CN205396543U - 一种两栖四旋翼航行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种两栖四旋翼航行器，包括空中动力系统，浮力系统，水下动力系统，搭载平台和控制系统，按照本实用新型，将四旋翼臂与海洋航行器结合起来，并加以水下动力装置，便形成了一个可长期在水面待命，具有高机动性的两栖平台，同时提高了水面信息采集的效率与灵活性，降低了成本。

Description

一种两栖四旋翼航行器

技术领域

本实用新型属于海洋浮标、海洋航行器及飞行器领域，更具体地，涉及一种两栖四旋翼航行器。

背景技术

众所周知，海面上有众多数据需要人们采集，而目前常见的方法无非用水面舰艇和海洋浮标两种。

水面舰艇续航能力强，适合在远海搭载大型设备执行任务，但由于船舶本身高度的限制以及地球表面曲率的影响，水面舰艇的探测范围有限，而且船舶的行动受水深的限制，无法进入浅水以及岛礁区域工作，灵活性不足。

海洋浮标由于能耗较低，适合长时间执行任务，但海洋浮标往往执行的是定点定区域探测的任务，因此一般没有安装动力系统，也就没有自行机动的能力，回收较为不便，且灵活性不足，探测范围有限，无形中增加了成本。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型提供一种两栖四旋翼航行器，采用四旋翼臂与海洋航行器结合的方式，旨在解决现有技术中海洋信息探测方面水面舰艇灵活性不足，成本高昂，而海洋浮标探测距离有限，机动性不足，不可回收的技术问题。

本实用新型提供一种两栖四旋翼航行器，包括空中动力系统，浮力系统，水下动力系统，搭载平台和控制系统，其特征在于，空中动力系统包括四套动力装置，每套动力装置均包括电机、电调，螺旋桨和四旋翼臂，电机与电调设置于四旋翼臂内部，电机连接螺旋桨，螺旋桨位于四旋翼臂外部，竖直向上，四个四旋翼臂安装在所述搭载平台上，并呈对称分布；浮力系统为四个结构相同的对称锥体浮筒，分别布置在所述每个四旋翼臂末端；所述水下动力系统为一吊舱式推进器，位于所述搭载平台底部；搭载平台为成轴对称的圆筒，设置在四个四旋翼臂中间，搭载平台中间有一机舱，位于搭载平台中部与四旋翼臂等高部分，所述控制系统与空中动力系统和水下动力系统电连接，用于控制空中动力系统和水下动力系统工作。

优选地，所述机舱上有4个孔，分别用于固定四个四旋翼臂，四旋翼臂在所述机舱外侧成均匀对称分布。

优选地，所述控制系统为一基于stm32F1单片机设计的飞控板。

优选地，所述搭载平台顶部设置有一太阳能电池板。

优选地，所述圆筒为分层圆筒，层与层之间可拆卸，替换。

优选地，所述机舱最下层设置一防水舵机。

本实用新型采用四旋翼臂与海洋航行器结合的方式，提高了水面信息采集的效率与灵活性，降低了成本。

按照本实用新型，将四旋翼臂与海洋航行器结合起来，并加以水下动力装置。便形成了一个可长期在水面待命，具有高机动性的两栖平台。此外为了使其具备足够的续航能力，本实用新型在搭载平台的顶部设置了太阳能电池板，以提供电力。搭载平台的任务模块采用层叠圆筒设计，可以快速更换任务模块满足不同任务的需求。

附图说明

图1是本实施例中空中动力系统结构示意图；

图2是本实施例中浮力系统结构示意图；

图3是本实施例中水下动力系统结构示意图；

图4是本实施例中吊舱式推进器结构示意图；

图5是本实施例中搭载平台结构示意图；

图6是本实施例中两栖四旋翼航行器侧面结构示意图；

图7是本实施例中两栖四旋翼航行器顶面结构示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-冷却装置，2-滑环装置，3-转舵装置，4-安装固定装置，5-桨叶，6-前轴承、轴封，7-推进电机，8-后轴承装置。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、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仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实施例提供一种两栖四旋翼航行器包括空中动力系统，浮力系统，水下动力系统，搭载平台和控制系统。

空中动力系统包括四套动力装置，每套动力装置包括电机、电调，螺旋桨和四旋翼臂，见图1。电机与电调位于四旋翼臂内部，电机连接飞行用螺旋桨，螺旋桨位于四旋翼臂外部，竖直向上。四套动力装置按X型布置在搭载平台上。空中动力系统采用X型四旋翼飞机的原理进行设计，四个四旋翼臂内分别安装一套航模电机和航模专用螺旋桨，每个电机通过电调与机舱连接，为整个航行器提供的电源的为24V航模锂聚合物电池，电池位于机舱内部。

如图2所示，浮力系统由四个结构相同的对称锥体浮筒组成，浮筒具体形状尺寸可根据所需排水量自行确定，分别布置在4个四旋翼臂末端。

如图3，4所示，水下动力系统为一吊舱式推进器，位于搭载平台底部，外壳采用流线型设计，内部安装防水电机，驱动在水中使用的螺旋桨旋转，相比飞行用螺旋桨，水中使用的螺旋桨螺距更大，半径更小，更适合在水中这样的低转速大转矩情况下工作，与螺旋桨连接一侧的轴承需要使用轴封6，如图4所示，吊舱整体与航行器上部舱体通过滑环装置2连接，航行器上部舱体的最下一层安装有防水舵机，通过蜗轮蜗杆传动，控制与推进器吊舱相连的齿轮绕轴转动，使推进器吊舱可绕平台中心轴360°旋转，控制以及电源部分位于航行器上部舱体内，控制线，电源线通过滑环装置与推进器吊舱内电机连接，保证在旋转时不发生干涉，航行器上部舱体即为搭载平台中间的机舱。

如图5所示，搭载平台为成轴对称的圆筒，位于四旋翼臂中间，圆筒可为分层结构，层与层之间可拆卸，替换，以便根据任务需求更换任务载荷，每层内设不同接口，可搭载不同传感器实现各种信息的采集，搭载平台内部设置一机舱，该机舱位于搭载平台中部与四旋翼臂等高部分，与搭载平台形状相同，搭载平台通过螺纹连接在机舱上，见图6，机舱上对应位置有4个孔，分别固定4个四旋翼臂，四旋翼臂在机舱外侧成均匀对称分布。搭载平台，机舱，吊舱和四旋翼臂外壳均使用3D打印技术，满足流线型降低阻力的要求。此外，为使两栖四旋翼航行器具备足够的续航能力，本实施例在搭载平台的顶部设置了太阳能电池板，以提供电力。

控制系统，主控部分采用STM32F1单片机，从传感器接收数据进行处理，将所收集的环境数据进行发送或存储，具体的模块取决于所使用的任务载荷，对于本实用新型自身飞行及航行的控制部分，AHRS电路图采用GY86作为姿态传感器，采集的数据送入STM32F1单片机进行卡尔曼滤波处理，解算得实时姿态角，作为主控的STM32F1单片机将姿态角经双环PID调节输出PWM信号，通过电调控制各电机，遥控器指令的接收由接收机完成，主控单片机对其输出信号进行输入捕获，作为PID调节的输入以及舵机的控制信号。

本实用新型通过采用两种相互独立的动力系统将四旋翼臂和海洋航行器结合，在空中使用四旋翼臂的动力系统进行运动，在水面的推进由水下动力吊舱完成，而旋转可由四旋翼臂动力系统或水下动力吊舱分别完成，若需要前进中的转向，可以直接旋转水下动力吊舱，吊舱的平面可以起到舵的作用，而推力方向是随着吊舱一起旋转的，所以能够灵活转向，若需要原地回转，可以启动四旋翼的电机，通过使四个电机转速不同产生转矩，带动航行器旋转。

本实用新型将四旋翼臂与海洋航行器结合，发挥了四旋翼臂灵活稳定的特点以及航行器续航能力强的特点，提高了水面信息采集的效率，具有大活动范围，低成本的优点。其工作环境为江河湖海等各类水域，能够始终漂浮于水面待命，一旦接收到指令便起飞作业，具有很高的相应速度。在待命期间可通过太阳能发电并储存能量于蓄电池中，具有很强的续航能力。同时，该发明可通过快速换装不同的模块来完成不同任务，如海上搜救、高危作业、军事侦察、海关巡逻、水产养殖等，应用前景十分广阔。

本领域的技术人员容易理解，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种两栖四旋翼航行器，包括空中动力系统，浮力系统，水下动力系统，搭载平台和控制系统，其特征在于，空中动力系统包括四套动力装置，每套动力装置均包括电机、电调，螺旋桨和四旋翼臂，电机与电调设置于四旋翼臂内部，电机连接螺旋桨，螺旋桨位于四旋翼臂外部，竖直向上，四个四旋翼臂安装在所述搭载平台上，并呈对称分布；浮力系统为四个结构相同的对称锥体浮筒，分别布置在所述每个四旋翼臂末端；所述水下动力系统为一吊舱式推进器，位于所述搭载平台底部；搭载平台为成轴对称的圆筒，设置在四个四旋翼臂中间，搭载平台中间有一机舱，位于搭载平台中部与四旋翼臂等高部分，所述控制系统与空中动力系统和水下动力系统电连接，用于控制空中动力系统和水下动力系统工作。

2.根据权利要求1所述的两栖四旋翼航行器，其特征在于，所述机舱上有4个孔，分别用于固定四个四旋翼臂，四旋翼臂在所述机舱外侧成均匀对称分布。

3.根据权利要求1或2所述的两栖四旋翼航行器，其特征在于，所述控制系统为一基于stm32F1单片机设计的飞控板。

4.根据权利要求1或2所述的两栖四旋翼航行器，其特征在于，所述搭载平台顶部设置有一太阳能电池板。

5.根据权利要求1或2所述的两栖四旋翼航行器，其特征在于，所述圆筒为分层圆筒，层与层之间可拆卸，替换。

6.根据权利要求1或2所述的两栖四旋翼航行器，其特征在于，所述机舱最下层设置一防水舵机。