一种三栖无人机的制作方法

本发明属于无人机技术领域，特别涉及一种三栖无人机。

背景技术：

无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“uav”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为：无人固定翼机、无人垂直起降机、无人飞艇、无人直升机、无人多旋翼飞行器、无人伞翼机等。

无人机按应用领域，可分为军用与民用。军用方面，无人机分为侦察机和靶机。民用方面，无人机+行业应用，是无人机真正的刚需；目前在航拍、农业、植保、自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域的应用，大大的拓展了无人机本身的用途，发达国家也在积极扩展行业应用与发展无人机技术。现有通常意义的无人机无一不是在空域遥控飞行。

目前的抢灾、救灾设施主要还是由笨重的大型机械构成，在中国2008年冬季南方雪灾和“5.12”汶川大地震等自然灾害的抢险救援过程中，虽然许多大型救援机械设备发挥了很大的作用，为抢救更多的生命和财产赢得了宝贵的时间。但是，在救援实践中也存在许多大型设备救援工作的盲区，第一，救援现场情况复杂，大型设备接近救援点或者救援面的能力较差；第二，大型装置功能单一，而在救援现场往往需要多种救援作业交替进行；第三，大型机械只能在陆地上完成作业和救援，在许多复杂任务环境无法迅速进行布置而延误救援。因此需要设计能够覆盖大型设备盲区、有效补充大型设备不足的新型搜救设备。目前国内外关于多栖搜救器的研究主要是偏向军事应用，如2008年美国先期计划研究局提出的混合飞行平台设想，其集空中飞行、水面航行、水下潜行等于一体，但限于动力系统和布局设计等问题未能成行；而前苏联米里设计局(现改名为米里莫斯科直升机厂股份公司)研制的双发多用途重型运输直升机——米-26在汶川大地震的救援过程中由于重量太重而不敢轻易下落，延误了救援时间；而我国在飞行器中以航模航拍为主，并没有什么救援价值；用于不同用途的飞行器数不胜数，然而集三栖功能于一身且具有一定实现意义却为数不多；考虑到救援现场情况复杂、大型装置功能单一和大型机械工作的三大盲区等特点。

公开号cn204965186u公开一种空地一体化两栖巡检机器人，机器人主体多旋翼机架上设置单片机模块，单片机模块分别与空中飞行模块、地面移动模块、远程控制模块、航姿参考信息模块连接，并通过远程控制模块与地面遥控机发送模块远程通讯连接；空中飞行模块包括多个在机架上周向均匀间隔布置的旋翼机桨，各旋翼机桨与各自旋翼电机连接；机架的底部设置地面移动模块，包括连接在机架底部的空地连接机架和在空地连接机架底部设置的地面移动轮；所述的航姿参考信息模块由陀螺仪加速度计、气压计、磁强计以及gps构成。能够同时作为空中无人机和地面移动平台使用，实现了空地一体化两栖技术，为完成三维空间复杂环境的空中/地面双重巡检任务。但无法在水域行进。另外其设置单独的地面移动机构，加大了机体的重量，减少有效载荷。

公开号cn204726655u公开了一种水陆两用无人机，其机翼采用上单翼设计，选择浮筒式起落架时可漂浮于水面，但在陆地无法行走，限制了其应用。

目前尚无一种水、陆、空三栖无人机。

技术实现要素：

本发明提供一种在不同灾害环境下执行搜救探测任务的多功能三栖作业无人机，其集成空中飞行、陆地行使和水中航行等功能于一身，可以快速适应三种工作环境的切换，能够胜任搜救探测任务。该无人机结合四旋翼飞行器系统和船舶推进系统，采用独特桨叶车轮、可伸缩起落架和倾转机构，利用mwc飞行控制系统、三栖功能切换控制系统和十通道遥控器实现三栖搜救工作，具有三栖作业、便携性、功能多样化、低噪声、易操作和作业精度高等特点，能够应对海陆空三种不同的灾害环境下的探测搜救工作。所采取的具体技术方案是：

一种三栖无人机，包括密封的机身、基于开源的arduino平台利用遥控器实现控制的mwc飞行控制固件、四旋翼，所述的四旋翼包括对称分布在机身两侧各两个第一防水无刷电机，每个第一防水无刷电机的电机轴固设一个三叶螺旋桨，其特征在于：所述的三叶螺旋桨的端部固接圆形轮圈，所述的第一防水无刷电机的轴向可在垂直于水平面和平行于水平面之间转换；还包括对称固设在机身两侧的螺旋桨推进器。

进一步地，所述的机身的壳体采用密度小、韧性大、强度高的轻质复合材料形成上密封舱和下密封仓；下密封仓的外廓向下逐渐窄缩呈尖坯状；上密封舱两侧各固设三个连接杆，每侧连接杆的自由端固接一根纵梁，两个中空的横梁分别固接在两根纵梁的前、后端部，两根纵梁和两根横梁形成周架；所述的螺旋桨推进器位于所述的纵梁的下方；所述的上密封舱内固设一个轴向沿前后方向的第二无刷电机，第二无刷电机的电机轴固设第一齿轮，枢设在密封舱内的第二齿轮与第一齿轮啮合，第二齿轮的齿数大于等于第一齿轮齿数的三倍，与第二齿轮固接的传动轴向前后延伸并传入横梁后各固设一个第三齿轮；每个所述的横梁的管腔内滑动配合设置半轴，半轴的内端开设可相互水平交错的两级阶梯，在第一级阶梯上分别固设上齿条和下齿条，第三齿轮位于上齿条和下齿条之间并与之啮合；半轴上靠近其外端开设贯通上下方向的通槽，半轴的外端固设端块，端块具有上平面和与上平面垂直的外平面，上平面和外平面的交接处设置铰轴，所述的第一防水无刷电机的电机体后端面上设置与铰轴铰接的铰座，所述的第一防水无刷电机的电机体靠近机身的侧面上固设摆杆，摆杆铰接连杆，连杆穿过通槽与横梁铰接；所述的螺旋桨推进器包括与机身内固接的连接板，与连接板连为一体的隔板，与隔板固接的第三防水无刷电机，第三防水无刷电机的电机轴穿过封闭壳体后固设螺旋桨，第三防水无刷电机的电机体外设置与隔板固接、外廓成流线型的壳体，螺旋桨外设置与隔板固接、与壳体平滑过渡的防护罩；、第一防水无刷电机第二无刷电机和第三防水无刷电机共用锂电池组。

进一步地，圆形轮圈外表面敷设带有花纹的胶皮。

进一步地，上密封舱内还固设搜救探测系统，搜救探测系统包括摄像头模块、距离传感器模块、温湿度传感器模块、红外传感器模块、指示灯、扬声器及有害气体检测装置；上密封舱表面开设夜航指示灯开口和扬声器开口，下密封仓内固设第四防水无刷电机和第五防水无刷电机，第四防水无刷电机通过传动机构控制设置在机身尾部的驱动舵摆动，第五防水无刷电机通过传动机构控制三个起落架伸出或缩回设置在下密封仓下表面的开口；下密封仓的下表面还开设物资投放舱门；第四防水无刷电机和第五防水无刷电机亦通过锂电池组供电。

进一步地，上密封舱表面敷设太阳能电池板，太阳能电池板与锂电池组相连。

与现有技术相比，本发明应用领域广泛，涵盖空中、陆地和海洋，能够高精度完成三栖作业，便于携带，易于操作，配以各种传感器模块，能够实现对灾害救援现场的多功能探测，并执行一定的救援任务。

附图说明

图1为本发明飞行或水行状态的结构示意图。

图2为图1的右视图。

图3为图1的俯视图。

图4为图1的仰视图。

图5为图1的立体图。

图6为本发明飞行状态向陆行状态过渡时去掉部分部件的结构示意图。

图7为图6的左虚框的局部放大图。

图8为图6的中虚框的局部放大图。

图9为图6的右虚框的局部放大图。

图10为本发明陆行状态的结构示意图。

图11为本发明螺旋桨推进器的结构示意图。

图12为图11的剖视图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，若采用术语“第一”、“第二”、“第三”，仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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”、“连通”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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施方式1，一种三栖无人机，包括密封的机身、基于开源的arduino平台利用遥控器实现控制的mwc飞行控制固件2、四旋翼飞行系统，所述的四旋翼飞行系统包括对称分布在机身两侧各两个第一防水无刷电机21，每个第一防水无刷电机21的电机轴固设一个三叶螺旋桨22，所述的三叶螺旋桨22的端部固接圆形轮圈23，所述的第一防水无刷电机21的轴向可在垂直于水平面和平行于水平面之间转换；还包括对称固设在机身两侧的螺旋桨推进器4。

所述的机身的壳体采用密度小、韧性大、强度高的轻质复合材料形成上密封舱31和下密封仓32；下密封仓32的外廓向下逐渐窄缩呈尖坯状；上密封舱31两侧各固设三个连接杆33，每侧连接杆33的自由端固接一根纵梁34，两个中空的横梁35分别固接在两根纵梁34的前、后端部，两根纵梁34和两根横梁35形成周架；所述的螺旋桨推进器4位于所述的纵梁34的下方；所述的上密封舱31内固设一个轴向沿前后方向的第二无刷电机61，第二无刷电机61的电机轴固设第一齿轮62，枢设在密封舱31内的第二齿轮63与第一齿轮62啮合，第二齿轮63的齿数大于等于第一齿轮62齿数的三倍，与第二齿轮63固接的传动轴64向前后延伸并传入横梁35后各固设一个第三齿轮65；每个所述的横梁35的管腔内滑动配合设置半轴66，半轴66的内端开设可相互水平交错的两级阶梯，在第一级阶梯上分别固设上齿条和下齿条67，第三齿轮65位于上齿条和下齿条67之间并与之啮合；半轴66上靠近其外端开设贯通上下方向的通槽68，半轴66的外端固设端块7，端块7具有上平面71和与上平面垂直的外平面72，上平面71和外平面72的交接处设置铰轴73，所述的第一防水无刷电机21的电机体后端面上设置与铰轴73铰接的铰座，所述的第一防水无刷电机21的电机体靠近机身的侧面上固设摆杆24，摆杆24铰接连杆74，连杆74穿过通槽68与横梁35铰接；所述的螺旋桨推进器4包括与机身内1固接的连接板46，与连接板46连为一体的隔板45，与隔板45固接的第三防水无刷电机42，第三防水无刷电机42的电机轴穿过封闭壳体41后固设螺旋桨43，第三防水无刷电机42的电机体外设置与隔板45固接、外廓成流线型的壳体41，螺旋桨43外设置与隔板45固接、与壳体41平滑过渡的防护罩44；、第一防水无刷电机21第二无刷电机61和第三防水无刷电机42共用锂电池组3。圆形轮圈23外表面敷设带有花纹的胶皮。

mwc是multiwiicopter的缩写，它并不是指硬件产品，而是开源固件。此固件的原创作者是来自法国的alex，他为了打造自己的y3飞行器而开发了最初的mwc固件。几年来经过许多高手的参与及共同努力，开发进度越来越快。现在mwc已经基本成熟，可以支持更广泛的硬件平台、外围设备及更多飞行模式，让运行mwc的飞控硬件成为国外开源飞控市场上占有率最高之一的产品。mwc飞控通常有两种版本：atmega328p版本和atmega2560版本，都是基于开源的arduino平台，所以mwc也是开源项目，可以在网上下载其源码。

下密封仓32的外廓向下逐渐窄缩呈尖坯状，类似于船底的结构，利于搜救器在水中前行，底部两侧设计有层带，便于改变航向和同时也可减小水的附着力，便于水上起飞。

三叶螺旋桨区别于正常的螺旋桨，其与陆地行驶系统的车轮固连在一起。四个电机和螺旋桨对称安装在搜救器主体的前后左右四个方向，四个螺旋桨处于同一高度平面，且结构和半径都相同，飞行控制板、四合一电调和信号接收机放置在搜救器主体内侧。

通过分别控制左右两个螺旋桨推进器4的转速实现在水面的行走及转向。

实施方式2

其他与实施例1相同，不同的是上密封舱31内还固设搜救探测系统8，搜救探测系统包括摄像头模块、距离传感器模块、温湿度传感器模块、红外传感器模块、指示灯、扬声器及有害气体检测装置；上密封舱31表面开设夜航指示灯开口81和扬声器开口82，下密封仓32内固设第四防水无刷电机和第五防水无刷电机，第四防水无刷电机通过传动机构控制设置在机身尾部的驱动舵5摆动，第五防水无刷电机通过传动机构控制三个起落架伸出或缩回设置在下密封仓32下表面的开口6；下密封仓32的下表面还开设物资投放舱门9；第四防水无刷电机和第五防水无刷电机亦通过锂电池组3供电。上密封舱31表面敷设太阳能电池板，太阳能电池板与锂电池组3相连。

无人机的控制主要涉及飞行系统控制如同现有的无人机并无二致，因此在此不予赘述。

本发明的特征在于飞行模式与陆地行驶模式公用部分部件，飞行模式时，通过控制第二无刷电机61的逆时针转动，控制半轴66向外伸出，在连杆74的拉动作用下，第一防水无刷电机21的端平面与端块7的上平面71抵接，四旋翼处于水平状态，可为无人机提供升力。

飞行模式时，第二无刷电机61的顺时针转动，控制半轴66向内缩回，在连杆74的推动作用下，第一防水无刷电机21的端平面与端块7的外平面72抵接，四旋翼处于垂直状态，四旋翼的圆形轮圈23可当作轮子进行地面运动。陆地行驶时，只需要改变四个第一防水无刷电机21的转速，就能实现无人机在地面上的各种直行、转弯、后退等基本运动。