纳下摆收回后的四组辅旋翼结构；状态调节机构安装在支架上，用于驱动四组辅旋翼结构上下摆动，同时驱动主旋翼结构收放；四个水下推进器均安装在外壳外；

在控制仓内设置有控制器、无线通信模块、存储器以及推进器驱动电路；在外壳上安装有高度计、温度传感器、盐度传感器以及水深传感器；推进器驱动电路、无线通信模块、高度计、温度传感器、盐度传感器、水深传感器以及存储器均与控制器电连接；控制器通过推进器驱动电路协调控制四个水下推进器；主旋翼结构、四组辅旋翼结构、状态调节机构以及浮力调节机构均由控制器驱动控制。

进一步的，状态调节机构包括状态调节电机、主旋翼调节丝杠、主旋翼调节滑块、辅旋翼调节丝杠以及辅旋翼调节盘；

状态调节电机为双输出轴电机；状态调节电机安装在支架上，且状态调节电机的两根输出轴竖向设置；主旋翼调节丝杠对接在状态调节电机上侧的输出轴上，主旋翼调节丝杠螺纹旋合在主旋翼调节滑块上，且主旋翼调节滑块与主旋翼结构相连接，状态调节电机通过主旋翼调节滑块驱动主旋翼结构收放；辅旋翼调节丝杠对接在状态调节电机下侧的输出轴上，辅旋翼调节丝杠螺纹旋合在辅旋翼调节盘上；四组辅旋翼结构的上端均铰接在辅旋翼调节盘上；在主旋翼调节滑块向上移动时辅旋翼调节盘向下移动，在主旋翼调节滑块向下移动时辅旋翼调节盘向上移动；

在控制仓内设置有与控制器电连接的状态调节驱动电路；状态调节驱动电路与状态调节电机电连接，控制器通过状态调节驱动电路驱动状态调节电机旋转。

进一步的，主旋翼结构包括主旋翼臂、旋转盖帽、弹性支撑结构以及四片主旋翼；

主旋翼臂的下端固定在支架上，上端伸出外壳外；在主旋翼臂的上端上安装有主旋翼驱动电机；旋转盖帽安装在主旋翼驱动电机的输出轴上；在旋转盖帽的圆周侧面上竖向设置有四个主旋翼槽；四片主旋翼的一端分别上下摆动式铰接在四个主旋翼槽内；弹性支撑结构安装在主旋翼臂上，主旋翼调节滑块通过弹性支撑结构驱动四片主旋翼同步上下摆动；

在控制仓内设置有与控制器电连接的主旋翼驱动电路；主旋翼驱动电路与主旋翼驱动电机电连接，控制器通过主旋翼驱动电路驱动主旋翼驱动电机旋转。

进一步的，弹性支撑结构包括旋转圆环、支撑弹簧、四根驱动连杆、两根L形撑杆以及两个环形支撑圆盘；

支撑弹簧以及两个环形支撑圆盘均滑动套设在主旋翼臂上，旋转圆环同轴式旋转安装在上侧的环形支撑圆盘上，支撑弹簧弹性连接在两个环形支撑圆盘之间；四根驱动连杆的上端分别铰接在四片主旋翼上，下端均铰接在旋转圆环上；两根L形撑杆的竖直段端部均固定在下侧的环形支撑圆盘上，两根L形撑杆的水平段端部均固定在主旋翼调节滑块上。

进一步的，辅旋翼结构包括辅旋翼臂以及辅旋翼驱动电机；

辅旋翼臂的上端通过铰接连杆铰接在辅旋翼调节盘上，辅旋翼臂的上部通过铰接座铰接在支架上；辅旋翼驱动电机安装在辅旋翼臂的下端上；在辅旋翼驱动电机的输出轴上安装有辅旋翼；

在控制仓内设置有与控制器电连接的辅旋翼驱动电路；辅旋翼驱动电路与四个辅旋翼驱动电机电连接，控制器通过辅旋翼驱动电路协调控制四个辅旋翼驱动电机。

进一步的，在辅旋翼臂上安装有辅旋翼阻挡机构；辅旋翼阻挡机构包括旋转方管、伸缩方管以及拉绳；旋转方管的一端旋转式安装在辅旋翼臂上，伸缩方管的一端弹性伸缩式安装在旋转方管的另一端上，在伸缩方管的另一端上安装有一个滚轮；在旋转方管与辅旋翼臂之间安装有扭簧，在辅旋翼臂下摆时扭簧驱动旋转方管旋转至与辅旋翼臂相垂直，从而阻挡辅旋翼；拉绳的一端固定在支架上，且位于铰接座的下方，另一端固定在旋转方管上，在辅旋翼臂上摆时拉绳拉动旋转方管旋转至与辅旋翼臂相平行。

进一步的，浮力调节机构包括缸体、活塞、防水箱、主动蜗杆、从动蜗轮、浮力调节电机以及活塞驱动丝杆；

缸体固定在防水箱上，防水箱固定在控制仓上；浮力调节电机安装在防水箱内；主动蜗杆对接在浮力调节电机的输出轴上；从动蜗轮旋转式安装在防水箱内，且从动蜗轮与主动蜗杆相啮合；从动蜗轮的中心孔设置为螺纹孔；活塞驱动丝杆旋合在丝杆螺纹孔上；活塞驱动丝杆的上端旋转密封式伸入缸体内；活塞固定在活塞驱动丝杆的伸入端上，且活塞的竖向侧面与缸体的内侧壁滑动配合；在缸体的下侧壁上设置有多个进水孔；

在控制仓内设置有与控制器电连接的浮力调节电路；浮力调节电路与浮力调节电机电连接，控制器通过浮力调节电路驱动浮力调节电机旋转。

进一步的，在外壳的上部设置有四个高压浮力舱；在缸体的上端设置有四个排气孔，四个排气孔分别通过排气管连通到四个高压浮力舱。

进一步的，在外壳上设置有四个分别用于保护四个水下推进器的围挡。

本发明还提供了一种基于可变旋翼的海空一体探测平台的探测方法，包括如下步骤：

参数设定步骤：预先设定需要测量的各个深度，并储存在存储器中；

水面降落步骤：主旋翼机构以及四组辅旋翼机构在控制器的协调控制下带动探测平台下降，高度计向控制器实时反馈数据，由控制器判断探测平台是否接近水面，当控制器判断探测平台接近水面时，控制器控制状态调节机构驱动四组辅旋翼结构上摆呈升高状态，直至四个水下推进器浸入水中，控制器协调控制四个水下推进器工作，保持探测平台姿态平稳，之后控制器控制主旋翼机构以及四组辅旋翼机构停止工作，控制器控制状态调节机构驱动主旋翼机构以及四组辅旋翼机构下摆收回，使探测平台转换为下潜状态，完成水面降落；

下潜步骤：控制器驱动浮力调节机构调节浮力，将探测平台浮力调至最小，重心降低，之后控制器协调控制四个水下推进器产生大于浮力的推力，从而下潜；水深传感器实时检测水深数据并向控制器反馈，由控制器判断是否到达预设的最深深度，高度计向控制器实时反馈检测数据，由控制器判断是否到达水底，当控制器判断探测平台到达预设的最深深度或即将到达水底时，控制器协调控制四个水下推进器，使探测平台悬浮在水中；

上浮探测步骤：控制器控制四个水下推进器停止工作，探测平台在浮力作用下开始上浮，同时控制器驱动浮力调节机构调节浮力，使探测平台浮力逐渐增大；在探测平台上浮的过程中，每到达一个指定深度时，控制器控制温度传感器、盐度传感器以及水深传感器采集数据，并储存在存储器中，直至探测平台平稳浮出水面，此时控制器驱动浮力调节机构将浮力调至最大，控制器控制无线通信模块将存储器中的数据上传至远程控制中心，完成探测；

水面起飞步骤：控制器协调控制四个水下推进器工作，使探测平台保持姿态平稳，控制器控制状态调节机构驱动主旋翼机构展开，四组辅旋翼结构上摆呈升高状态脱离水面；之后主旋翼机构以及四组辅旋翼机构在控制器的控制下，带动探测平台起飞，高度计向控制器实时反馈数据，由控制器判断探测平台是否脱离水面，当控制器判断探测平台脱离水面后，控制器通过状态调节机构驱动四组辅旋翼结构摆平，同时控制四个水下推进器停止工作，使探测平台转换为飞行状态，完成起飞。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：利用状态调节机构协调控制主旋翼结构以及四组辅旋翼结构的收放状态，从而使探测平台在飞行状态与下潜状态中切换，实现跨介质进行环境探测的需要；利用四个水下推进器在水下推进，探测平台可以克服浮力作用实现下潜和水下机动运动，实现了较深海域环境的探测；利用浮力调节机构调节探测平台排开水的体积，从而调节探测平台的浮力，便于探测平台快速下潜；利用四组辅旋翼机构可下摆收回，减小了探测平台在下潜和上浮过程中的阻力，同时使探测平台重心下移，有利于探测平台在水中的稳定性；利用高度计实现探测平台防触底；利用水深传感器、温度传感器以及盐度传感器实现数据采集；利用存储器储存各个传感器采集的信号数据；利用无线通信模块将存储器内的数据上传至远程控制中心。

附图说明

图1为本发明的剖视图；

图2为本发明的下潜状态图；

图3为本发明局部剖视图；

图4为本发明的飞行状态图；

图5为本发明的辅旋翼机构升高状态图；

图6为本发明的电路结构示意图；

图7为本发明的水面降落步骤流程图；

图8为本发明的下潜步骤流程图；

图9为本发明的上浮探测步骤流程图；

图10为本发明的水面起飞步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：

如图1-6所示，本发明公开的基于可变旋翼的海空一体探测平台包括：外壳1、主旋翼结构、四组辅旋翼结构、状态调节机构、四个水下推进器28、浮力调节机构、支架16以及控制仓27；

在外壳1内设置有安装空腔30；控制仓27安装在安装空腔30内；浮力调节机构安装在控制仓27的上侧面上，用于调节浮力；支架16安装在浮力调节机构上；主旋翼结构安装在支架16上；主旋翼结构的上端伸出外壳1外；四组辅旋翼结构同步上下摆动式安装在支架16的边缘上，且四组辅旋翼结构上摆后呈十字形展开；在外壳1上竖向设置有与安装空腔30相连通的四个容置槽43，用于收纳下摆收回后的四组辅旋翼结构；状态调节机构安装在支架16上，用于驱动四组辅旋翼结构上下摆动，同时驱动主旋翼结构收放；四个水下推进器28分别通过四块推进器安装板44安装在控制仓27上，且四块推进器安装板44均位于外壳1外；

在控制仓27内设置有控制器、无线通信模块、存储器以及推进器驱动电路；在外壳1上安装有高度计33、温度传感器、盐度传感器以及水深传感器；推进器驱动电路、无线通信模块、高度计33、温度传感器、盐度传感器、水深传感器以及存储器均与控制器电连接；控制器通过推进器驱动电路协调控制四个水下推进器28；主旋翼结构、四组辅旋翼结构、状态调节机构以及浮力调节机构均由控制器驱动控制。

利用状态调节机构协调控制主旋翼结构以及四组辅旋翼结构的收放状态，从而使探测平台在飞行状态与下潜状态中切换，实现跨介质进行环境探测的需要；利用四个水下推进器28在水下推进，探测平台可以克服浮力作用实现下潜和水下机动运动，实现了较深海域环境的探测；利用浮力调节机构调节探测平台排开水的体积，从而调节探测平台的浮力，便于探测平台快速下潜；利用四组辅旋翼机构可下摆收回，减小了探测平台在下潜和上浮过程中的阻力，同时使探测平台重心下移，有利于探测平台在水中的稳定性；利用高度计33实现探测平台防触底；利用水深传感器、温度传感器以及盐度传感器实现数据采集；利用存储器储存各个传感器采集的信号数据；利用无线通信模块将存储器内的数据上传至远程控制中心。

进一步的，状态调节机构包括状态调节电机12、主旋翼调节丝杠11、主旋翼调节滑块8、辅旋翼调节丝杠45以及辅旋翼调节盘17；

状态调节电机12为双输出轴电机；状态调节电机12安装在支架16的上侧面上，且状态调节电机12的其中一根输出轴竖直向上，另一根输出轴竖直向下贯穿支架16的上侧面；主旋翼调节丝杠11对接在状态调节电机12竖直向上的输出轴上；在主旋翼调节滑块8上设置有一个滑块螺纹孔，主旋翼调节丝杠11旋合在滑块螺纹孔上，且主旋翼调节滑块8与主旋翼结构相连接，状态调节电机12通过主旋翼调节滑块8驱动主旋翼结构收放；辅旋翼调节丝杠45对接在状态调节电机12竖直向下的输出轴的贯穿端上；在辅旋翼调节盘17的中心处设置有一个调节盘螺纹孔，辅旋翼调节丝杠45螺纹旋合在调节盘螺纹孔上，四组辅旋翼结构的上端均铰接在辅旋翼调节盘17上；在主旋翼调节滑块8向上移动时辅旋翼调节盘17向下移动，在主旋翼调节滑块8向下移动时辅旋翼调节盘17向上移动；

在控制仓27内设置有与控制器电连接的状态调节驱动电路；状态调节驱动电路与状态调节电机12电连接，控制器通过状态调节驱动电路驱动状态调节电机12旋转。

利用状态调节电机12同步控制主旋翼调节丝杠11以及辅旋翼调节丝杠45，从而控制主旋翼结构以及四组辅旋翼结构同时展开或同时收回，实现了探测平台在飞行状态与下潜状态中的切换。

进一步的，主旋翼结构包括主旋翼臂2、旋转盖帽37、弹性支撑结构以及四片主旋翼40；主旋翼臂2的下端固定在支架16上，上端伸出外壳1外，且主旋翼调节丝杠11、主旋翼调节滑块8以及状态调节电机12均位于主旋翼臂2内；在主旋翼臂2的上端上安装有主旋翼驱动电机；旋转盖帽37同轴式罩盖在主旋翼臂2的上端上，主旋翼驱动电机位于旋转盖帽37内，且主旋翼驱动电机的输出轴同轴式固定在旋转盖帽37上；在旋转盖帽37的圆周侧面上竖向设置有四个与旋转盖帽37的下侧面相连通的主旋翼槽39；四片主旋翼40的一端分别上下摆动式铰接在四个主旋翼槽39的上端槽壁上，四片主旋翼40上摆后呈十字形分布，且四片主旋翼40分别按压在四个主旋翼槽39的上侧槽面上；弹性支撑结构安装在主旋翼臂2上，主旋翼调节滑块8通过弹性支撑结构驱动四片主旋翼40同步上下摆动；在状态调节电机12上方的主旋翼臂2内设置有防水隔板10，主旋翼调节丝杠11密封贯穿防水隔板10；

在控制仓27内设置有与控制器电连接的主旋翼驱动电路；主旋翼驱动电路与主旋翼驱动电机电连接，控制器通过主旋翼驱动电路驱动主旋翼驱动电机旋转。

利用主旋翼臂2将主旋翼驱动电机以及四片主旋翼40高举远离水面，提高了探测平台的水面起飞能力；利用主旋翼40下摆呈回收状态，减小探测平台下潜时的阻力；利用主旋翼40按压在主旋翼槽39的上侧槽面上，限制了主旋翼40的摆动范围，保证四个主旋翼40上摆呈水平状态，提高了飞行的平稳性；利用弹性支撑结构对主旋翼40进行弹性顶压，保证主旋翼40被压紧在主旋翼槽39的上侧槽面上，防止主旋翼40在飞行时晃动。

进一步的，弹性支撑结构包括旋转圆环7、支撑弹簧6、四根驱动连杆38、两根L形撑杆3以及两个环形支撑圆盘4；

支撑弹簧6以及两个环形支撑圆盘4均滑动套设在主旋翼臂2上，旋转圆环7同轴式旋转安装在上侧的环形支撑圆盘4上，支撑弹簧6弹性连接在两个环形支撑圆盘4之间；四根驱动连杆38的上端分别铰接在四片主旋翼40上，下端均铰接在旋转圆环7的上端面上；在主旋翼臂2上竖向设置有两个长条孔；两根L形撑杆3的竖直段端部均固定在下侧的环形支撑圆盘4的下端面上，两根L形撑杆3的水平段端部分别伸入两个长条孔后固定在主旋翼调节滑块8上。

利用驱动连杆38、旋转盖帽37以及旋转圆环7同步旋转带动四片主旋翼40旋转，增强了四片主旋翼40的结构强度；利用支撑弹簧6弹性连接在两个环形支撑圆盘4之间，为四片主旋翼40提供了弹性支撑力，同时对主旋翼40进行弹性顶压，保证主旋翼40被压紧在主旋翼槽39的上侧槽面上，防止主旋翼40在飞行时晃动；利用L形撑杆3连接主旋翼调节滑块8以及下侧的环形支撑圆盘4，实现了状态调节机构对四片主旋翼40收放状态的控制。

进一步的，辅旋翼结构包括辅旋翼臂13以及辅旋翼驱动电机32；辅旋翼臂13的上端通过铰接连杆15铰接在辅旋翼调节盘17上，辅旋翼臂13的上部通过铰接座14铰接在支架16的边缘上；辅旋翼驱动电机32安装在辅旋翼臂13的下端上；在辅旋翼驱动电机32的输出轴上安装有辅旋翼31；

在控制仓27内设置有与控制器电连接的辅旋翼驱动电路；辅旋翼驱动电路与四个辅旋翼驱动电机32电连接，控制器通过辅旋翼驱动电路协调控制四个辅旋翼驱动电机32。

利用辅旋翼调节盘17在旋翼调节丝杠45上的上下移动，带动辅旋翼臂13上下摆动，实现了状态调节机构对四组辅旋翼机构展开或收起状态的控制，同时辅旋翼调节盘17驱动四组辅旋翼机构上摆离开水面，提高探测平台的水面起飞能力。

进一步的，在辅旋翼臂13上安装有辅旋翼阻挡机构；辅旋翼阻挡机构包括旋转方管36、伸缩方管35以及拉绳29；旋转方管36的一端旋转式安装在辅旋翼臂13下部的圆周侧面上，伸缩方管35的一端弹性伸缩式安装在旋转方管36的另一端上；当辅旋翼驱动电机32为两个单输出轴电机时，辅旋翼结构包含两个伸缩方管35，且两个伸缩方管35分别弹性伸缩式安装在旋转方管36的两端上；在伸缩方管35的另一端上安装有一个滚轮34；在旋转方管36与辅旋翼臂13之间安装有扭簧，在辅旋翼臂13下摆时扭簧驱动旋转方管36旋转至与辅旋翼臂13相垂直，从而阻挡辅旋翼31；拉绳29的一端固定在支架16上，且位于铰接座14的下方，另一端固定在旋转方管36上，在辅旋翼臂13上摆时拉绳29拉动旋转方管36旋转至与辅旋翼臂13相平行。

利用扭簧在辅旋翼臂13下摆时驱动旋转方管36旋转至与辅旋翼臂13相垂直，使旋转方管36与辅旋翼臂13相垂直，从而使伸缩方管35阻挡辅旋翼31，保证辅旋翼机构能顺利收回容置槽43内；利用拉绳29在辅旋翼机构上摆时拉动旋转方管36旋转至与辅旋翼臂13相平行，保证伸缩方管35不阻碍辅旋翼31旋转；利用伸缩方管35弹性伸缩式安装在旋转方管36上，在辅旋翼31阻挡旋转方管36时伸缩方管35回缩，防止辅旋翼31受损；利用滚轮34将伸缩方管35与辅旋翼31之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，减小辅旋翼31的损伤。

进一步的，浮力调节机构包括缸体18、活塞19、防水箱23、主动蜗杆26、从动蜗轮24、浮力调节电机25以及活塞驱动丝杆20；缸体18固定在防水箱23的上侧面上，防水箱23固定在控制仓27的上侧面上；浮力调节电机25安装在防水箱23内；主动蜗杆26对接在浮力调节电机25的输出轴上；从动蜗轮24旋转式安装在防水箱23的上侧内壁上，且从动蜗轮24与主动蜗杆26相啮合；从动蜗轮24的中心孔设置为螺纹孔；活塞驱动丝杆20旋合在丝杆螺纹孔上；活塞驱动丝杆20的上端旋转密封式贯穿防水箱23的上侧壁以及缸体18的下侧壁后伸入缸体18内；活塞19固定在活塞驱动丝杆20的伸入端上，且活塞19的竖向侧面与缸体18的内侧壁滑动配合；在活塞19的圆周侧面上安装有橡胶环；在缸体18的下侧壁上设置有多个进水孔22；

在控制仓27内设置有与控制器电连接的浮力调节电路；浮力调节电路与浮力调节电机25电连接，控制器通过浮力调节电路驱动浮力调节电机25旋转。

利用活塞19在缸体18内进行活塞运动，通过活塞19向上运动压缩空气体，增加缸体18内水的体积，从而减少排开水的体积，减少浮力，通过活塞19向下运动将水排出缸体18外，增加空气体积，从而增加排开水的体积，增大浮力，实现对探测平台的浮力调节；利用橡胶环增强活塞19与缸体18之间的密闭性，防止漏气。

进一步的，在外壳1的上部设置有四个高压浮力舱41；在缸体18的上端设置有四个排气孔21，四个排气孔21分别通过排气管连通到四个高压浮力舱41。

利用四个高压浮力舱41，起到提供浮力的作用，且高压浮力舱41处于探测平台上部能够更好的保证探测平台的浮心高于重心，既可以保证探测平台上浮和下潜过程中的姿态稳定性，又可以保证探测平台水面漂浮时的稳定性。

进一步的，在外壳1上设置有四个分别用于保护四个水下推进器28的围挡42。利用围挡42保护水下推进器28，防止探测平台受到磕碰时水下推进器28损坏。

如图6-10所示，本发明还提供了一种基于可变旋翼的海空一体探测平台的探测方法，包括如下步骤：

参数设定步骤：预先设定需要测量的各个深度，并储存在存储器中；

水面降落步骤：控制器通过主旋翼驱动电路以及辅旋翼驱动电路协调控制主旋翼驱动电机以及四个辅旋翼驱动电机32，带动探测平台下降，高度计(33)向控制器实时反馈数据，由控制器判断探测平台是否接近水面，当控制器判断探测平台距离水面五米时，控制器通过状态调节驱动电路驱动状态调节电机12旋转，辅旋翼调节盘17在辅旋翼调节丝杠45的驱动下向下移动，带动四根辅旋翼臂13上摆呈升高状态，使探测平台保持姿态平稳下落，直至四个水下推进器28浸入水中，控制器通过推进器驱动电路协调控制四个水下推进器28工作，保持探测平台姿态平稳，之后控制器控制主旋翼驱动电机以及四个辅旋翼驱动电机32停止工作，控制器通过状态调节驱动电路驱动状态调节电机12旋转，主旋翼调节滑块8在主旋翼调节丝杠11的驱动下向下移动，四根驱动连杆38带动四片主旋翼向下摆动收回，同时辅旋翼调节盘17在辅旋翼调节丝杠45的驱动下向上移动，带动四根辅旋翼臂13下摆收回，各个扭簧驱动各个旋转方管36旋转至与辅旋翼臂13相垂直，控制器给四个辅旋翼驱动电机32小占空比输入信号，使各个辅旋翼31缓慢旋转，直至被伸缩方管35阻挡停止旋转，四根辅旋翼臂13的下端收回四个容置槽43内；探测平台转换到下潜状态，完成水面降落；

下潜步骤：控制器通过浮力调节电路驱动调节电机25旋转，从动蜗轮24旋转带动活塞驱动丝杆20向上移动，活塞19在活塞驱动丝杆20的驱动下向上挤压，将缸体18内的空气挤压进四个高压浮力舱41内，水通过进水孔22被吸入缸体18内，从而将探测平台浮力调至最小，重心降低，之后控制器通过推进器驱动电路协调控制四个水下推进器28产生大于浮力的推力，从而下潜；水深传感器实时检测水深数据并向控制器反馈，由控制器判断是否到达预设的最深深度，高度计33实时向控制器反馈检测数据，由控制器判断是否到达水底，当控制器判断探测平台到达预设的最深深度或即将到达水底时，控制器协调控制四个水下推进器28使探测平台悬浮在水中；

上浮探测步骤：控制器通过推进器驱动电路控制四个水下推进器28停止工作，探测平台在四个高压浮力舱41的浮力作用下开始上浮，同时控制器通过浮力调节电路驱动调节电机25旋转，活塞驱动丝杆20带动活塞19向下移动，将水排出缸体18外，使探测平台浮力逐渐增大；在探测平台上浮的过程中，每到达一个指定深度时，控制器控制温度传感器、盐度传感器以及水深传感器采集数据，并储存在存储器中，直至探测平台平稳浮出水面，此时缸体18内的水全部排出，浮力最大，控制器控制无线通信模块将存储器中的数据上传至远程控制中心，完成探测；

水面起飞步骤：控制器通过推进器驱动电路协调控制四个水下推进器28工作，保持探测平台姿态平稳，控制器通过状态调节驱动电路驱动状态调节电机12旋转，主旋翼调节滑块8在主旋翼调节丝杠11的驱动下向上移动，四根驱动连杆38带动四片主旋翼向上摆动展开，同时辅旋翼调节盘17在辅旋翼调节丝杠45的驱动下向下移动，带动四根辅旋翼臂13上摆呈升高状态，脱离水面，各个拉绳29拉动各个旋转方管36旋转至与辅旋翼臂13相平行，使各个辅旋翼31无阻挡，之后控制器通过主旋翼驱动电路以及辅旋翼驱动电路协调控制主旋翼驱动电机以及四个辅旋翼驱动电机32旋转，带动探测平台起飞，高度计(33)向控制器实时反馈数据，由控制器判断探测平台是否脱离水面，当控制器判断探测平台脱离水面五米后，控制器驱动状态调节电机12旋转，辅旋翼调节盘17向上移动，四根辅旋翼臂13摆平，同时控制器控制四个水下推进器28停止工作，探测平台转换为飞行状态；完成起飞。

本发明提供的基于可变旋翼的海空一体探测平台中，高度计33、深传感器、温度传感器以及盐度传感器均采用现有的数字式传感器，用于采集数据；控制器采用现有的ARM处理器模块，用于实现协调控制；存储器采用现有的存储器；无线通信模块采用现有的无线通信模块，用于将存储器内的数据上传至远程控制中心；水下推进器28采用现有的水下推进器，用于控制探测平台在水下的下潜深度以及下潜方向；状态调节电机12、主旋翼驱动电机、辅旋翼驱动电机32以及浮力调节电机25均采用现有的步进电机；状态调节驱动电路、主旋翼驱动电路、辅旋翼驱动电路以及浮力调节电路均采用对应的步进电机驱动电路。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。

Claims (10)

1.一种基于可变旋翼的海空一体探测平台，其特征在于：包括外壳(1)、主旋翼结构、四组辅旋翼结构、状态调节机构、四个水下推进器(28)、浮力调节机构、支架(16)以及控制仓(27)；

在外壳(1)内设置有安装空腔(30)；控制仓(27)安装在安装空腔(30)内；浮力调节机构安装在控制仓(27)上，用于调节浮力；支架(16)安装在浮力调节机构上；主旋翼结构安装在支架(16)上；主旋翼结构的上端伸出外壳(1)外；四组辅旋翼结构同步上下摆动式安装在支架(16)上，且四组辅旋翼结构上摆后呈十字形展开；在外壳(1)上设置有四个容置槽(43)，用于收纳下摆收回后的四组辅旋翼结构；状态调节机构安装在支架(16)上，用于驱动四组辅旋翼结构上下摆动，同时驱动主旋翼结构收放；四个水下推进器(28)均安装在外壳(1)外；

在控制仓(27)内设置有控制器、无线通信模块、存储器以及推进器驱动电路；在外壳(1)上安装有高度计(33)、温度传感器、盐度传感器以及水深传感器；推进器驱动电路、无线通信模块、高度计(33)、温度传感器、盐度传感器、水深传感器以及存储器均与控制器电连接；控制器通过推进器驱动电路协调控制四个水下推进器(28)；主旋翼结构、四组辅旋翼结构、状态调节机构以及浮力调节机构均由控制器驱动控制。

2.根据权利要求1所述的基于可变旋翼的海空一体探测平台，其特征在于：状态调节机构包括状态调节电机(12)、主旋翼调节丝杠(11)、主旋翼调节滑块(8)、辅旋翼调节丝杠(45)以及辅旋翼调节盘(17)；

状态调节电机(12)为双输出轴电机；状态调节电机(12)安装在支架(16)上，且状态调节电机(12)的两根输出轴竖向设置；主旋翼调节丝杠(11)对接在状态调节电机(12)上侧的输出轴上，主旋翼调节丝杠(11)螺纹旋合在主旋翼调节滑块(8)上，且主旋翼调节滑块(8)与主旋翼结构相连接，状态调节电机(12)通过主旋翼调节滑块(8)驱动主旋翼结构收放；辅旋翼调节丝杠(45)对接在状态调节电机(12)下侧的输出轴上，辅旋翼调节丝杠(45)螺纹旋合在辅旋翼调节盘(17)上；四组辅旋翼结构的上端均铰接在辅旋翼调节盘(17)上；在主旋翼调节滑块(8)向上移动时辅旋翼调节盘(17)向下移动，在主旋翼调节滑块(8)向下移动时辅旋翼调节盘(17)向上移动；

在控制仓(27)内设置有与控制器电连接的状态调节驱动电路；状态调节驱动电路与状态调节电机(12)电连接，控制器通过状态调节驱动电路驱动状态调节电机(12)旋转。

3.根据权利要求2所述的基于可变旋翼的海空一体探测平台，其特征在于：主旋翼结构包括主旋翼臂(2)、旋转盖帽(37)、弹性支撑结构以及四片主旋翼(40)；

主旋翼臂(2)的下端固定在支架(16)上，上端伸出外壳(1)外；在主旋翼臂(2)的上端上安装有主旋翼驱动电机；旋转盖帽(37)安装在主旋翼驱动电机的输出轴上；在旋转盖帽(37)的圆周侧面上竖向设置有四个主旋翼槽(39)；四片主旋翼(40)的一端分别上下摆动式铰接在四个主旋翼槽(39)内；弹性支撑结构安装在主旋翼臂(2)上，主旋翼调节滑块(8)通过弹性支撑结构驱动四片主旋翼(40)同步上下摆动；

在控制仓(27)内设置有与控制器电连接的主旋翼驱动电路；主旋翼驱动电路与主旋翼驱动电机电连接，控制器通过主旋翼驱动电路驱动主旋翼驱动电机旋转。

4.根据权利要求3所述的基于可变旋翼的海空一体探测平台，其特征在于：弹性支撑结构包括旋转圆环(7)、支撑弹簧(6)、四根驱动连杆(38)、两根L形撑杆(3)以及两个环形支撑圆盘(4)；

支撑弹簧(6)以及两个环形支撑圆盘(4)均滑动套设在主旋翼臂(2)上，旋转圆环(7)同轴式旋转安装在上侧的环形支撑圆盘(4)上，支撑弹簧(6)弹性连接在两个环形支撑圆盘(4)之间；四根驱动连杆(38)的上端分别铰接在四片主旋翼(40)上，下端均铰接在旋转圆环(7)上；两根L形撑杆(3)的竖直段端部均固定在下侧的环形支撑圆盘(4)上，两根L形撑杆(3)的水平段端部均固定在主旋翼调节滑块(8)上。

5.根据权利要求2所述的基于可变旋翼的海空一体探测平台，其特征在于：辅旋翼结构包括辅旋翼臂(13)以及辅旋翼驱动电机(32)；

辅旋翼臂(13)的上端通过铰接连杆(15)铰接在辅旋翼调节盘(17)上，辅旋翼臂(13)的上部通过铰接座(14)铰接在支架(16)上；辅旋翼驱动电机(32)安装在辅旋翼臂(13)的下端上；在辅旋翼驱动电机(32)的输出轴上安装有辅旋翼(31)；

在控制仓(27)内设置有与控制器电连接的辅旋翼驱动电路；辅旋翼驱动电路与四个辅旋翼驱动电机(32)电连接，控制器通过辅旋翼驱动电路协调控制四个辅旋翼驱动电机(32)。

6.根据权利要求5所述的基于可变旋翼的海空一体探测平台，其特征在于：在辅旋翼臂(13)上安装有辅旋翼阻挡机构；辅旋翼阻挡机构包括旋转方管(36)、伸缩方管(35)以及拉绳(29)；旋转方管(36)的一端旋转式安装在辅旋翼臂(13)上，伸缩方管(35)的一端弹性伸缩式安装在旋转方管(36)的另一端上，在伸缩方管(35)的另一端上安装有一个滚轮(34)；在旋转方管(36)与辅旋翼臂(13)之间安装有扭簧，在辅旋翼臂(13)下摆时扭簧驱动旋转方管(36)旋转至与辅旋翼臂(13)相垂直，从而阻挡辅旋翼(31)；拉绳(29)的一端固定在支架(16)上，且位于铰接座(14)的下方，另一端固定在旋转方管(36)上，在辅旋翼臂(13)上摆时拉绳(29)拉动旋转方管(36)旋转至与辅旋翼臂(13)相平行。

7.根据权利要求1所述的基于可变旋翼的海空一体探测平台，其特征在于：浮力调节机构包括缸体(18)、活塞(19)、防水箱(23)、主动蜗杆(26)、从动蜗轮(24)、浮力调节电机(25)以及活塞驱动丝杆(20)；

缸体(18)固定在防水箱(23)上，防水箱(23)固定在控制仓(27)上；浮力调节电机(25)安装在防水箱(23)内；主动蜗杆(26)对接在浮力调节电机(25)的输出轴上；从动蜗轮(24)旋转式安装在防水箱(23)内，且从动蜗轮(24)与主动蜗杆(26)相啮合；从动蜗轮(24)的中心孔设置为螺纹孔；活塞驱动丝杆(20)旋合在丝杆螺纹孔上；活塞驱动丝杆(20)的上端旋转密封式伸入缸体(18)内；活塞(19)固定在活塞驱动丝杆(20)的伸入端上，且活塞(19)的竖向侧面与缸体(18)的内侧壁滑动配合；在缸体(18)的下侧壁上设置有多个进水孔(22)；

在控制仓(27)内设置有与控制器电连接的浮力调节电路；浮力调节电路与浮力调节电机(25)电连接，控制器通过浮力调节电路驱动浮力调节电机(25)旋转。

8.根据权利要求7所述的基于可变旋翼的海空一体探测平台，其特征在于：在外壳(1)的上部设置有四个高压浮力舱(41)；在缸体(18)的上端设置有四个排气孔(21)，四个排气孔(21)分别通过排气管连通到四个高压浮力舱(41)。

9.根据权利要求1所述的基于可变旋翼的海空一体探测平台，其特征在于：在外壳(1)上设置有四个分别用于保护四个水下推进器(28)的围挡(42)。

10.根据权利要求1所述的基于可变旋翼的海空一体探测平台的探测方法，其特征在于：包括如下步骤：

参数设定步骤：预先设定需要测量的各个深度，并储存在存储器中；

水面降落步骤：主旋翼机构以及四组辅旋翼机构在控制器的协调控制下带动探测平台下降，高度计(33)向控制器实时反馈数据，由控制器判断探测平台是否接近水面，当控制器判断探测平台接近水面时，控制器控制状态调节机构驱动四组辅旋翼结构上摆呈升高状态，直至四个水下推进器(28)浸入水中，控制器协调控制四个水下推进器(28)工作，保持探测平台姿态平稳，之后控制器控制主旋翼机构以及四组辅旋翼机构停止工作，控制器控制状态调节机构驱动主旋翼机构以及四组辅旋翼机构下摆收回，使探测平台转换为下潜状态，完成水面降落；

下潜步骤：控制器驱动浮力调节机构调节浮力，将探测平台浮力调至最小，重心降低，之后控制器协调控制四个水下推进器(28)产生大于浮力的推力，从而下潜；水深传感器实时检测水深数据并向控制器反馈，由控制器判断是否到达预设的最深深度，高度计(33)向控制器实时反馈检测数据，由控制器判断是否到达水底，当控制器判断探测平台到达预设的最深深度或即将到达水底时，控制器协调控制四个水下推进器(28)，使探测平台悬浮在水中；

上浮探测步骤：控制器控制四个水下推进器(28)停止工作，探测平台在浮力作用下开始上浮，同时控制器驱动浮力调节机构调节浮力，使探测平台浮力逐渐增大；在探测平台上浮的过程中，每到达一个指定深度时，控制器控制温度传感器、盐度传感器以及水深传感器采集数据，并储存在存储器中，直至探测平台平稳浮出水面，此时控制器驱动浮力调节机构将浮力调至最大，控制器控制无线通信模块将存储器中的数据上传至远程控制中心，完成探测；

水面起飞步骤：控制器协调控制四个水下推进器(28)工作，使探测平台保持姿态平稳，控制器控制状态调节机构驱动主旋翼机构展开，四组辅旋翼结构上摆呈升高状态脱离水面；之后主旋翼机构以及四组辅旋翼机构在控制器的控制下，带动探测平台起飞，高度计(33)向控制器实时反馈数据，由控制器判断探测平台是否脱离水面，当控制器判断探测平台脱离水面后，控制器通过状态调节机构驱动四组辅旋翼结构摆平，同时控制四个水下推进器(28)停止工作，使探测平台转换为飞行状态，完成起飞。

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