CN214396308U - 水空两栖跨介质无人飞行器控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种水空两栖跨介质无人飞行器控制系统，包括：机身、船身、机载控制部分、船载控制部分和控制站部分；所述机载控制部分设置在所述机身的内部，所述机载控制部分与所述光学传感器电连接，所述机载控制部分用于控制所述机身运作，所述船载控制部分设置在所述船身的内部，所述船载控制部分与所述声学系统电连接，所述船载控制部分用于控制所述船身运作，所述控制站部分设置在母船或地面控制站，所述控制站部分用于控制所述机载控制部分和船载控制部分。本实用新型具备两栖作业特性，能够控制飞行器快速地飞行到作业区域，完成既定任务后可以控制飞行器停泊待命或搭载获取到的数据返航，提高了任务效率，增加了任务的成功率。

Description

水空两栖跨介质无人飞行器控制系统

技术领域

本实用新型涉及无人飞行器控制领域，特别涉及一种水空两栖跨介质无人飞行器控制系统。

背景技术

随着中国科学技术的不断发展，无人机开始在越来越多的领域得到应用。民用领域中，常见的无人机包括固定翼无人机和旋翼式无人机，传统的无人机通常仅具有飞行功能而不具有航行能力，在执行海上搜索和救援任务需要多机协同或编队协作，并且通常都需要无人水面舰艇和无人水下航行器协同配合。

实用新型内容

本实用新型提供了一种水空两栖跨介质无人飞行器控制系统，该系统可以在复杂环境条件下，使飞行器处于分离状态/组合状态下准确的完成预先设定的任务，还可以通过海面或底面控制站部分遥控遥测设备，提高飞行器的任务能力，保证飞行的高可靠性和高稳定性。

为了达到上述目的，本实用新型的实施例提供了一种水空两栖跨介质无人飞行器控制系统，包括：

机身、船身、机载控制部分、船载控制部分和控制站部分；

所述机身设置光学传感器，所述机身设置有涵道，所述涵道设置有旋翼，所述涵道外侧设置有升降舵；所述船身设置有声学系统，所述船身活动地安装在机身底部，所述船身设置有螺旋桨；

所述机载控制部分设置在所述机身的内部，所述机载控制部分与所述光学传感器电连接，所述机载控制部分用于控制所述机身运作，所述船载控制部分设置在所述船身的内部，所述船载控制部分与所述声学系统电连接，所述船载控制部分用于控制所述船身运作，所述控制站部分设置在母船或地面控制站，所述控制站部分用于控制所述机载控制部分和船载控制部分。

其中，所述光学传感器包括高清摄像头和红外传感摄像头。

其中，所述声学系统包括前置成像声呐、多避碰声呐和侧扫声呐。

其中，所述机载控制部分包括机载数传电台、机载控制板、机载供电系统和机载状态传感器；所述船载控制部分包括船载数传电台、船载控制板、船载供电系统和船载状态传感器；所述控制站部分包括上位数传电台、无线遥控设备和上位PC控制站；所述机载控制板分别电连接所述机载数传电台、机载供电系统、机载状态传感器和光学传感器，所述机载控制板分别电连接所述涵道、旋翼和升降舵的驱动装置；所述船载控制板分别电连接所述船载数传电台、船载供电系统、船载状态传感器、声学系统和螺旋桨的驱动装置。

其中，所述机载状态传感器集成设置有三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴电子罗盘、气压计和GPS设备。

其中，所述船载状态传感器集成设置有三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴电子罗盘和GPS设备。

其中，所述控制站部分通过所述上位数传电台分别与机载数传电台和船载数传电台通信。

本实用新型的上述方案有如下的有益效果：

本实用新型的上述实施例所述的水空两栖跨介质无人飞行器控制系统设置有机身、船身、机载控制部分、船载控制部分和控制站部分；其中机身和船身能够相互独立运作，机载控制部分和船载控制部分能够通过数传电台与控制站部分通信，通过海面或底面控制站实现飞行器的遥控遥测，其中机载控制部分连接有光学传感器包括高清摄像头和红外传感摄像头能够有效监测实时影像，机载控制部分连接声学系统包括前置成像声呐、多避碰声呐和侧扫声呐能够获取水面下的物品三维图像方位、障碍物的方位距离以及潜水河道微地形地貌等信息，本实用新型的水空两栖跨介质无人飞行器控制系统具备两栖作业特性使其在民用或军用领域具有当前其他无人系统无法比拟的优势，它可以控制飞行器快速地飞行到作业区域，完成既定任务后可以停泊待命或搭载获取到的数据返航，这样既提高了任务效率，又增加了任务的成功率。

附图说明

图1是本实用新型的水空两栖跨介质无人飞行器控制系统的硬件原理图；

图2是本实用新型的水空两栖跨介质无人飞行器控制系统的飞行器装置斜视图。

【附图标记说明】

1-机身；2-船身；3-涵道；4-旋翼；5-升降舵；6-螺旋桨。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本实用新型针对现有传统无人机不具备航行能力的问题，提供了一种水空两栖跨介质无人飞行器控制系统。

如图1和图2所示，本实用新型的实施例提供了一种提供了一种水空两栖跨介质无人飞行器控制系统，包括：机身1、船身2、机载控制部分、船载控制部分和控制站部分；所述机身设置光学传感器，所述机身1设置有涵道3，所述涵道3设置有旋翼4，所述涵道3外侧设置有升降舵5；所述船身2设置有声学系统，所述船身2活动地安装在机身1底部，所述船身2设置有螺旋桨 6；所述机载控制部分设置在所述机身1的内部，所述机载控制部分与所述光学传感器电连接，所述机载控制部分用于控制所述机身1运作，所述船载控制部分设置在所述船身2的内部，所述船载控制部分与所述声学系统电连接，所述船载控制部分用于控制所述船身2运作，所述控制站部分设置在母船或地面控制站，所述控制站部分用于控制所述机载控制部分和船载控制部分。

本实用新型所述的水空两栖跨介质无人飞行器控制系统，所述涵道3可绕水平轴旋转，调节推力方向；所述升降舵5可绕水平轴旋转，调节升力大小；所述螺旋桨6转速可调，通过差动控制航行方向，通过全动控制航速。

其中，所述光学传感器包括高清摄像头和红外传感摄像头。

本实用新型所述的水空两栖跨介质无人飞行器控制系统，所述高清摄像头和红外传感摄像头能够用于拍摄无人飞行器的实时影像。

其中，所述声学系统包括前置成像声呐、多避碰声呐和侧扫声呐。

本实用新型所述的水空两栖跨介质无人飞行器控制系统，所述成像声呐，用于提供水下(包括浑水)物品三维图像及方位等信息；所述多避碰声呐，探测行进路线附近是否存在障碍物以及估计障碍物的距离、方位等信息，为水下无人航行器提供避障规避的依据；所述侧扫声呐，绘制精细的潜水河道微地形地貌。

其中，所述机载控制部分包括机载数传电台、机载控制板、机载供电系统和机载状态传感器；所述船载控制部分包括船载数传电台、船载控制板、船载供电系统和船载状态传感器；所述控制站部分包括上位数传电台、无线遥控设备和上位PC控制站；所述机载控制板分别电连接所述机载数传电台、机载供电系统、机载状态传感器和光学传感器，所述机载控制板分别电连接所述涵道、旋翼和升降舵的驱动装置；所述船载控制板分别电连接所述船载数传电台、船载供电系统、船载状态传感器、声学系统和螺旋桨的驱动装置。

其中，所述机载状态传感器集成设置有三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴电子罗盘、气压计和GPS设备。

其中，所述船载状态传感器集成设置有三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴电子罗盘和GPS设备。

本实用新型所述的水空两栖跨介质无人飞行器控制系统，所述机载控制板采用STM32F4系列芯片作为计算机核心，辅以配套外围电路实现主控计算机功能；所述状态传感器采用基于MAMS技术的的电子元件，它集成三轴陀螺仪/三轴加速度计/三轴电子罗盘/气压计功能，通过控制板输出位置、姿态、高度等信息；GPS双天线测量模块，可输出当前位置与航向信息；所述机载控制板分别电连接控制所述机载数传电台、机载供电系统、机载状态传感器和机载供电系统，所述机载控制板用于控制所述机身1外的旋翼4、涵道3和升降舵 5运动；所述船载控制板分别电连接控制所述船载数传电台、船载供电系统、船载状态传感器和船载供电系统，所述船载控制板用于控制所述船身2尾部的螺旋桨6运动。

其中，所述控制站部分通过所述上位数传电台分别与机载数传电台和船载数传电台通信。

本实用新型所述的水空两栖跨介质无人飞行器控制系统，海面/地面控制站与飞行器通过数传电台通信，可接收飞行器的环境状态数据和视频信息，也可向无人机发送飞行路径和航行路径计划、任务信息及遥控器控制指令。其中数传模块选用支持LORA和FLRC调制机制的射频收发模块，理论通信距离为6000m。所述母船PC控制站主要的人机交互是通过上位机软件实现的，可直观地反映无人船的状态，可进行视频监控无人船的四周环境。采用笔记本电脑，方便携带。所述无线遥控设备，用户可以通过在地面站便携式计算机的视频监控播放界面，观看摄像头拍摄的画面，通过手动遥控操作，必要时可远程对无人船进行控制。采用一款LORA扩频的工业级无线数传模块作为433M频段无线遥控器。

本实用新型包括以下机动方式：

(1)组合体低速飞行(四旋翼模式)。涵道水平，旋翼提供垂直向上升力，升降舵水平。

(2)组合体高速飞行(固定翼模式)。涵道倾转朝前，旋翼提供向前推力，升降舵倾转一定角度从而产生升力。

(3)组合体空-水过渡。涵道水平，旋翼提供垂直向上升力，升降舵水平，平稳垂直降落水面。

(4)组合体低速航行。涵道水平，旋翼静止，升降舵水平，仅螺旋桨推进，当螺旋桨差速旋转时起到转向作用。

(5)组合体高速航行。涵道倾转朝前，旋翼提供向前推力，升降舵水平不产生升力，螺旋桨同时推进，实现水面高速航行。

(6)无人机低速飞行。当无人机与无人船分离后，无人机各执行机构工作情况同(1)。

(7)无人机高速飞行。当无人机与无人船分离后，无人机各执行机构工作情况同(2)。

(8)无人船航行。仅螺旋桨推进，当螺旋桨差速旋转时起到转向作用。

(9)组合体水-空过渡(低航速状态)。无人机各执行机构工作情况同(1)，从水面静止状态起飞。

(10)组合体水-空过渡(高航速状态)。无人机各执行机构工作情况同(2)，在已经获得较高航速的情况下，调节升降舵偏转角产生升力，完成水面起飞。不同机动方式下的各执行机构作动状态如下表所示：

本实用新型的水空两栖跨介质无人飞行器控制系统具备两栖作业特性使其在民用或军用领域具有当前其他无人系统无法比拟的优势，它可以控制飞行器快速地飞行到作业区域，完成既定任务后可以停泊待命或搭载获取到的数据返航，这样既提高了任务效率，又增加了任务的成功率。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种水空两栖跨介质无人飞行器控制系统，其特征在于，包括：

机身、船身、机载控制部分、船载控制部分和控制站部分；

所述机身设置光学传感器，所述机身设置有涵道，所述涵道设置有旋翼，所述涵道外侧设置有升降舵；所述船身设置有声学系统，所述船身活动地安装在机身底部，所述船身设置有螺旋桨；

所述机载控制部分设置在所述机身的内部，所述机载控制部分与所述光学传感器电连接，所述机载控制部分用于控制所述机身运作，所述船载控制部分设置在所述船身的内部，所述船载控制部分与所述声学系统电连接，所述船载控制部分用于控制所述船身运作，所述控制站部分设置在母船或地面控制站，所述控制站部分用于控制所述机载控制部分和船载控制部分。

2.根据权利要求1所述的水空两栖跨介质无人飞行器控制系统，其特征在于，所述光学传感器包括高清摄像头和红外传感摄像头。

3.根据权利要求1所述的水空两栖跨介质无人飞行器控制系统，其特征在于，所述声学系统包括前置成像声呐、多避碰声呐和侧扫声呐。

4.根据权利要求1所述的水空两栖跨介质无人飞行器控制系统，其特征在于，所述机载控制部分包括机载数传电台、机载控制板、机载供电系统和机载状态传感器；所述船载控制部分包括船载数传电台、船载控制板、船载供电系统和船载状态传感器；所述控制站部分包括上位数传电台、无线遥控设备和上位PC控制站；所述机载控制板分别电连接所述机载数传电台、机载供电系统、机载状态传感器和光学传感器，所述机载控制板分别电连接所述涵道、旋翼和升降舵的驱动装置；所述船载控制板分别电连接所述船载数传电台、船载供电系统、船载状态传感器、声学系统和螺旋桨的驱动装置。

5.根据权利要求4所述的水空两栖跨介质无人飞行器控制系统，其特征在于，所述机载状态传感器集成设置有三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴电子罗盘、气压计和GPS设备。

6.根据权利要求4所述的水空两栖跨介质无人飞行器控制系统，其特征在于，所述船载状态传感器集成设置有三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴电子罗盘和GPS设备。

7.根据权利要求4所述的水空两栖跨介质无人飞行器控制系统，其特征在于，所述控制站部分通过所述上位数传电台分别与机载数传电台和船载数传电台通信。

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