一种水空两栖无人机 |
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| 申请号 | CN201611011596.0 | 申请日 | 2016-11-17 | 公开(公告)号 | CN106627010A | 公开(公告)日 | 2017-05-10 |
| 申请人 | 苏州航天系统工程有限公司; | 发明人 | 杨冉; 卢文宝; 王飞; 虞国平; 李志刚; 刘佳; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 水 空两栖无人机，包括无人机 机体 、可拆卸起落装置、航拍视频设备、主 控制器 、无线通讯模 块 、导航模块、飞控系统和动 力 系统；无人机机体由 机身 、可拆卸机翼和 尾翼 组成；动力系统包括锂 电池 、 电机 、可拆卸的螺旋桨和喷 泵 推进器 ；飞控系统包括升降 舵 机、方向舵机和航行 传感器 ；可拆卸起落装置为缓冲 起落架 或浮筒；航拍视频设备包括高清摄像头和数据存储模块。本发明采用了两套动力系统以及可拆卸的机翼、螺旋桨和浮筒，可实现空中巡航模式和水中巡航模式的快速切换，用户可根据巡航任务自行选择动力组件进行组装。本发明具有携带方便、可快速拆卸组装、功能丰富、性能稳定可靠、可实现水空两用模式快速切换等特点，用途广泛。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种水空两栖无人机，其特征在于：包括无人机机体，所述无人机机体上设置有可拆卸起落装置和航拍视频设备，所述无人机机体内设置有主控制器（1）、无线通讯模块（2）、导航模块（3）、飞控系统和动力系统； |
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| 说明书全文 | 一种水空两栖无人机技术领域[0001] 本发明属于无人机技术领域，具体而言，涉及一种水空两栖无人机。 背景技术[0002] 随着现代科技的快速发展，无人机在各行各业的应用也越来越广泛。例如在未来的环境保护工作方面，迫切需要一种有效的巡查、监控装置及手段。尤其是像水空两栖无人机这种既能在空中飞行，又能顺应需要及时便捷地在水面进行巡检航行的无人设备，它可以充分利用其速度快、探测覆盖面广、时效性强、反应迅速、便于携带等优势，实现水面或空中的巡查及监控，能够弥补人工巡查无法实现的功能和高效，提高巡查和监控的效率，建立有效的陆海空立体巡查监测系统。 [0003] 不过，目前国内外水空两栖无人机的发展相较于传统无人机还是较为缓慢，现有水空两栖无人机基本上为一体化制作，成本昂贵，操作复杂，无法最大程度地满足用户的各种飞行及功能需求，无法适应水面方式起降，也不具有在一定复杂气象条件下的飞行能力。因此设计一种机动性强、低成本、模块化、组装方便、功能丰富、操作简单的水空两栖无人机具有重大的现实意义和远大的市场前景。 发明内容[0004] 为了弥补现有水空两栖无人机在技术和功能上的不足，本发明旨在提供一种新型的水空两栖无人机，该无人机具有低成本、模块化、便于组装、功能丰富和操作简单等特点。 [0005] 为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：一种水空两栖无人机，包括无人机机体，所述无人机机体上设置有可拆卸起落装置和航拍视频设备，所述无人机机体内设置有主控制器、无线通讯模块、导航模块、飞控系统和动力系统。 [0006] 所述无人机机体由机身、可拆卸机翼和尾翼组成；所述动力系统包括锂电池、电机、可拆卸的螺旋桨和喷泵推进器；所述飞控系统包括升降舵机、方向舵机和航行传感器；所述可拆卸起落装置包括缓冲起落架或浮筒；所述航拍视频设备包括高清摄像头和数据存储模块。 [0007] 所述可拆卸螺旋桨设置在所述机身的机头处；所述机身的两侧分别设置有一个所述喷泵推进器，两个所述喷泵推进器均位于同侧所述可拆卸机翼的下后方；所述航行传感器设置在所述机身的前端；所述高清摄像头设置在所述机身的底部；所述机身的底部对称地设置有两个所述缓冲起落架或所述浮筒，两个所述缓冲起落架或所述浮筒均位于同侧所述可拆卸机翼的正下方。 [0010] 所述无线通信模块主要用于接收地面控制终端的指令和调度信息，并将所述无人机巡航过程中收集到的数据实时反馈给所述地面控制终端。 [0011] 所述主控制器可以通过所述无线通信模块接收来自所述地面控制终端的指令，并依照指令控制所述电机的开关，所述电机上连接有一个用于调整其转速的电调；所述电机则通过传动装置分别为所述螺旋桨和所述喷泵推进器提供动力。 [0012] 所述主控制器可以通过所述无线通信模块接收来自所述地面控制终端的指令，并依照指令控制所述升降舵机和所述方向舵机的运转；所述升降舵机与所述可拆卸机翼连接，主要用于在起飞与降落的过程中根据现场环境情况调整飞行姿态，确保无人机起降过程的安全；所述方向舵机与所述尾翼连接，主要用于对无人机在水中及空中的航行方向和姿态进行调整与控制。 [0013] 所述主控制器可以通过所述无线通信模块接收来自所述地面控制终端的指令，并依照指令控制所述高清摄像头的拍摄，以实现实时对空中及水上进行监控及图像、视频采集；所述高清摄像头与所述数据存储模块连接，所拍摄的图像及视频不仅会储存在所述数据存储模块中，还会经由所述主控制器后通过所述无线通信模块发送给所述地面控制终端，最终显示在所述地面控制终端的显示屏上，实现监控、存储、传输的实时化和同步化。 [0014] 所述航行传感器主要包括速度传感器、航向传感器、气压传感器和障碍感应装置，用于在所述无人机执行巡航任务时进行飞行信息和参数的采集；所述主控制器可以收集各个所述航行传感器所采集的信息，并将这些信息通过所述无线通信模块反馈给所述地面控制终端，实时监控所述无人机的飞行状态，保证巡航任务的顺利完成。 [0015] 所述导航模块具有卫星接收、定位和导航的功能，所述导航模块可以实时对所述无人机所处的位置进行定位，并将坐标信息经由所述主控制器后通过所述无线通信模块反馈给所述地面控制终端；所述地面控制终端通过坐标信息获悉所述无人机所处的位置，为所述无人机制定空中或水中的巡航路线，并将路线信息通过所述无线通信模块发送给所述无人机，为所述无人机的自动巡航或返航提供路线导航。 [0016] 进一步的，所述无人机机体上设置有警示灯，所述警示灯与所述主控制器连接，主要用于在夜晚巡航任务时对所述无人机进行标识及警示作用。 [0017] 进一步的，所述电机为无刷电机。 [0019] 进一步的，所述高清摄像头采用可旋转式摄像头，并做增稳防抖和防水设计，当所述无人机在空中或水中航行时，可保证采集到的视频和图像画面稳定和清晰。 [0020] 进一步的，为满足水上长时间巡查工作的要求，所述机身、所述可拆卸机翼、所述尾翼和所述浮筒均采用防水材质，并在其表面以及连接处均喷涂防水漆。 [0021] 进一步的，所述无线通信模块为4G通信模块。 [0022] 进一步的，所述导航模块为GPS导航模块或北斗导航模块。 [0023] 进一步的，所述可拆卸机翼为上单后掠翼，这样的设计不但可以让飞机拥有更大的升力和良好的稳定性，而且能保证航拍画面的稳定性和清晰度。 [0024] 所述无人机主要用于野外巡查工作中对人无法抵达的地方和区域进行巡查和监控。当相关业务人员外出执行巡查任务时，可根据巡查环境需求随身携带所需组件，到达现场后进行组装后，开始无人机巡航工作。 [0025] 所述无人机在空中巡航的工作过程如下：当水空两栖无人机需要进行空中巡航工作时，可将所述可拆卸机翼和所述缓冲起落架组装后开启所述无人机的空中动力系统。所述空中动力系统对于所述无人机空中巡航工作的稳定性、持久性和安全性具有至关重要的作用，所述空中动力系统的设计必须与所述无人机机身高度匹配。所述无人机的电机为所述螺旋桨提供动力，所述无人机升空及航行主要靠所述螺旋桨旋转产生的推力。 [0026] 所述无人机在水中巡航的工作过程如下：当所述水空两栖无人机需要在水中进行巡航工作时，将所述可拆卸机翼、所述螺旋桨和所述缓冲起落架拆除，将所述浮筒装于所述机身之下，为水面航行做出相应的结构调整后开启所述无人机的水面航行动力系统，实现无人机由空中模式到水中航行模式的快速切换。所述浮筒可以保证所述无人机浮在水面，而所述无人机的电机为所述喷泵推进器提供动力，所述喷泵推进器向后喷射产生推力，从而为无人机在水上航行提供动力支撑，同时所述无人机通过设置在所述机身前端的各种所述航行传感器实时收集飞行数据及周围环境情况，使得所述无人机在遇到障碍时可提前进行闪避，实现所述水空两栖无人机在水面完成巡航工作。 [0028] 2、本发明的水空两栖无人机采用可旋转防抖动的高清摄像头，地面控制终端的操作员可以根据摄像头传回的图像，实现一定的超视距飞行。 [0029] 3、本发明的水空两栖无人机携带导航模块，可对巡航轨迹及路线进行记录及对返航路线进行规划，提高了无人机回收的安全性。 [0030] 4、本发明的水空两栖无人机的机翼采用上单后掠翼设计，机翼可根据具体情况自动修正角度以保持水平，这样的设计不但可以让飞机拥有更大的升力和良好的稳定性，而且能保证航拍画面的稳定性和清晰度。 [0031] 5、本发明的水空两栖无人机采用了两套动力系统以及可拆卸的机翼、螺旋桨和浮筒，可实现空中巡航模式和水中巡航模式的快速切换，用户可根据巡航任务自行选择动力组件进行组装。 [0032] 6、本发明的水空两栖无人机的机身、可拆卸机翼、尾翼和浮筒等装置均采用防水材质，并在其表面以及连接处均喷涂防水漆，以满足实现水中长时间巡查工作的要求。 [0033] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。 附图说明[0034] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，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为本发明无人机处于水中巡航模式时的外部结构俯视图； 图2为本发明无人机处于空中巡航模式时的外部结构侧视图； 图3为本发明无人机的设备电气图。 [0035] 图中标号说明：1、主控制器；2、无线通讯模块；3、导航模块；4、机身；5、可拆卸机翼；6、尾翼；7、锂电池；8、电机；9、螺旋桨；10、喷泵推进器；11、升降舵机；12、方向舵机；13、航行传感器；14、地面控制终端；15、缓冲起落架；16、浮筒；17、高清摄像头；18、数据存储模块；19、电调；20、警示灯。 具体实施方式[0036] 下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。 [0037] 参见图1-3所示，一种水空两栖无人机，包括无人机机体，所述无人机机体上设置有可拆卸起落装置和航拍视频设备，所述无人机机体内设置有主控制器1、无线通讯模块2、导航模块3、飞控系统和动力系统。 [0038] 所述无人机机体由机身4、可拆卸机翼5和尾翼6组成；所述动力系统包括锂电池7、电机8、可拆卸的螺旋桨9和喷泵推进器10；所述飞控系统包括升降舵机11、方向舵机12和航行传感器13；所述可拆卸起落装置包括缓冲起落架15或浮筒16；所述航拍视频设备包括高清摄像头17和数据存储模块18。 [0039] 所述螺旋桨9设置在所述机身4的机头处；所述机身4的两侧分别设置有一个所述喷泵推进器10，两个所述喷泵推进器10均位于同侧所述可拆卸机翼5的下后方；所述航行传感器13设置在所述机身4的前端；所述高清摄像头17设置在所述机身4的底部；所述机身4的底部对称地设置有两个所述缓冲起落架15或所述浮筒16，两个所述缓冲起落架15或所述浮筒16均位于同侧所述可拆卸机翼5的正下方。 [0040] 所述主控制器1分别与所述锂电池7、所述无线通信模块2、所述导航模块3、所述电机8、所述航行传感器13、所述升降舵机11、所述方向舵机12和所述高清摄像头17连接。 [0041] 所述锂电池7为所述水空两栖无人机上的所有系统和设备供电，针对所述无人机巡航时间的要求，所述锂电池7具有能量密度大、耐电流数值较高、重量轻、安全性高等特点。 [0042] 所述无线通信模块2主要用于接收地面控制终端14的指令和调度信息，并将所述无人机巡航过程中收集到的数据实时反馈给所述地面控制终端。 [0043] 所述主控制器1可以通过所述无线通信模块2接收来自所述地面控制终端14的指令，并依照指令控制所述电机8的开关，所述电机8上连接有一个用于调整其转速的电调19；所述电机8则通过传动装置分别为所述螺旋桨9和所述喷泵推进器10提供动力。 [0044] 所述主控制器1可以通过所述无线通信模块2接收来自所述地面控制终端14的指令，并依照指令控制所述升降舵机11和所述方向舵机12的运转；所述升降舵机11与所述可拆卸机翼5连接，主要用于在起飞与降落的过程中根据现场环境情况调整飞行姿态，确保无人机起降过程的安全；所述方向舵机12与所述尾翼6连接，主要用于对无人机在水中及空中的航行方向和姿态进行调整与控制。 [0045] 所述主控制器1可以通过所述无线通信模块2接收来自所述地面控制终端14的指令，并依照指令控制所述高清摄像头17的拍摄，以实现实时对空中及水中进行监控及图像、视频采集；所述高清摄像头17与所述数据存储模块18连接，所拍摄的画面不仅会储存在所述数据存储模块18中，还会经由所述主控制器1后通过所述无线通信模块2发送给所述地面控制终端14，最终显示在所述地面控制终端14的显示屏上，实现监控、存储、传输的实时化和同步化。 [0046] 所述航行传感器13主要包括速度传感器、航向传感器、气压传感器和障碍感应装置，用于在所述无人机执行巡航任务时进行飞行信息和参数的采集；所述主控制器1可以收集各个所述航行传感器13所采集的信息，并将这些信息通过所述无线通信模块2反馈给所述地面控制终端14，实时监控所述无人机的飞行状态，保证巡航任务的顺利完成。 [0047] 所述导航模块3具有卫星接收、定位和导航的功能，所述导航模块3可以实时对所述无人机所处的位置进行定位，并将坐标信息经由所述主控制器1后通过所述无线通信模块2反馈给所述地面控制终端14；所述地面控制终端14通过坐标信息获悉所述无人机所处的位置，为所述无人机制定空中或水中的巡航路线，并将路线信息通过所述无线通信模块2发送给所述无人机，为所述无人机的自动巡航或返航提供路线导航。 [0048] 进一步的，所述无人机机体上设置有警示灯20，所述警示灯20与所述主控制器1连接，主要用于在夜晚巡航任务时对所述无人机进行标识及警示作用。 [0049] 进一步的，所述电机8为无刷电机。 [0050] 进一步的，所述电机8和所述锂电池7的外部均做防护及防水处理，并设置进气口和出气口，在所述水空两栖无人机航行时自动开启密封，对所述电机8和所述锂电池7进行保护。 [0051] 进一步的，所述高清摄像头17采用可旋转式摄像头，并做增稳防抖和防水设计，当所述无人机在空中或水中航行时，可保证采集到的视频和图像画面稳定和清晰。 [0052] 进一步的，为满足水中长时间巡查工作的要求，所述机身4、所述可拆卸机翼5、所述尾翼6和所述浮筒16等装置均采用防水材质，并在其表面以及连接处均喷涂防水漆。 [0053] 进一步的，所述无线通信模块2为4G通信模块。 [0054] 进一步的，所述导航模块3为GPS导航模块或北斗导航模块。 [0055] 进一步的，所述可拆卸机翼5为上单后掠翼，这样的设计不但可以让飞机拥有更大的升力和良好的稳定性，而且能保证航拍画面的稳定性和清晰度。 [0056] 所述无人机主要用于野外巡查工作中对人无法抵达的地方和区域进行巡查和监控。当相关业务人员外出执行巡查任务时，可根据巡查环境需求随身携带所需组件，到达现场后进行组装后，开始无人机巡航工作。 [0057] 所述无人机在空中巡航的工作过程如下：当水空两栖无人机需要进行空中巡航工作时，可将所述可拆卸机翼5和所述缓冲起落架15组装后开启所述无人机的空中动力系统。所述空中动力系统对于所述无人机空中巡航工作的稳定性、持久性和安全性具有至关重要的作用，所述空中动力系统的设计必须与所述无人机机身高度匹配。所述无人机的电机8为所述螺旋桨9提供动力，所述无人机升空及航行主要靠所述螺旋桨9旋转产生的推力。 [0058] 所述无人机在水中巡航的工作过程如下：当所述水空两栖无人机需要在水中进行巡航工作时，将所述可拆卸机翼5、所述螺旋桨 9和所述缓冲起落架15拆除，将所述浮筒16装于所述机身4之下，为水面航行做出相应的结构调整后开启所述无人机的水面航行动力系统，实现无人机由空中模式到水中航行模式的快速切换。所述浮筒16可以保证所述无人机浮在水面，而所述无人机的电机8为所述喷泵推进器10提供动力，所述喷泵推进器10向后喷射产生推力，从而为无人机在水上航行提供动力支撑，同时所述无人机通过设置在所述机身前端的各种所述航行传感器13实时收集飞行数据及周围环境情况，使得所述无人机在遇到障碍时可提前进行闪避，实现所述水空两栖无人机在水面完成巡航工作。 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。 |
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