CN115891532A - 一种水空一体无人系统、使用方法及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水空一体无人系统、使用方法及其用途；属于无人机设备技术领域；该水空一体无人系统包括飞行器、潜航器以及连接线；飞行器携带潜航器飞行、漂浮以及起降于水面，方便进行水域快速搜救；连接线起到供电或控制的作用，有些解决水下信号控制难题，同时连接线的收卷，带动潜航器的收放，便于回收有效保障潜航器的安全（防止丢失），同时潜航器能够受控断开连接线，方便在应急情况下（羁绊）时或连接线长度不够时，断开连接线，脱困后独立继续工作或上浮返航，便于灵活作业；本发明中水空一体无人系统实现空中、水面和水下的三栖作业，对于水域搜寻、救援以及科研具有极大的帮助。

Description

一种水空一体无人系统、使用方法及其用途

技术领域

本发明涉及无人机设备技术领域，具体是一种水空一体无人系统、使用方法及其用途。

背景技术

随着航空、航海工业技术的发展，无人机可实现空中飞行、水上航行、陆地行驶和水下潜航的多种工作模式。目前，水空两用无人机较多依据水上飞机的设计理念进行设计，仅针对空中飞行和水上航行研制且水上航行时速度较慢；三栖无人机是针对空中飞行、陆地行使和水上航行研制的，不具有水下潜航的能力。随着无人机技术的进步，能够同时实现空中飞行、水上航行和水下潜航的三栖无人机是未来航空和航海发展方向。中国发明专利CN106976367B公开了“一种三栖无人机”，该三栖无人机包括密封的机身、基于开源的Arduino平台利用遥控器实现控制的MWC飞行控制固件、四旋翼，能够在不同灾害环境下执行搜救探测任务。该三栖无人机虽然能适应空中、陆地和水面三种环境，但是相比于固定翼无人机，在续航性能方面能量转换效率较低，承载较弱且速度较慢。此外，该三栖无人机集空中飞行、陆地行驶和水中航行功能于一身，但是无法执行水下潜航搜救探测任务。

我司长期从上水上无人机应用开发研究，尤其是获得了授权公告号为CN210733727U；名称为一种油电混动水空两用多旋翼无人机的中国实用新型专利，而且自油电混动水空两用多旋翼无人机投产交付使用以来，取得良好的经济效益以及市场好评；近期我司基于油电混动水空两用多旋翼无人机成功开发了一款水空一体无人系统，旨在实现无人机的空中、水面以及水下的三栖多功能作业。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水空一体无人系统、使用方法及其用途，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种水空一体无人系统，包括飞行器、潜航器以及连接线；

飞行器能够携带潜航器飞行、漂浮以及起降于水面；

潜航器通过连接线连接飞行器，并能够由飞行器供电和/或控制；

飞行器能够收放连接线回收潜航器，且潜航器能够受控断开连接线并独立工作。

飞行器携带潜航器飞行、漂浮以及起降于水面，方便进行水域快速搜救；连接线的收卷，方便潜航器的收放，同时潜航器能够受控断开连接线，方便在应急情况下（羁绊）时或连接线长度不够时，断开连接线，脱困后独立继续工作或上浮返航，便于灵活作业。

优选的，所述飞行器为多旋翼纯电或油电混动无人机；多旋翼无人机方便控制，便于携带潜航器执行任务，其中同等规模下，多旋翼油电混动无人机续航以及荷载能力余量大，能够满足大荷载需求；潜航器为多自由度潜水无人机，便于进行水下多自由度作业。

优选的，所述飞行器上设有潜航配合组件，所述潜航配合组件包括潜航固定架、线轮组件、固定导正座以及抱夹组件；线轮组件受控绕卷、收放连接线；潜航器上设有与固定导正座配合的活动导正座；潜航配合组件能够收放、导正以及抱夹潜航器。

优选的，所述固定导正座底端呈弧形，且底部设有导正槽；活动导正座顶部呈弧形，与导正槽弧形配合；固定导正座以及活动导正座中部贯穿有导线孔道，连接线贯穿导线孔道连接潜航器；线轮组件收紧连接线，能够使得活动导正座滑入固定导正座的导正槽内；便于回收、携带潜航器。

优选的，所述线轮组件包括绕线轮、线轴以及收放电机，绕线轮通过线轴安装在飞行器上，线轴与收放电机的输出轴传动连接；方便进行连接线收放。

优选的，所述潜航器上设有断线机构；断线机构包括断线刀片、断线轴以及断线电机；剪切刀片抵接连接线，且通过剪切轴与剪切电机连接；剪切电机安装在潜航器上，能够驱动剪切刀片旋转隔断连接线；便于在应急情况下截断潜航器附近端的连接线，使得潜航器脱困。

优选的，所述飞行器以及潜航器分别设有摄像组件、科研设备和/或救援设备；便于进行多功能作业。

优选的，所述潜航器替换为U型艇、救生圈、飞行救生圈或无人船；由飞行器携带U型艇、救生圈、飞行救生圈或无人船进行空水协同作业。

一种应用上述水空一体无人系统的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：飞行器从地面或交通工具上携带潜航器飞行进入目标水域的空域；

步骤二：飞行器在目标水域的目标位置降落漂流，可以进行水面、低空作业；

步骤三：飞行器释放潜航器进入水中工作，并配合卷放连接线以及二次起降调整飞行器与潜航器的相对位置，配合潜航器顺利进行水下作业，实现水陆空三栖作业作业；所述步骤三中，潜航器的连接线遭遇羁绊，无法摆脱时，控制潜航器相应端的连接线截断，潜航器依靠自身动力脱困、继续执行任务或返航；

步骤四：任务结束，飞行器收回潜航器，并携带其返航。

一种应用上述水空一体无人系统的用途，该水空一体无人系统用于水域搜寻、救援以及科研。

与现有技术相比，本发明的优点在于以下几个方面：

本发明提供一种水空一体无人系统、使用方法及其用途，该水空一体无人系统包括飞行器、潜航器以及连接线；飞行器携带潜航器飞行、漂浮以及起降于水面，方便进行水域快速搜救；连接线起到供电或控制的作用，有些解决水下信号控制难题，同时连接线的收卷，带动潜航器的收放，便于回收有效保障潜航器的安全（防止丢失），同时潜航器能够受控断开连接线，方便在应急情况下（羁绊）时或连接线长度不够时，断开连接线，脱困后独立继续工作或上浮返航，便于灵活作业；本发明中水空一体无人系统实现空中、水面和水下的三栖作业，对于水域搜寻、救援以及科研具有极大的帮助。

本发明进一步具体设计潜航配合组件以及断线机构，结构简洁巧妙合理，潜航配合组件包括潜航固定架、线轮组件、固定导正座以及抱夹组件；方便携带、收放以及导正回收；断线机构包括断线刀片、断线轴以及断线电机；便于在应急情况下截断潜航器附近端的连接线，使得潜航器脱困。

本发明进一步所述潜航器替换为U型艇、救生圈、飞行救生圈或无人船；由飞行器携带U型艇、救生圈、飞行救生圈或无人船进行空水协同作业；

本发明进一步简述了该水空一体无人系统的使用方法及其用途，该使用方法流程清晰合理，便于水空一体无人系统的对用途空中、水面以及水下的三栖多功能作业，适用于水域搜寻、救援以及科研。

附图说明

图1为一种水空一体无人系统的结构示意简图。

图2为一种水空一体无人系统的工作状态示意简图。

图3为一种水空一体无人系统的工作原理框图。

图4为一种水空一体无人系统的正视图。

图5为一种水空一体无人系统中潜航配合组件及潜航器配合示意图。

图6为一种水空一体无人系统中线轮组件的结构示意图。

图7位一种水空一体无人系统中固定导正座、活动导正块以及断线机构的结构示意图。

图8为一种水空一体无人系统的使用方法流程示意简图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1-8，一种水空一体无人系统，包括飞行器10、潜航器20以及连接线30；

所述飞行器10包括机体11、若干旋翼组件12以及遥控器100；

所述机体11包括机仓111、旋翼支架112以及浮力推进脚架113；

在一些实施例中，所述机仓111为台体结构，机仓111四周对称设置旋翼支架112；

在一些实施例中，所述旋翼支架112包括主轴1121以及支轴1122；主轴1121一端固定连接机仓111，另一端分别固定连接若干支轴1122；

所述旋翼组件12包括电机121、电调（图未示出）以及螺旋桨122；所述电机121以及螺旋桨122安装在支轴外端；

在一些实施例中，所述机体11为纯电无人机机体，机体11的机仓111内设有飞控单元以及供电模块（图未示出）；

电调内置于机仓111内，电机121通过电调连接飞控单元；

在一些实施例中，所述机体11为油电混动机体，所述机体11包括机壳（图未标示）、油箱1101、冷却液箱1102、发动机启动器1103、油泵1104、整流器1105、散热冷排1106、冷却液循环泵1107、启动发电一体电机1108、发动机1109以及排气管1110；

机体通过发动机1109以及启动发电一体电机1108进行油电转换，进而为旋翼组件提供电力供应；其中涉及到的具体实施技术手段为本领域现有技术手段，本实施例在此不作具体阐述和限制；需要说明的是由于燃油能量密度大，油电混动机体能够提供充足的动力和续航能力。

所述浮力推进脚架113包括框型支撑架1131、浮筒1132以及水面螺旋推进器1133；

所述框型支撑架1131安装在机仓111底部；

所述浮筒1132设有2个，分别对称安装在框型支撑架1131底部两侧；

所述浮筒1132尾端安装水面螺旋推进器1133；

所述框型支撑架1131内设有潜航配合组件40；所述潜航配合组件40包括潜航固定架401、线轮组件402、固定导正座403以及抱夹组件404；

所述潜航固定架401安装在框型支撑架1131内机仓111底部；

所述线轮组件402包括线仓4021、收卷电机4022、收卷轴4023以及收卷轮4024；

线仓4021安装在潜航固定架401底部中间位置；

线仓4021内顶部固定安装收卷电机4022，收卷轮4024竖向安装在线仓4021内，收卷轮4024通过收卷轴4023与收卷电机4022传动连接；所述连接线30绕装在收卷轮4024上；

所述固定导正座403安装在线仓4021底部；线仓4021底部以及固定导正座403中部对应设有导线孔道300；

所述固定导正座403底端呈弧形，且底部设有导正槽4031；活动导正座203顶部呈弧形，与导正槽4031弧形配合；固定导正座403以及活动导正座203中部贯穿有导线孔道300，连接线30贯穿导线孔道300连接潜航器20；线轮组件402收紧连接线30，能够使得活动导正座203滑入固定导正座403的导正槽4031内；便于回收、携带潜航器20。

抱夹组件404包括抱夹爪441以及抱夹驱动件442；

抱夹爪441顶端铰接连接潜航固定架401；

抱夹驱动件442包括抱夹舵机4421以及曲轴连杆4422；

曲柄连杆4422一端铰接连接抱夹爪441内侧底端；另一端铰接连接抱夹舵机4421；

抱夹舵机4421通过曲柄连杆4422驱动抱夹爪441抱紧或放松；

所述潜航器20包括潜航器本体201以及保护架202；

潜航器本体201安装在保护架202内，保护架202上方安装有活动导正块203，活动导正块203中部设有导线孔道300；

所述连接线30穿过线仓111、固定导正座403以及活动导正块203连接潜航器本体201；

在一些实施例中，连接线30包括通信及供电线缆；潜航器本体201通过连接线30连接飞行器10的飞行控制单元以及供电模块（图未标示）；数据以及供电连接，潜航器本体201由；

活动导正块203对应导线孔道300设有断线机构50；

断线机构50包括断线舵机501、断线轴502以及断线刀片503；断线舵机501安装在活动导正块203对应设置的断线槽2031上，断线刀片503固定连接断线轴502且对应抵接在导线孔道300上方；断线舵机501连接断线轴502，能够断线刀片503旋转切断穿过导线孔道300的连接线30，实现在紧急情况下断线功能；在一些实施例中，潜航器本体201与飞行器10的无线通信连接，能够在断线情况下，上浮至水面附近时与飞行器10恢复通信控制连接，有效防止丢失。

在一些实施例中，所述潜航器20为多自由度潜水无人机；可以选用市场上成熟的水下无人机器人；需要说明的是潜航器为本领域现有技术手段实现的无人潜航器设备，本案在此不作具体阐述和限制；

在一些实施例中，所述飞行器10上搭载有摄像组件、科研设备（如取样设备、大气或水质检测设备）以及救援设备（如救援绳、救援浮体、应急食物、水以及药品）。

在一些实施例中，所述潜航器20替换为U型艇、救生圈、飞行救生圈或无人船。

一种应用上述水空一体无人系统的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：飞行器10从地面或交通工具上携带潜航器20飞行进入目标水域的空域；

步骤二：飞行器10在目标水域的目标位置降落漂流或水面推进移动，可以进行水面、低空作业；

步骤三：飞行器10释放潜航器20进入水中工作，并配合卷放连接线以及二次起降调整飞行器10与潜航器20的相对位置，配合潜航器20顺利进行水下作业，实现水陆空三栖作业作业；所述步骤三中，潜航器20的连接线遭遇羁绊，无法摆脱时，控制潜航器20相应端的连接线30截断，潜航器20依靠自身动力脱困、继续执行任务或返航；

步骤四：任务结束，飞行器10收回潜航器20，并携带其返航。

一种应用上述水空一体无人系统的用途，该水空一体无人系统用于水域搜寻、救援以及科研。

本发明的工作原理是：本发明提供一种水空一体无人系统、使用方法及其用途，该水空一体无人系统包括飞行器、潜航器以及连接线；飞行器携带潜航器飞行、漂浮以及起降于水面，方便进行水域快速搜救；连接线起到供电或控制的作用，有些解决水下信号控制难题，同时连接线的收卷，带动潜航器的收放，便于回收有效保障潜航器的安全（防止丢失），同时潜航器能够受控断开连接线，方便在应急情况下（羁绊）时或连接线长度不够时，断开连接线，脱困后独立继续工作或上浮返航，便于灵活作业；本发明中水空一体无人系统实现空中、水面和水下的三栖作业，对于水域搜寻、救援以及科研具有极大的帮助。

本发明进一步具体设计潜航配合组件以及断线机构，结构简洁巧妙合理，潜航配合组件包括潜航固定架、线轮组件、固定导正座以及抱夹组件；方便携带、收放以及导正回收；断线机构包括断线刀片、断线轴以及断线电机；便于在应急情况下截断潜航器附近端的连接线，使得潜航器脱困。

本发明进一步所述潜航器替换为U型艇、救生圈、飞行救生圈或无人船；由飞行器携带U型艇、救生圈、飞行救生圈或无人船进行空水协同作业；

本发明进一步简述了该水空一体无人系统的使用方法及其用途，该使用方法流程清晰合理，便于水空一体无人系统的对用途空中、水面以及水下的三栖多功能作业，适用于水域搜寻、救援以及科研。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种水空一体无人系统，其特征在于，包括飞行器、潜航器以及连接线；

飞行器能够携带潜航器飞行、漂浮以及起降于水面；

潜航器通过连接线连接飞行器，并能够由飞行器供电和/或控制；

飞行器能够通过收放连接线回收潜航器，且潜航器能够受控断开连接线并独立工作。

2.根据权利要求1所述水空一体无人系统，其特征在于，所述飞行器为多旋翼纯电或油电混动无人机；潜航器为多自由度潜水无人机。

3.根据权利要求1所述水空一体无人系统，其特征在于，所述飞行器上设有潜航配合组件，所述潜航配合组件包括潜航固定架、线轮组件、固定导正座以及抱夹组件；线轮组件受控绕卷、收放连接线；潜航器上设有与固定导正座配合的活动导正座；潜航配合组件能够收放、导正以及抱夹潜航器。

4.根据权利要求3所述水空一体无人系统，其特征在于，所述固定导正座底端呈弧形，且底部设有导正槽；活动导正座顶部呈弧形，与导正槽弧形配合；固定导正座以及活动导正座中部贯穿有导线孔道，连接线贯穿导线孔道连接潜航器；线轮组件收紧连接线，能够使得活动导正座滑入固定导正座的导正槽内。

5.根据权利要求3所述水空一体无人系统，其特征在于，所述线轮组件包括绕线轮、线轴以及收放电机，绕线轮通过线轴安装在飞行器上，线轴与收放电机的输出轴传动连接。

6.根据权利要求1所述水空一体无人系统，其特征在于，所述潜航器上设有断线机构；断线机构包括断线刀片、断线轴以及断线电机；剪切刀片抵接连接线，且通过剪切轴与剪切电机连接；剪切电机安装在潜航器上，能够驱动剪切刀片旋转隔断连接线。

7.根据权利要求1所述水空一体无人系统，其特征在于，所述飞行器或潜航器上设有摄像组件、科研设备或救援设备。

8.根据权利要求1所述水空一体无人系统，其特征在于，所述潜航器替换为U型艇、救生圈、飞行救生圈或无人船。

9.一种应用权利要求1所述水空一体无人系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：飞行器从地面或交通工具上携带潜航器飞行进入目标水域的空域；

步骤二：飞行器在目标水域的目标位置降落漂流，进行水面、低空作业；

步骤三：飞行器释放潜航器进入水中工作，并配合卷放连接线以及二次起降调整飞行器与潜航器的相对位置，配合潜航器顺利进行水下作业，当潜航器的连接线遭遇羁绊，无法摆脱时，控制潜航器相应端的连接线截断，潜航器依靠自身动力脱困、继续执行任务或返航；

步骤四：任务结束，飞行器收回潜航器，并携带其返航。

10.一种应用权利要求1所述水空一体无人系统的用途，其特征在于，该水空一体无人系统用于水域搜寻、救援以及科研。

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