CN116923013A - 一种灵巧陆空两栖飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明一种灵巧陆空两栖飞行器，属于陆空两栖飞行器领域；包括机体、4个旋翼机臂、控制系统、中空轴无刷电机、径向磁环、磁传感器，4个旋翼机臂对称安装于机体两侧，每个旋翼机臂通过1个中空轴无刷电机与机体连接，中空轴无刷电机与控制系统电连接；每个中空轴无刷电机内安装1个径向磁环，对应每个径向磁环安装1个磁传感器；旋翼机臂的水平环和竖直环垂直交叉并固定连，竖直环的外圈套装有橡胶轮胎；导电滑环套连接水平环和电机转子，其内安装导电滑环，导电滑环固定端连接控制系统，其滑动端连接旋翼电机。控制系统控制中空轴无刷电机带动旋翼机臂绕轴转动，控制旋翼电机带动桨叶旋转，实现飞行器空中飞行与地面行走。

Description

一种灵巧陆空两栖飞行器

技术领域

本发明属于陆空两栖飞行器技术领域，具体涉及一种在空中可以在任意俯仰角悬停及运动，且在陆地上可以轮式行进的两栖飞行器。

背景技术

现有能够实现空中飞行和陆地行进功能的飞行器主要以下几类：

1.无人机与车辆简单结合，在空中使用无人机的飞行功能，在地面使用车辆的行走功能，该种方案往往整机重量较大，效率较低，空中续航时间短；

2.通过传动装置，连接无人机旋翼电机与行走机构，实现在地面的行走，该种方案传动装置往往较为复杂，重量较大；

3.加装无动力轮，通过螺旋桨的推力驱动飞行器实现地面行走功能，该种方案在地面行进时驱动效率较低。

多旋翼无人机能够跨越湖泊、高山等地面障碍物，可以快速飞行，特别适合在近地面环境(如室内、城区和丛林等)中执行摄影、测绘、电力巡检等任务，具有广泛的应用前景。但其也有很多不足：一是常规多旋翼无人机飞行时需要时刻克服自身重量，能耗高，续航时间有限；二是常规多旋翼无人机的姿态特征和位置特征是相互耦合的，若想改变其水平位置，必须通过改变其姿态，以便产生水平方向的驱动分力，趋使无人机产生水平方向的加速度，进而产生速度和位移，因此其飞行包线不包含所有的姿态，使用范围受到一定限制。分析多旋翼无人机应用场景可以发现，无人机往往需要加装云台来改变云台俯仰方向的角度来满足载具的姿态要求，滚转方向往往需要保持水平，比如执行摄影、测绘等任务的无人机。根据搭载装置的重量及任务类型，需要选取合适的云台电机，有时装置需要很大的力矩才能保证云台的正常工作，就需要选用很大的云台电机，这无形中增加了整机的重量，降低了飞机的续航时间。云台系统作为机载设备，也是需要控制其姿态的，然而云台姿态和无人机姿态又是相互耦合的，这又增加了飞行控制器的任务量和控制器的设计难度。

另一方面，智能遥控车辆是各高校和相关企业研究的重点，其具有操作简单，能耗低，行使稳定等特点。然而车辆在越障能力和灵活性等方面远不如无人机。尤其在地形复杂的环境下，智能遥控车辆难以行驶，且其只能在支撑面上作业，比无人机少了一个移动维度。

基于以上所述，如何将多旋翼无人机与智能遥控汽车相结合，集成各自的优点，解决现有3类两栖飞行器存在的传动机构复杂、整机重量大、空中续航时间短、效率较低的问题，并避免常规多旋翼无人机的上述缺陷，是本发明要研究内容。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种灵巧陆空两栖飞行器，通过四个独立控制的中空轴无刷电机连接四个旋翼机臂，实现旋翼机臂绕中空轴无刷电机的轴线转动，四个旋翼机臂内均设有旋翼电机用于驱动桨叶旋转，旋翼机臂设有用于地面行走的竖直环和橡胶轮胎，使该飞行器不但能够实现在空中时，可在任意俯仰角悬停及运动，以翻越障碍或快速空中飞行，而且在陆地上可以轮式行进，降低能量消耗和噪音。

本发明通过机构复用，用简单的机构实现在空中飞行与地面行走时不需要进行机构切换，能够快速合理变换行驶状态，适应复杂环境。解决了现有两栖飞行器存在的重量大、效率低、续航短、结构复杂的缺陷；避免了常规多旋翼无人机飞行包线不包含所有的俯仰方向姿态带来的使用范围受限问题，以及通过加装云台来满足载具俯仰方向姿态要求带来的重量增加和控制系统任务量大、设计复杂的缺陷。

本发明的技术方案是：一种灵巧陆空两栖飞行器，包括机体2、4个旋翼机臂、控制系统、中空轴无刷电机5、径向磁环4、磁传感器3，所述控制系统安装于机体2内，4个所述旋翼机臂对称安装于机体2两侧并位于同一平面内，所述每个旋翼机臂通过1个中空轴无刷电机5与机体2侧壁转动连接；

所述中空轴无刷电机5的转子51与旋翼机臂固连，其底座52与机体2侧壁固连，中空轴无刷电机5与控制系统电连接；

所述每个中空轴无刷电机5的中空转子轴53内靠近机体2一端安装1个径向磁环4，每个径向磁环4对应一个磁传感器3；所述磁传感器3固定于机体2侧壁内表面，与中空轴无刷电机5同轴，并通过导线与控制系统电连接；磁传感器3用于检测转子51的角度信息并传递给控制系统；

所述旋翼机臂包括导电滑环6、导电滑环套7、水平环8、竖直环9、桨叶10和旋翼电机11；所述水平环8和竖直环9垂直交叉并固定连接；所述旋翼电机11安装于水平环8中心位置，旋翼电机11的输出轴安装有桨叶10；所述导电滑环套7一端固连水平环8的侧壁，另一端与中空轴无刷电机5的转子51固连；所述导电滑环6同轴安装于导电滑环套7内，其固定端62通过导线32与控制系统电连接，其滑动端61通过导线31与旋翼电机11连接，为旋翼电机11供电；

通过控制系统控制中空轴无刷电机5带动旋翼机臂绕中空轴无刷电机5的轴线转动，控制系统控制旋翼电机11带动桨叶10旋转，实现飞行器的空中飞行与地面行走。

本发明的进一步技术方案是：所述竖直环9与导电滑环套7、中空轴无刷电机5共轴线，竖直环9的外圈套装有橡胶轮胎12，用于地面行驶。

本发明的进一步技术方案是：所述机体2侧壁设有与中空轴无刷电机5的中空转子轴53相对应的通孔，通孔周向第一圆周均布4个安装孔，与中空轴无刷电机5底座52的螺纹孔相匹配，用于安装螺栓22固定底座52；通孔周向第二圆周位于机体2侧壁的内侧均布有3个凸台，凸台中心设有螺纹通孔，用于安装螺栓21固定磁传感器3。

本发明的进一步技术方案是：所述导电滑环6固定端62的连接导线32依次穿过中空轴无刷电机5的中空转子轴53、径向磁环4、机体2的侧壁，从径向磁环4和磁传感器3之间的间隙引出与机体2内部的控制系统电连接；所述导电滑环6的滑动端61与导电滑环套7固定连接，随导电滑环套7转动，用于避免滑动端61与旋翼电机11连接的导线31出现打结或扭断。

本发明的进一步技术方案是：所述水平环8沿径向均布有多条加强筋81，水平环的中心位置设有安装座82；所述旋翼电机11的底座通过螺栓25与安装座82固定连接；所述水平环8、旋翼电机11、桨叶10共轴线；水平环8的侧壁设有连接盘83，通过螺栓24、螺母26将连接盘83与导电滑环套7固定连接。

本发明的进一步技术方案是：所述控制系统包括无刷电机驱动板、电子调速器、飞行控制器和电池，所述无刷电机驱动板、电子调速器均与飞行控制器和电池电连接，无刷电机驱动板、电子调速器受飞行控制器控制。

本发明的进一步技术方案是：所述中空轴无刷电机5与无刷电机驱动板电连接；所述导电滑环6的固定端62通过导线32与电子调速器连接；所述磁传感器3与无刷电机驱动板电连接并向其传递检测到的角度信息，最终将角度信息传递至飞行控制器。

有益效果

本发明的有益效果在于：本发明所述一种灵巧陆空两栖飞行器，抛弃了构造复杂且机构较重的传统两栖飞行器结构，采用四个旋翼布局，通过安装4个中空轴无刷电机、4个旋翼电机，能够独立控制4个矢量推力单元的推力大小和方向，解除了常规多旋翼无人机的俯仰姿态特征和位置特征的相互耦合，使飞行器能够实现在空中时俯仰方向可全角度悬停及运动；通过机构复用，又把旋翼机臂作为地面驱动轮，通过控制中空轴无刷电机转动，带动整个旋翼机臂转动，驱动飞行器在地面行进。

常规的多旋翼无人机所有动力单元的旋翼电机固定布置，其只能产生固定方向的推力，这样的结构设计使得其只能分别控制1个维度的推力和3个维度的力矩，只能够独立跟踪控制4个特征量，分别为1个偏航角和3个位置量。本发明通过安装于机体的4个中空轴无刷电机，能够分别带动4个旋翼机臂，构成4个矢量推力单元。当在空中飞行时，本发明通过飞行控制器独立控制转动4个中空轴无刷电机和4个旋翼电机，使各推力单元产生不同方向和大小的作用力，能够分别独立控制机身前后方向和垂直机身方向2个维度的推力，以及3个维度的力矩，进而能独立跟踪控制5个特征量，分别为飞行器的俯仰角和偏航角，以及飞行器在空间3维各方向上的位移，这样就能够实现飞行器在空中时可在任意俯仰角悬停，且水平运动时能够保持俯仰角不变。本发明与常规的多旋翼无人机相比，在空中多出1个俯仰角独立控制量，有更强的姿态保持能力，灵活性更好，使用场景更广。

当本发明所述飞行器在地面行驶时，通过安装于机体的4个中空轴无刷电机，能够分别带动各个旋翼机臂，作为独立控制的4个驱动轮。通过组合控制4个中空轴无刷电机转子的转速大小和转动方向，即可实现前进、原地转向、曲线行驶及后退等动作。在地面有较为灵活的机动特性，在有复杂障碍物的地面环境中，有较强的绕行能力。

本发明采用水平环、竖直环双环交叉型结构的旋翼机臂，将桨叶自然地安装在双环中的环腔内，这种旋翼在内而双环在外的布局方式，不仅保证了竖直环的正常滚动行进功能，而且双环又能作为桨叶的外部保护结构，这样就避免复杂的地面环境对桨叶产生的可能伤害。采用的双环交叉型轮体结构，实现了轮径大、质量轻的目的，使该飞行器具有良好的翻越障碍的能力。同时橡胶轮胎和竖直环都自带一定的弹性，起到了飞行器起落架的减震效果，尤为适用于在复杂环境下反复起降。

本发明通过使用导电滑环连接旋翼电机，实现旋翼电机能够跟随旋翼机臂一起旋转，且连接旋翼电机的导线不会出现打结或扭断。

附图说明

图1为本发明的立体结构及局部分解示意图；

图2为单个旋翼机臂结构局部剖视示意图；

图3为单个旋翼机臂结构整体剖视示意图；

图4为本发明的俯视图；

图5为本发明的左视图；

图6为本发明的正视图；

图7为水平环8的结构示意图；

图8为水平环8的左视图；

图9为水平环8的俯视图。

附图标记说明：1.机体顶板 2.机体 3.磁传感器 4.径向磁环 5.中空轴无刷电机51.转子 52.底座 53.中空转子轴 6.导电滑环 61.滑动端 62.固定端 7.导电滑环套 8.水平环 81.加强筋 82.安装座 83.连接盘 9.竖直环 10.桨叶 11.旋翼电机

12.橡胶轮胎 21.螺栓 22.螺栓 23.螺栓 24.螺栓 25.螺栓 26.螺母 31.导线32.

导线。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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。

本发明的整体技术方案：本发明所述灵巧陆空两栖飞行器整体采用四个旋翼布局，每个旋翼机臂通过一个可连续旋转的中空轴无刷电机5与机体2相连，构成空中矢量推力单元，四个矢量推力单元相互配合可以实现飞行器在空中时俯仰方向可全角度悬停及运动。该机构可以复用，当在地面时，中空轴无刷电机5作为动力源，带动整个旋翼机臂转动，驱动飞行器在地面行进。

参阅图1，本发明所述一种灵巧陆空两栖飞行器，包括机体2、旋翼机臂、中空轴无刷电机5、径向磁环4、磁传感器3、控制系统；

参阅图1，所述机体2为中空壳体，顶部开口，控制系统安装于机体2内，机体2顶部设有机体顶板1用于盖合机体2，机体顶板1与机体2通过紧固件连接；控制系统包括：无刷电机驱动板、电子调速器、飞行控制器和电池，无刷电机驱动板、电子调速器均与飞行控制器和电池电连接，无刷电机驱动板、电子调速器均受飞行控制器控制。4个所述旋翼机臂对称安装于机体2两侧并位于同一平面内，每个旋翼机臂通过1个中空轴无刷电机5与机体2侧壁转动连接，且4个中空轴无刷电机5的轴线相互平行，并与机体2侧壁垂直。具体的：中空轴无刷电机5的转子51与旋翼机臂的安装端固连，中空轴无刷电机5的底座52与机体2的侧壁固连，中空轴无刷电机5与无刷电机驱动板电连接；在中空轴无刷电机5的驱动下，每个旋翼机臂可分别绕各自的中空轴无刷电机5的转子轴连续任意角度旋转。

参阅图2、图3，所述旋翼机臂包括导电滑环6、导电滑环套7、水平环8、竖直环9、桨叶10、旋翼电机11和橡胶轮胎12；旋翼机臂的主体框架由水平环8和竖直环9垂直交叉并固定连接组成，形成一个整体，旋翼电机11和桨叶10安装于水平环8、竖直环9形成的双环交叉型结构内部，水平环8既作为旋翼电机11的支撑机臂，又作为桨叶10的保护圈，竖直环9既作为行走轮，又作为桨叶10的保护圈，竖直环9的外圈套装有橡胶轮胎12，以增大与地面的摩擦力，用于地面行驶，竖直环9与导电滑环套7、中空轴无刷电机5共轴线。整个旋翼机臂通过导电滑环套7与中空轴无刷电机5的转子51连接，具体的：水平环8的侧壁设有连接盘83，通过螺栓24、螺母26将连接盘83与导电滑环套7的一端固定连接，导电滑环套7的另一端与中空轴无刷电机5的转子51固连，导电滑环套7设有轴向通孔，导电滑环6安装于导电滑环套7的轴向通孔内。导电滑环6的固定端62通过导线32与电子调速器连接，导电滑环6的滑动端61通过导线31与旋翼电机11连接，为旋翼电机11供电。进一步的：所述水平环8沿径向均布有多条加强筋81，水平环的中心位置设有安装座82，旋翼电机11的底座通过螺栓25与安装座82固定连接，旋翼电机11的输出轴安装有桨叶10，水平环8、旋翼电机11、桨叶10共轴线，工作时，旋翼电机11转动带动桨叶10，产生推力，作为飞行器在空中时的动力。

参阅图1-3，每个中空轴无刷电机5的中空转子轴53内安装1个径向磁环4，每个径向滑环4匹配安装1个磁传感器3，具体的：所述径向磁环4固定于中空轴无刷电机5的中空转子轴53内靠近机体2一端，中空转子轴53与转子51固定连接，随转子51转动；磁传感器3固定于机体2侧壁内表面，并通过导线连接无刷电机驱动板，磁传感器3与中空轴无刷电机5同轴，径向磁环4的N/S磁极径向分布，其磁场分布作为磁传感器3的输入量，磁传感器3感应径向磁环4的磁场分布，从而检测中空轴无刷电机5转子51的角度信息，并将信息传递给无刷电机驱动板，参与中空轴无刷电机5闭环控制，最终将角度信息传递至飞行控制器，参与飞行控制和行走控制计算。

参阅图1、图2，所述机体2侧壁设有与中空轴无刷电机5的中空转子轴53相对应的通孔，通孔周向第一圆周均布4个安装孔，与中空轴无刷电机5底座52的螺纹孔相匹配，用于安装螺栓22固定底座52；通孔周向第二圆周位于机体2侧壁的内侧均布有3个凸台，凸台中心设有螺纹通孔，用于安装螺栓21固定磁传感器3。

参阅图2、图3，所述导电滑环6固定端62的连接导线32依次穿过中空轴无刷电机5的中空转子轴53、径向磁环4、机体2的侧壁，从径向磁环4和磁传感器3之间的间隙引出与机体2内部的电子调速器连接；导电滑环6滑动端61的连接导线31从导电滑环套7与水平环8的连接处穿出，与旋翼电机11连接，同时参阅图7，水平环8的连接盘83端面设有径向槽，用于引出导线31，使导线31避开桨叶10，以免桨叶10旋转过程中触碰到导线31；导电滑环6的滑动端61与导电滑环套7固定连接，随导电滑环套7转动，这样保证了旋翼机臂在连续旋转时，旋翼电机11的动力导线31也可跟随连续旋转，避免了导线31过度旋转，不会出现导线31打结和扭断。

飞行控制器通过无刷电机驱动板控制中空轴无刷电机5转动，从而带动整个旋翼机臂绕中空轴无刷电机5的轴线转动，飞行控制器通过电子调速器控制旋翼电机11带动桨叶10旋转，共同实现飞行器的空中飞行与地面行走。为了能更加清楚的展示本发明的结构，图4为本发明的俯视图，图5为本发明的左视图，图6为本发明的正视图，图7为水平环8的结构示意图，图8为水平环8的左视图，图9为水平环8的俯视图。参阅图1，图6，为了更好的实现减重效果，机体2的前端、机体2的内部隔挡板均设有减重孔。

当本发明所述飞行器在空中飞行时，通过磁传感器3检测中空轴无刷电机5转子的角度信息，该角度信息传入无刷电机驱动板，参与中空轴无刷电机闭环控制，再传入飞行控制器，计算出桨叶10产生的推力方向，参与飞行控制计算。飞行控制器给出控制信号到无刷电机驱动板，分别独立驱动4个中空轴无刷电机5的转子按照预定指令转动，分别带动各个旋翼机臂按照预定指令旋转，使推力方向到达预定值。飞行控制器给出控制信号到电子调速器，分别独立驱动4个旋翼电机11按照预定转速转动，产生预定大小的推力。飞行控制器经过计算给出合理的控制信号，使4个矢量推力单元产生预定大小和方向的推力，4个推力相互配合，就可以实现飞行器在空中的飞行动作。而且由于该飞行器的4个矢量推力单元能产生可变方向的推力，就使其能够分别独立控制机身前后方向和垂直机身方向2个维度的推力，以及3个维度的力矩，进而能独立跟踪控制5个特征量，分别为飞行器的俯仰角和偏航角，以及飞行器在空间3维各方向上的位移，这样就能够实现飞行器在空中时可在任意俯仰角悬停，且水平运动时能够保持俯仰角不变。

本发明的旋翼机臂可以复用，当在地面行驶时，通过磁传感器3检测中空轴无刷电机5转子的角度信息，该角度信息传入无刷电机驱动板，参与中空轴无刷电机闭环控制，再传入飞行控制器，计算出轮胎12的转速大小和转动方向，参与行走控制计算。飞行控制器给出控制信号到电子调速器，控制4个旋翼电机11停止转动，以节省电能和降低噪音。飞行控制器给出控制信号到无刷电机驱动板，分别独立驱动4个中空轴无刷电机5的转子按照预定指令转动，分别带动各个旋翼机臂，带动轮胎按照预定指令转动，驱动飞行器在地面行进。通过控制中空轴无刷电机5的转子转动，可改变其转速大小和转动方向，当4个中空轴无刷电机5转子的转速大小和转动方向相同时，本发明可实现直行行进；适当地组合控制4个中空轴无刷电机5转子的转速大小和转动方向，本发明可实现原地转向、曲线行驶及后退等动作。

实施例1：

参阅图1-3，本发明所述灵巧陆空两栖飞行器，其包括4个旋翼机臂，每个旋翼机臂由导电滑环套7、水平环8、竖直环9、桨叶10、旋翼电机11和轮胎12构成，每个旋翼机臂通过一个可连续旋转的中空轴无刷电机5与机体2相连，构成矢量推力单元。4个旋翼机臂对称布置在机身2两侧，且4个中空轴无刷电机5的轴线相互平行。

参阅图1，中空轴无刷电机5的中空转子轴53靠近机体2的一端固定有径向磁环4，该磁环N/S磁极径向分布，其磁场分布作为磁传感器3的输入量。磁传感器3与中空轴无刷电机5同轴安装固定在机身上，磁传感器3检测中空轴无刷电机5转子的角度信息，该角度信息传入无刷电机驱动板，参与中空轴无刷电机闭环控制，再传入飞行控制器，既用来指示各矢量推力单元的推力方向，参与飞行控制计算，又用来指示各轮胎的转速大小和转动方向，参与行走控制计算。

参阅图1-3，旋翼机臂采用双环交叉型结构，竖直环9与水平环8垂直相交，固连在一起，竖直环9外围包裹有橡胶轮胎12，以增大与地面的摩擦力。水平环8既作为旋翼电机的支撑机臂，又作为桨叶的保护圈，竖直环9既作为行走轮，又作为桨叶的保护圈。水平环8与导电滑环套7通过螺栓24和螺母26固定连接，导电滑环套7另一端面与中空轴无刷电机5的转子通过螺栓23固定连接，中空轴无刷电机5的底座通过螺栓22连接在机体2的侧面。

参阅图1-3，旋翼电机11的底座有螺纹孔，通过螺栓25安装在水平环8的中心，旋翼电机11的转子上安装有桨叶10，旋翼电机11的转子转动带动桨叶10转动，产生推力，作为飞行器在空中时的动力。导电滑环滑动端61和导电滑环固定端62组成导电滑环6，导电滑环6安装在导电滑环套7的空腔中。旋翼电机11的动力导线31穿过导电滑环套7与导电滑环滑动端61的引出导线相连接，导电滑环固定端62引出的导线32穿过中空轴无刷电机5的中空转子轴53和径向磁环4的中心轴孔，穿过径向磁环4和磁传感器3之间的间隙连接在机体2内部的电子调速器上，电子调速器连接飞行控制器和电池，为旋翼电机11提供电力。当在旋翼机臂连续旋转时，导电滑环滑动端61与导电滑环套7一起旋转，由于导电滑环滑动端61引出的导线可绕导电滑环固定端62连续旋转而不打结，不断裂，可不间断提供电力的特性，避免了旋翼电机11的动力导线31过度旋转，所以不会打结和扭断。

当本发明在空中飞行时，通过磁传感器3检测中空轴无刷电机5转子的角度信息，该角度信息传入无刷电机驱动板，参与中空轴无刷电机闭环控制，再传入飞行控制器，计算出桨叶10产生的推力方向，参与飞行控制计算。飞行控制器给出控制信号到无刷电机驱动板，分别独立驱动4个中空轴无刷电机5的转子按照预定指令转动，分别带动各个旋翼机臂按照预定指令旋转，使推力方向到达预定值。飞行控制器给出控制信号到电子调速器，分别独立驱动4个旋翼电机11按照预定转速转动，产生预定大小的推力。飞行控制器经过计算给出合理的控制信号，使4个矢量推力单元产生预定大小和方向的推力，4个推力相互配合，就可以实现飞行器在空中的飞行动作。而且由于该飞行器的4个矢量推力单元能产生可变方向的推力，就使其能够分别独立控制机身前后方向和垂直机身方向2个维度的推力，以及3个维度的力矩，进而能独立跟踪控制5个特征量，分别为飞行器的俯仰角和偏航角，以及飞行器在空间3维各方向上的位移，这样就能够实现飞行器在空中时可在任意俯仰角悬停，且水平运动时能够保持俯仰角不变。

本发明的旋翼机臂可以复用，当在地面行驶时，通过磁传感器3检测中空轴无刷电机5转子的角度信息，该角度信息传入无刷电机驱动板，参与中空轴无刷电机闭环控制，再传入飞行控制器，计算出轮胎的转速大小和转动方向，参与行走控制计算。飞行控制器给出控制信号到电子调速器，控制4个旋翼电机11停止转动，以节省电能和降低噪音。飞行控制器给出控制信号到无刷电机驱动板，分别独立驱动4个中空轴无刷电机5的转子按照预定指令转动，分别带动各个旋翼机臂，带动轮胎按照预定指令转动，驱动飞行器在地面行进。通过控制中空轴无刷电机5的转子转动，可改变其转速大小和转动方向，当4个中空轴无刷电机5转子的转速大小和转动方向相同时，本发明可实现直行行进；适当地组合控制4个中空轴无刷电机5转子的转速大小和转动方向，本发明可实现原地转向、曲线行驶及后退等动作。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种灵巧陆空两栖飞行器，包括机体(2)、4个旋翼机臂、控制系统，所述控制系统安装于机体(2)内，4个所述旋翼机臂对称安装于机体(2)两侧并位于同一平面内，其特征在于：还包括中空轴无刷电机(5)、径向磁环(4)、磁传感器(3)、导电滑环(6)、导电滑环套(7)、竖直环(9)；

所述每个旋翼机臂通过1个中空轴无刷电机(5)与机体(2)侧壁转动连接；

所述中空轴无刷电机(5)的转子(51)与旋翼机臂固连，其底座(52)与机体(2)侧壁固连，中空轴无刷电机(5)与控制系统电连接；

所述每个中空轴无刷电机(5)的中空转子轴(53)内靠近机体(2)一端安装1个径向磁环(4)，每个径向磁环(4)对应一个磁传感器(3)；所述磁传感器(3)固定于机体(2)侧壁内表面，与中空轴无刷电机(5)同轴，并通过导线与控制系统电连接；磁传感器(3)用于检测转子(51)的角度信息并传递给控制系统；

所述旋翼机臂包括导电滑环(6)、导电滑环套(7)、水平环(8)、竖直环(9)、桨叶(10)和旋翼电机(11)；所述水平环(8)和竖直环(9)垂直交叉并固定连接；所述旋翼电机(11)安装于水平环(8)中心位置，旋翼电机(11)的输出轴安装有桨叶(10)；所述导电滑环套(7)一端固连水平环(8)的侧壁，另一端与中空轴无刷电机(5)的转子(51)固连；所述导电滑环(6)同轴安装于导电滑环套(7)内，其固定端(62)通过导线(32)与控制系统电连接，其滑动端(61)通过导线(31)与旋翼电机(11)连接，为旋翼电机(11)供电；

通过控制系统控制中空轴无刷电机(5)带动旋翼机臂绕中空轴无刷电机(5)的轴线转动，控制系统控制旋翼电机(11)带动桨叶(10)旋转，实现飞行器的空中飞行与地面行走。

2.根据权利要求1所述灵巧陆空两栖飞行器，其特征在于：所述竖直环(9)与导电滑环套(7)、中空轴无刷电机(5)共轴线，竖直环(9)的外圈套装有橡胶轮胎(12)，用于地面行驶。

3.根据权利要求1所述灵巧陆空两栖飞行器，其特征在于：所述机体(2)侧壁设有与中空轴无刷电机(5)的中空转子轴(53)相对应的通孔，通孔周向第一圆周均布4个安装孔，与中空轴无刷电机(5)底座(52)的螺纹孔相匹配，用于安装螺栓(22)固定底座(52)；通孔周向第二圆周位于机体(2)侧壁的内侧均布有3个凸台，凸台中心设有螺纹通孔，用于安装螺栓(21)固定磁传感器(3)。

4.根据权利要求3所述灵巧陆空两栖飞行器，其特征在于：所述导电滑环(6)固定端(62)的连接导线(32)依次穿过中空轴无刷电机(5)的中空转子轴(53)、径向磁环(4)、机体(2)的侧壁，从径向磁环(4)和磁传感器(3)之间的间隙引出与机体(2)内部的控制系统电连接；所述导电滑环(6)的滑动端(61)与导电滑环套(7)固定，随导电滑环套(7)转动，用于避免滑动端(61)与旋翼电机(11)连接的导线(31)出现打结或扭断。

5.根据权利要求1所述灵巧陆空两栖飞行器，其特征在于：所述水平环(8)沿径向均布有多条加强筋(81)，水平环的中心位置设有安装座(82)；所述旋翼电机(11)的底座通过螺栓(25)与安装座(82)固定连接；所述水平环(8)、旋翼电机(11)、桨叶(10)共轴线；水平环(8)的侧壁设有连接盘(83)，通过螺栓(24)、螺母(26)将连接盘(83)与导电滑环套(7)固定连接。

6.根据权利要求1所述灵巧陆空两栖飞行器，其特征在于：所述控制系统包括无刷电机驱动板、电子调速器、飞行控制器和电池，所述无刷电机驱动板、电子调速器均与飞行控制器和电池电连接，无刷电机驱动板、电子调速器受飞行控制器控制。

7.根据权利要求6所述灵巧陆空两栖飞行器，其特征在于：所述中空轴无刷电机(5)与无刷电机驱动板电连接；所述导电滑环(6)的固定端(62)通过导线(32)与电子调速器连接；所述磁传感器(3)与无刷电机驱动板电连接并向其传递检测到的角度信息，最终将角度信息传递至飞行控制器。