一种多旋翼空潜无人飞行器的制作方法

本发明涉及一种多旋翼无人飞行器，具体涉及一种同时具备空中飞行、水下航行两种运动能力的多旋翼空潜无人飞行器，属于无人飞行器技术领域。

背景技术：

无人机是现代社会大量广泛使用的一种飞行器，其机动性、敏捷性、便携性的特点满足了现代社会的需求，广泛应用于各种领域，例如：军事、娱乐、消防、勘察等领域。

随着时代的发展，现代社会对在海洋中执行无人任务的要求越来越高，也越来越复杂。

传统的自主式水下航行器遇到了以下瓶颈：

(1)自主式水下航行器由于全程完全工作在水下，水介质的阻力很大，在携带一定量动力能源的前提下，其航程被严重限制；

(2)由于水介质对电磁波有强烈的衰减作用，水下通讯依靠水声通讯设备，其数据传输速率远远低于电磁波通信设备于空气介质所达到的数据传输速率；

(3)由于自主式水下航行器对速度的要求，牺牲了其机动性和敏捷性，在水下无法达到良好的机动性和敏捷性；

(4)由于自主式水下航行器的体积较大，较易被探测或者捕获。

传统的执行海洋任务的空中四旋翼无人机遇到了以下瓶颈：

(1)传统的空中四旋翼无人机由于水下探测和通讯主要依靠水声设备，所以无法对水下目标建立探测或者通信；

(2)传统的空中四旋翼无人机无法从水下释放，必须由水面舰船在空中释放。

由此可见，现有技术主要存在以下不足：

(1)传统的水下航行器和空中旋翼无人机已经无法满足未来复杂任务的要求，特别是要求空中、水下进行联合任务的任务，比如建立空-潜高效率信息链、空-潜环境信息收集等；

(2)海水、湖水的阻力远远大于空气阻力(纯净水介质的阻力约为空气的775倍)，传统的水下航行器活动范围极小，严重依赖于电池的蓄电量；

(3)传统的水下航行器体积较为庞大，动力模式不利于机动，隐蔽性和机动性较差，不利于水下的隐蔽侦察和执行水下机动任务；

(4)水中电磁波传播的能力较差，一般水下设备需要通过电缆和水面中继通讯，中继通过无线方式和控制中心通讯，信息传输时间长且有一定失真，传统的空中旋翼无人机和水下航行器都难以对水下目标进行探测和建立通信。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、环境适应性强、可水下航行的多旋翼空潜无人飞行器。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种多旋翼空潜无人飞行器，包括：机体、旋翼臂、电调、动力电机、螺旋桨和处理器，其中，旋翼臂对称分布于机体上，电调和动力电机安装于旋翼臂的末端，螺旋桨安装于动力电机输出轴上，处理器安装于机体内部并与电调信号连接，动力电机与电调信号连接，其特征在于，前述多旋翼空潜无人飞行器还包括：

起落架、推杆驱动电机、推杆、弹簧、保险装置和底部平板，其中，

前述起落架对称的安装在机体的底部，推杆驱动电机安装在机体的底部的中间位置，推杆安装在推杆驱动电机的输出轴上，保险装置安装在推杆的侧壁上，底部平板套在推杆和起落架上，弹簧的两端分别与推杆驱动电机和底部平板连接，推杆驱动电机和保险装置均与处理器信号连接；

此外，前述机体内还安装有：捷联惯性导航模块、gps模块、超声波测距模块、水压传感器模块、电源模块和无线通信模块，其中，

前述电源模块给处理器供电，捷联惯性导航模块、gps模块、超声波测距模块、水压传感器模块和无线通信模块均与处理器信号连接，前述处理器提供四种控制模式：

空中模式：由捷联惯性导航模块和gps模块提供导航信息，处理器给出制导路径，控制电调进而控制动力电机和螺旋桨完成飞行过程；

入水模式：由超声波测距模块判断机体相对于水面的高度，在机体距离水面合理高度处，处理器控制降低螺旋桨的转速，机体入水后只由捷联惯性导航模块提供导航信息；

水下模式：只由捷联惯性导航模块提供导航信息，处理器控制电调进而控制动力电机和螺旋桨，使螺旋桨进入低转速模式；

出水模式：由捷联惯性导航模块和gps模块提供导航信息，由水压传感器模块提供下潜深度信息，在机体距离水面合理高度处，处理器控制保险装置打开，底部平板被弹簧向下弹出，螺旋桨都出水后，立刻恢复空中模式，与此同时，处理器控制推杆驱动电机收回推杆，推杆在收回的过程中将底部平板推回至保险装置处，保险装置自动锁上底部平板。

前述的多旋翼空潜无人飞行器，其特征在于，前述旋翼臂与机体一体成型。

前述的多旋翼空潜无人飞行器，其特征在于，前述起落架和推杆的末端都安装有帽套。

前述的多旋翼空潜无人飞行器，其特征在于，在入水模式中，机体距离水面15cm-40cm时，处理器开始控制降低螺旋桨的转速。

前述的多旋翼空潜无人飞行器，其特征在于，在出水模式中，机体距离水面10cm-20cm时，处理器控制保险装置打开。

本发明的有益之处在于：

(1)同时具备空中飞行、水下航行两种运动能力，既能反复从空中下沉至水下并切换至水下模式航行，又能反复从水下上升至跃出水面(空中)并切换至空中模式航行；

(2)具有空中模式、入水模式、水下模式、出水模式四种控制模式，其中，出水模式时间极短、弹射路程较长，不仅节省了出水及其准备时间，而且可以应用在具有波浪的情况下，由于无人机可快速穿越波浪层，所以不会出现出水后又遇浪拍打的情况，较为安全，出水成功概率高；

(3)相比传统的水下航行器活动范围极大，若采用先空中飞行后水下航行的方式进行飞行，由于在空中飞行较水下航行耗能低，所以可增加活动半径数倍；

(4)可以搭载具有合适质量与体积的设备执行不同任务；

(5)可以在一次任务期间，反复入水、出水，不需要更换硬件或者补充硬件。

附图说明

图1是本发明的多旋翼空潜无人飞行器的一个具体实施例的结构示意图；

图2是本发明的多旋翼空潜无人飞行器的主要模块/结构与处理器的连接示意图。

图中附图标记的含义：1-机体、2-旋翼臂、3-动力电机、4-螺旋桨、5-起落架、6-推杆驱动电机、7-推杆、8-弹簧、9-保险装置、10-底部平板、11-帽套。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

参照图1，本发明的多旋翼空潜无人飞行器包括：机体1、旋翼臂2、电调(未图示)、动力电机3、螺旋桨4、起落架5、推杆驱动电机6、推杆7、弹簧8、保险装置9、底部平板10和处理器(未图示)。

旋翼臂2对称分布于机体1上，其与机体1一体成型，用于承载电调、动力电机3和螺旋桨4。

电调和动力电机3安装于旋翼臂2的末端，动力电机3与电调信号连接，电调用于向动力电机3传输处理器发出的控制信号，动力电机3用于给螺旋桨4提供动力，螺旋桨4安装于动力电机3输出轴上。

起落架5对称的安装在机体1的底部，优选由四根起落杆组成。起落架5的末端安装有帽套11。

推杆驱动电机6安装在机体1的底部的中间位置，推杆7安装在推杆驱动电机6的输出轴上，在推杆驱动电机6的驱动下推杆7能够做伸缩运动，推杆7的末端安装有帽套11，帽套11用于向上托起底部平板10，保险装置9安装在推杆7的侧壁上，在控制器的控制下保险装置9能够锁上和解锁底部平板10。

底部平板10套在推杆7和起落架5上，并能够相对推杆7和起落架5滑动，弹簧8的两端分别与推杆驱动电机6和底部平板10连接，底部平板10处于解锁状态时弹簧8能够将其向下弹出，在水的反作用力下，给机身1提供向上的托举力。

处理器安装于机体1内部，电调、推杆驱动电机6以及保险装置9均与处理器信号连接。

此外，参照图2，机体1内还安装有：捷联惯性导航模块、gps模块、超声波测距模块、水压传感器模块、电源模块和无线通信模块。

电源模块给处理器供电。

捷联惯性导航模块、gps模块、超声波测距模块、水压传感器模块和无线通信模块均与处理器信号连接。

整个多旋翼空潜无人飞行器通过合理配重后，密度略大于水(海水或者湖水)，确保了其能够以相对稳定的状态入水。

本发明的多旋翼空潜无人飞行器，其处理器提供四种控制模式：空中模式、入水模式、水下模式、出水模式。这四种控制模式解决了无人机在不同环境下的姿态控制、速度控制、位置控制问题。

1、空中模式

由捷联惯性导航模块和gps模块提供导航信息，处理器给出制导路径，控制电调进而控制动力电机3和螺旋桨4完成飞行过程。

2、入水模式

由超声波测距模块判断机体1相对于水面的高度，在机体1距离水面合理高度处(15cm-40cm)，处理器控制降低螺旋桨4的转速，防止动力电机3由于入水阻力过大被烧毁，以便在水下产生符合要求并满足电机要求的矢量推力，机体1入水后只由捷联惯性导航模块提供导航信息。

3、水下模式

只由捷联惯性导航模块提供导航信息，处理器控制电调进而控制动力电机3和螺旋桨4，使螺旋桨4进入低转速模式。

4、出水模式

由捷联惯性导航模块和gps模块提供导航信息，由水压传感器模块提供下潜深度信息，在机体1距离水面合理高度处(10cm-20cm)，处理器控制保险装置9打开，底部平板10被弹簧8向下弹出，由于水流体介质的巨大阻力以及底部面板10的反作用力，上部的机身1受到短暂的托举力被向上托起，检测到螺旋桨4都出水后，立刻恢复空中模式。

与此同时，处理器控制推杆驱动电机6开始工作，收回推杆7，推杆7在收回的过程中将底部平板10推回至保险装置9处，保险装置9自动锁上底部平板10。

在出水模式下，多旋翼空潜无人飞行器出水时间极短、弹射路程较长，不仅节省了出水及其准备时间，而且可以应用在具有波浪的情况下，由于多旋翼空潜无人飞行器可快速穿越波浪层，所以不会出现出水后又遇浪拍打的情况，较为安全。

综上所述，本发明的多旋翼空潜无人飞行器同时具备空中飞行、水下航行两种运动能力，具有空中模式、入水模式、水下模式、出水模式四种控制模式，在一次任务期间，既能反复从空中下沉至水下并切换至水下模式航行，又能反复从水下上升至跃出水面(空中)并切换至空中模式航行，不需要更换硬件或者补充硬件。

由于在空中飞行较水下航行耗能低，若采用先空中飞行后水下航行的方式进行飞行，本发明的多旋翼空潜无人飞行器相比传统的水下航行器活动范围极大，可增加活动半径数倍。

此外，本发明的多旋翼空潜无人飞行器可以搭载具有合适质量与体积的设备执行不同任务，例如：

(1)搭载防水摄像机、水声探测设备和电磁通信设备，建立空对潜的目标探测，对未知水域进行自主式探测，在返回空中时通过电磁波传输，还可协助进行岛屿登陆探测，在执行登陆任务时，可实现埋伏在登陆岛屿临近海域，升空之后，提供登陆岛屿的实时视频信息；

(2)搭载电磁通信设备、水声通讯设备以及信号存储设备，建立空-潜高效数据链，可以作为空中目标与水下目标的中继通信设备，相比于传统空-潜中继通讯设备，不再需要大型舰船或直升机的协助释放以及捕捞，实现空-潜数据链的低成本化、便携性以及远距离自主释放；

(3)搭载防水摄像机、小型雷达和水声通信设备，建立潜对空的目标探测，由水下目标释放，对于未知空域进行自主式地形探测或者海面目标的探测，并在返回水下时通过水声通信设备进行传输。

需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。