CN116654309B - 一种两栖用多旋翼无人机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种两栖用多旋翼无人机，包括行驶装置、飞行装置、行驶与飞行分离装置、机臂展开与折叠装置、桨叶调位装置。本发明有益效果：两栖用多旋翼无人机设置有行驶与飞行分离装置，在飞行状态下，行驶装置可看作是无效重量，会影响飞行时间，可根据实际需求，自动控制行驶装置和飞行装置分离。

Description

一种两栖用多旋翼无人机

技术领域

本发明属于无人智能装备技术领域，尤其是涉及一种两栖用多旋翼无人机。

背景技术

随着我国综合实力的突飞猛进，科研水平的日益提高，无人智能装备在警用、航空航天等领域得到了飞速发展，这也对无人机和无人车的智能化提出了较高的要求。无人车可以在陆地上行驶，受天气影响较小，但功能比较单一，不能很好的应对拥堵、坍塌等复杂的地形，无人机可以做低空、低速飞行，不受地形的限制，但受天气影响明显，降落后不能进行随意移动，功能同样单一，因此无人机与无人车的结合，即两栖用多旋翼无人机应运而生，既可以在地面行驶，又可以在空中飞行，不受地形和天气的影响。目前，两栖用多旋翼无人机在行驶状态下，通过狭窄空间时，会受机臂和螺旋桨尺寸的限制，在飞行状态下，行驶装置会作为无效重量，影响两栖用多旋翼无人机的飞行时间，并且在行驶和飞行两种模式切换时，智能化程度较低。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种两栖用多旋翼无人机，以解决上述现有技术存在的至少一个问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种两栖用多旋翼无人机，包括行驶装置、飞行装置、行驶与飞行分离装置、机臂展开与折叠装置、桨叶调位装置，所述行驶与飞行分离装置、桨叶调位装置均安装至行驶装置上方，所述飞行装置通过行驶与飞行分离装置安装至行驶装置上方，所述飞行装置底部中轴处安装有机臂展开与折叠装置。

进一步的，所述行驶装置包括无人车本体和履带，所述无人车本体两侧分别安装有履带，所述无人车本体顶部设有若干凸台，所述凸台用于配合安装飞行装置、桨叶调位装置。

进一步的，所述飞行装置包括机体主体、若干连接柱、若干一号机臂连接件、若干二号机臂连接件、若干三号机臂连接件、飞控、机臂本体、一号电机、桨毂和螺旋桨，所述机体主体内部安装飞控，所述机体主体底部周向均布4个连接柱，每个所述连接柱底部均与无人车本体上的凸台配合使用，每个所述连接柱一侧分别开设有凹槽，所述连接柱的凹槽与行驶与飞行分离装置配合使用，所述机体主体两侧分别对称安装一个一号机臂连接件，每个一号机臂连接件的另一端分别通过二号机臂连接件连接至三号机臂连接件一端，所述三号机臂连接件两端分别与一个机臂本体连接，每个机臂本体远离三号机臂连接件的一端均安装一个一号电机，所述一号电机输出轴通过桨毂连接2个螺旋桨，所述机体主体底部中轴处安装机臂展开与折叠装置，所述机臂展开与折叠装置与二号机臂连接件活动连接。

进一步的，所述行驶与飞行分离装置包括蜗轮轴承、方位蜗轮、限位转盘、方位蜗杆、蜗杆安装板、蜗杆轴承、轴承外挡圈、二号电机安装板、一号联轴器和分离电机，所述无人车本体上开设有用于放置蜗轮轴承的安装孔，所述蜗轮轴承与方位蜗轮下端过盈配合，所述方位蜗轮上端安装限位转盘中部，所述限位转盘外侧与连接柱上的凹槽配合安装，所述方位蜗轮一侧与方位蜗杆一端连接，所述方位蜗杆一端外部套设蜗杆安装板，且所述方位蜗杆一端通过蜗杆轴承安装至轴承外挡圈，所述轴承外挡圈安装至蜗杆安装板两侧，所述方位蜗杆另一端通过一号联轴器连接至分离电机的输出轴，所述分离电机通过二号电机安装板安装至无人车本体。

进一步的，所述机臂展开与折叠装置包括支撑板、折叠电机、二号联轴器、左旋丝杠、右旋丝杠、一号固定端、一号滚珠丝杠螺母、一号支撑侧、丝杠支板和连接杆，所述折叠电机两端均通过一个支撑板安装至机体主体下方，所述折叠电机两端的输出轴分别依次穿过支撑板、二号联轴器后连接至左旋丝杠、右旋丝杠，所述左旋丝杠、右旋丝杠一端均通过支撑板安装至机体主体下方，所述左旋丝杠、右旋丝杠一端还分别安装一号固定端，所述一号固定端与位于左旋丝杠或右旋丝杠上的支撑板一侧连接，所述左旋丝杠、右旋丝杠另一端分别通过一号支撑侧安装至丝杠支板，所述丝杠支板顶部安装至一号机臂连接件，所述一号机臂连接件上开设有长通孔，所述长通孔内活动安装连接杆，所述左旋丝杠、右旋丝杠各自的一号滚珠丝杠螺母上分别套接一个螺母连接座，所述连接杆的两端分别活动安装至螺母连接座、二号机臂连接件。

进一步的，所述桨叶调位装置包括调位电机、三号电机安装板、三号联轴器、二号固定端、调位丝杠、二号滚珠丝杠螺母、二号支撑侧、滑杆和滑块，所述调位电机通过三号电机安装板安装至无人车本体，所述调位电机的输出轴通过三号联轴器连接至调位丝杠的一端，所述调位丝杠的两端分别通过二号固定端、二号支撑侧安装至无人车本体，所述调位丝杠的二号滚珠丝杠螺母上端分别活动连接2个滑杆，2个滑杆对称设置，每个滑杆远离二号滚珠丝杠螺母一端分别滑动套接一个滑块，所述滑块底部与无人车本体的凸台配合安装。

相对于现有技术，本发明所述的一种两栖用多旋翼无人机具有以下优势：

（1）本发明所述的一种两栖用多旋翼无人机，两栖用多旋翼无人机设置有行驶与飞行分离装置，在飞行状态下，行驶装置可看作是无效重量，会影响飞行时间，可根据实际需求，自动控制行驶装置和飞行装置分离。

（2）本发明所述的一种两栖用多旋翼无人机，两栖用多旋翼无人机设置有机臂展开与折叠装置，在切换至飞行状态下可自动控制机臂展开，在切换至行驶状态下可自动控制机臂折叠，最大限度减小外形尺寸，通过狭窄空间时，不会受机臂和螺旋桨尺寸的限制，提高系统的穿梭能力。

（3）本发明所述的一种两栖用多旋翼无人机，两栖用多旋翼无人机设置有桨叶调位装置，在切换至行驶状态下，机臂处于折叠状态，螺旋桨由于重力作用会竖直向下，行驶时可能会与地面发生接触，造成螺旋桨的损坏，通过桨叶调位装置可以约束螺旋桨的位置，切换至飞行状态下，可以自动接触螺旋桨的位置约束。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的整体结构示意图；

图2为本发明实施例所述的飞行装置示意图；

图3为本发明实施例所述的行驶与飞行分离装置示意图；

图4为本发明实施例所述的机臂展开与折叠装置示意图；

图5为本发明实施例所述的桨叶调位装置示意图；

图6为本发明实施例所述的桨叶在位装置初始位置示意图；

图7为本发明实施例所述的桨叶在位装置a1位置示意图；

图8为本发明实施例所述的两栖用多旋翼无人机的工作流程示意图。

附图标记说明：

1、行驶装置；11、无人车本体；12、履带；2、飞行装置；21、机体主体；22、连接柱；23、一号机臂连接件；24、二号机臂连接件；25、三号机臂连接件；26、机臂本体；27、一号电机；28、桨毂；29、螺旋桨；3、机臂展开与折叠装置；31、支撑板；32、折叠电机；33、二号联轴器；34、左旋丝杠；35、右旋丝杠；36、一号固定端；37、一号滚珠丝杠螺母；38、一号支撑侧；39、丝杠支板；310、连接杆；4、桨叶调位装置；41、调位电机；42、三号电机安装板；43、三号联轴器；44、二号固定端；45、调位丝杠；46、二号滚珠丝杠螺母；47、二号支撑侧；48、滑杆；49、滑块；5、行驶与飞行分离装置；51、方位蜗轮；52、限位转盘；53、方位蜗杆；54、蜗杆安装板；55、轴承外挡圈；56、二号电机安装板；57、一号联轴器；58、分离电机。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至图7所示，一种两栖用多旋翼无人机，由行驶装置1、飞行装置2、行驶与飞行分离装置5、机臂展开与折叠装置3、桨叶调位装置4组成。

行驶装置1主要由无人车本体11、履带12组成，是两栖用多旋翼无人机的主要承载平台，行驶时可作为两栖用多旋翼无人机的行驶平台，飞行时可作为两栖用多旋翼无人机的飞行平台，降落时可作为两栖用多旋翼无人机的降落平台，可抵抗降落时地面的冲击，在实际使用时，为便于实时侦察工作环境，可在本装置上增加现有的侦察吊舱。

飞行装置2主要由机体主体21、若干连接柱22、若干一号机臂连接件23、若干二号机臂连接件24、三号机臂连接件25、飞控（飞行控制器）、机臂本体26、一号电机27、桨毂28、螺旋桨29组成，行驶装置1上设置有多个凸台，连接柱22一端与行驶装置1上的多个凸台配合，可以限制飞行装置2的转动，连接柱22另一端固定在机体主体21上，连接柱22上设置有凹槽，与限位转盘52配合，限制飞行装置2的竖直位置。飞行装置2是两栖用多旋翼无人机的飞行平台，具备无人机的基本飞行功能，在行驶过程中遇到拥堵、坍塌等复杂的地形时，机臂可自动展开，自动起飞越过复杂地形。

行驶与飞行分离装置5由蜗轮轴承、方位蜗轮51、限位转盘52、方位蜗杆53、蜗杆安装板54、蜗杆轴承、轴承外挡圈55、二号电机安装板56、一号联轴器57、分离电机58组成，通过蜗轮蜗杆传动，可以实现行驶装置1和飞行装置2分离。行驶装置1上设置蜗轮轴承，方位蜗轮51与蜗轮轴承过盈配合安装，方位蜗轮51侧面设置有方位蜗杆53，方位蜗杆53通过蜗杆轴承安装在蜗杆安装板54上，固定在行驶装置1上，方位蜗杆53通过一号联轴器57与分离电机58连接，分离电机58转动可以带动方位蜗杆53转动，从而带动方位蜗轮51的转动。方位蜗轮51上设置有限位转盘52，通过螺钉固定，飞行装置2的多个连接柱22上设置有凹槽，限位转盘52的末端与连接柱22上的凹槽配合，可以限制飞行装置2的位置。通过蜗轮蜗杆的传动，可以解除飞行装置2的位置限制，可以行驶装置1与飞行装置2分离。在飞行状态下，行驶装置1可视为无效重量，因此在执行任务过程中，为了追求长时间作业，可将行驶装置1和飞行装置2分离，飞行装置2可单独执行任务。

机臂展开与折叠装置3由支撑板31、折叠电机32、二号联轴器33、左旋丝杠34、右旋丝杠35、一号固定端36、一号滚珠丝杠螺母37、一号支撑侧38、丝杠支板39、连接杆310组成，支撑板31和丝杠支板39固定在机体主体21下方，折叠电机32安装在支撑板31上，折叠电机32两端分别连接两个二号联轴器33，两个二号联轴器33另一端分别连接左旋丝杠34、右旋丝杠35，一号固定端36、一号支撑侧38分别安装在支撑板31和丝杠支板39，左旋丝杠34、右旋丝杠35两端分别安装在一号固定端36和一号支撑侧38上，通过折叠电机32带动左旋丝杠34、右旋丝杠35转动，两个一号滚珠丝杠螺母37分别安装在左旋丝杠34、右旋丝杠35上，连接杆310两端分别连接一号滚珠丝杠螺母37和二号机臂连接件24，左旋丝杠34、右旋丝杠35转动会带动一号滚珠丝杠螺母37直线运动，通过连接杆310可实现机臂的展开与折叠。在实际使用时，通过滚珠丝杠（左旋丝杠34、右旋丝杠35）和连接杆310的传动，可以自动实现机臂的快速展开和折叠。在行驶状态下，机臂处于折叠状态，可最大限度减小行驶尺寸，提高穿梭能力，在飞行状态下，机臂处于展开状态，提供飞行所需的动力。

桨叶调位装置4由调位电机41、三号电机安装板42、三号联轴器43、二号固定端44、调位丝杠45、二号滚珠丝杠螺母46、二号支撑侧47、滑杆48、滑块49组成，调位电机41通过三号联轴器43与调位丝杠45连接，调位丝杠45两端分别与二号固定端44、二号支撑侧47连接，二号滚珠丝杠螺母46安装在调位丝杠45上，二号滚珠丝杠螺母46上设置有螺纹孔，用于连接滑杆48，滑杆48可以沿螺纹孔相对转动，滑块49连接在行驶装置1的凸台上，可以在凸台上相对转动，滑杆48可以在滑块49内孔上移动。通过调位电机41带动调位丝杠45转动，调位丝杠45转动带动二号滚珠丝杠螺母46直线运动，带动滑杆48在滑块49内滑动，从而实现滑块49和滑杆48沿凸台的转动，进而可以调整螺旋桨29的位置。通过滚珠丝杠（调位丝杠45）的传动，可调整螺旋桨29的位置。当由飞行状态切换至行驶状态后，机臂处于折叠状态，螺旋桨29因为重力作用垂直向下，行驶过程中容易与地面或其他障碍物接触，发生损坏，因此可通过桨叶调位装置4调节螺旋桨29的位置，避免螺旋桨29损坏。

本两栖用多旋翼无人机在行驶模式和飞行模式之间可以自动智能切换，在行驶状态下，可以实时监测驱动电流的状态，当驱动电流持续增加且超过一定阈值时，行驶受阻，会自动切换至飞行模式，系统飞行越过障碍物后降落，再次切换至行驶模式继续前行。

如图8所示，本两栖用多旋翼无人机的工作流程，包括以下步骤：

S1、两栖用多旋翼无人机进入工作区域，系统上电，开始自检；

S2、自检完成后，确定通信是否正常，卫星是否成功定位；

S3、待通信正常和卫星定位成功后，根据任务规划航线，并上传；

S4、系统自动沿航线行驶，行驶过程中实时侦察，实时监测驱动电流A1；

S5、当监测的驱动电流A1＜A0时，两栖用多旋翼无人机继续沿航迹行驶；

S6、当监测的驱动电流A1＞A0时，两栖用多旋翼无人机行驶受到了阻碍，后退行驶一定距离s1；

S7、驱动调位电机41自动调整滑杆48至位置a1后，解除螺旋桨29的约束，驱动折叠电机32，自动控制机臂展开，切换至飞行状态；

S8、自动启飞，飞行至预定高度后，沿航迹飞行一定距离s2；

S9、自动降落，驱动折叠电机32，自动折叠机臂，切换至行驶状态，驱动调位电机41，自动调整滑杆48至初始位置，限制螺旋桨29的位置，避免行驶过程中螺旋桨29与地面解除发生损坏；

S10、根据任务，确定是否进行长时间飞行；

S11、若无需进行长时间飞行，继续沿航线行驶至目标区域；

S12、吊舱自动对目标进行识别，人员确定目标后自动跟踪目标；

S13、若确需长时间飞行，驱动分离电机58，带动限位转盘52旋转一定角度θ1，解除行驶与飞行分离装置5的限制；

S14、驱动调位电机41自动调整滑杆48至位置a1后，解除螺旋桨29的约束，驱动折叠电机32，自动控制机臂展开，切换至飞行状态；

S15、自主起飞，车机完成分离，飞行至预定高度后，沿航线飞行至目标区域上空悬停；

S16、吊舱自动对目标进行识别，人员确定目标后自动跟踪目标。

本发明的优势：

1、两栖用多旋翼无人机智能化程度高，在行驶模式和飞行模式间可以自动切换，两栖用多旋翼无人机设置有行驶与飞行分离装置5，在飞行状态下，行驶装置1可看作是无效重量，会影响飞行时间，可根据工作需求，自动控制行驶装置1和飞行装置2分离。

2、两栖用多旋翼无人机设置有机臂展开与折叠装置3，在切换至飞行状态下可自动控制机臂展开，在切换至行驶状态下可自动控制机臂折叠，最大限度减小外形尺寸，通过狭窄空间时，不会受机臂和螺旋桨尺寸的限制，提高系统的穿梭能力。

3、两栖用多旋翼无人机设置有桨叶调位装置4，在切换至行驶状态下，机臂处于折叠状态，螺旋桨由于重力作用会竖直向下，行驶时可能会与地面发生接触，造成螺旋桨的损坏，通过桨叶调位装置4可以约束螺旋桨的位置，切换至飞行状态下，可以自动接触螺旋桨的位置约束。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种两栖用多旋翼无人机，其特征在于：包括行驶装置(1)、飞行装置(2)、行驶与飞行分离装置(5)、机臂展开与折叠装置(3)、桨叶调位装置(4)，所述行驶与飞行分离装置(5)、桨叶调位装置(4)均安装至行驶装置(1)上方，所述飞行装置(2)通过行驶与飞行分离装置(5)安装至行驶装置(1)上方，所述飞行装置(2)底部中轴处安装有机臂展开与折叠装置(3)；

所述行驶装置(1)包括无人车本体(11)和履带(12)，所述无人车本体(11)两侧分别安装有履带(12)，所述无人车本体(11)顶部设有若干凸台，所述凸台用于配合安装飞行装置(2)、桨叶调位装置(4)；

所述飞行装置(2)包括机体主体(21)、若干连接柱(22)、若干一号机臂连接件(23)、若干二号机臂连接件(24)、若干三号机臂连接件(25)、飞控、机臂本体(26)、一号电机(27)、桨毂(28)和螺旋桨(29)，所述机体主体(21)内部安装飞控，所述机体主体(21)底部周向均布4个连接柱(22)，每个所述连接柱(22)底部均与无人车本体(11)上的凸台配合使用，每个所述连接柱(22)一侧分别开设有凹槽，所述连接柱(22)的凹槽与行驶与飞行分离装置(5)配合使用，所述机体主体(21)两侧分别对称安装一个一号机臂连接件(23)，每个一号机臂连接件(23)的另一端分别通过二号机臂连接件(24)连接至三号机臂连接件(25)一端，所述三号机臂连接件(25)两端分别与一个机臂本体(26)连接，每个机臂本体(26)远离三号机臂连接件(25)的一端均安装一个一号电机(27)，所述一号电机(27)输出轴通过桨毂(28)连接2个螺旋桨(29)，所述机体主体(21)底部中轴处安装机臂展开与折叠装置(3)，所述机臂展开与折叠装置(3)与二号机臂连接件(24)活动连接；

所述行驶与飞行分离装置(5)包括蜗轮轴承、方位蜗轮(51)、限位转盘(52)、方位蜗杆(53)、蜗杆安装板(54)、蜗杆轴承、轴承外挡圈(55)、二号电机安装板(56)、一号联轴器(57)和分离电机(58)，所述无人车本体(11)上开设有用于放置蜗轮轴承的安装孔，所述蜗轮轴承与方位蜗轮(51)下端过盈配合，所述方位蜗轮(51)上端安装限位转盘(52)中部，所述限位转盘(52)外侧与连接柱(22)上的凹槽配合安装，所述方位蜗轮(51)一侧与方位蜗杆(53)一端连接，所述方位蜗杆(53)一端外部套设蜗杆安装板(54)，且所述方位蜗杆(53)一端通过蜗杆轴承安装至轴承外挡圈(55)，所述轴承外挡圈(55)安装至蜗杆安装板(54)两侧，所述方位蜗杆(53)另一端通过一号联轴器(57)连接至分离电机(58)的输出轴，所述分离电机(58)通过二号电机安装板(56)安装至无人车本体(11)；

所述桨叶调位装置(4)包括调位电机(41)、三号电机安装板(42)、三号联轴器(43)、二号固定端(44)、调位丝杠(45)、二号滚珠丝杠螺母(46)、二号支撑侧(47)、滑杆(48)和滑块(49)，所述调位电机(41)通过三号电机安装板(42)安装至无人车本体(11)，所述调位电机(41)的输出轴通过三号联轴器(43)连接至调位丝杠(45)的一端，所述调位丝杠(45)的两端分别通过二号固定端(44)、二号支撑侧(47)安装至无人车本体(11)，所述调位丝杠(45)的二号滚珠丝杠螺母(46)上端分别活动连接2个滑杆(48)，2个滑杆(48)对称设置，每个滑杆(48)远离二号滚珠丝杠螺母(46)一端分别滑动套接一个滑块(49)，所述滑块(49)底部与无人车本体(11)的凸台配合安装。

2.根据权利要求1所述的一种两栖用多旋翼无人机，其特征在于：所述机臂展开与折叠装置(3)包括支撑板(31)、折叠电机(32)、二号联轴器(33)、左旋丝杠(34)、右旋丝杠(35)、一号固定端(36)、一号滚珠丝杠螺母(37)、一号支撑侧(38)、丝杠支板(39)和连接杆(310)，所述折叠电机(32)两端均通过一个支撑板(31)安装至机体主体(21)下方，所述折叠电机(32)两端的输出轴分别依次穿过支撑板(31)、二号联轴器(33)后连接至左旋丝杠(34)、右旋丝杠(35)，所述左旋丝杠(34)、右旋丝杠(35)一端均通过支撑板(31)安装至机体主体(21)下方，所述左旋丝杠(34)、右旋丝杠(35)一端还分别安装一号固定端(36)，所述一号固定端(36)与位于左旋丝杠(34)或右旋丝杠(35)上的支撑板(31)一侧连接，所述左旋丝杠(34)、右旋丝杠(35)另一端分别通过一号支撑侧(38)安装至丝杠支板(39)，所述丝杠支板(39)顶部安装至一号机臂连接件(23)，所述一号机臂连接件(23)上开设有长通孔，所述长通孔内活动安装连接杆(310)，所述左旋丝杠(34)、右旋丝杠(35)各自的一号滚珠丝杠螺母(37)上分别套接一个螺母连接座，所述连接杆(310)的两端分别活动安装至螺母连接座、二号机臂连接件(24)。