一种海陆空三栖飞行器的制作方法

本实用新型涉及飞行设备以及电子控制设备技术领域，具体涉及一种海陆空三栖飞行器。

背景技术：

现有技术存在一些关于无人三栖车控制系统及控制方法的技术，如中国专利公开号 CN102529621A的发明专利申请公开了三栖飞行器自动控制，通过GPS、雷达、图传等一些传感模块检测飞行器所处环境，然后对做出相对应答实现飞行器的自主控制，并改变运动方式，然而该发明专利申请公开的是三栖飞行器自动控制，没有具体控制的机械结构，并且没有机械转化的控制部分。此外，申请公开号CN106976367A公开了一种基于 Arduino平台利用遥控器控制MWC飞控控制防水电机实现飞行器的三栖状态下的运动，搭载多种模块完成多种任务，该发明专利申请基于Arduino平台用MWC开源飞控实现其特定结构的控制，首先结构彼此不同，控制方式也就不同。

现有技术中除了基本控制系统以外，没有含运动方式转化过程的具体实现，也没有公开带有机械部分结构图，此外，并没有将飞行电机与陆地运动电机分开使用，运动电机与飞行电机的参数不尽相同，本身是无法通用的，同时现有技术也没有公开可以完成特殊特定任务的飞行器。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的上述问题，本实用新型提供一种海陆空三栖飞行器，可以控制海陆空三种环境的运动，并完成三种模式转化，并且搭载特定模块实现特定功能，如图传设备实现侦察摄影等任务。

本实用新型的目的在于提供一种海陆空三栖飞行器，包括：

控制器(5)；

运动模块，包括第一飞行无刷电机(6)和第二飞行无刷电机(10)、第一运动无刷电机(7)和第二运动无刷电机(9)、第一电子调速器(1)、第二电子调速器(2)、第三电子调速器(3)、第四电子调速器(4)以及电机驱动模块；

模式转化模块，包括步进电机(12)；

丝杠装置(8)；

其中，所述控制器(5)采用模块化实现，包括：

电源模块，所述电源模块包括电源及变压模块，其中所述变压模块包括降压模块，所述降压模块使整个系统正常供电；

主控芯片，包括接收机和电子调速器，所述接收机用于接收遥控器指令、计算机经过通信模块发送的指令以及传感器模块检测到的信息，通过对这些指令和传感信息的筛选、计算，进而去做出响应控制电机转动以及输出信息，通过远程传输传到计算机上，通过所述电子调速器解调信息，调节四个飞行无刷电机转速实现飞行器的运动；

信息接收模块，包括相互连接的陀螺仪、加速度计、超声波、摄像头、接收机以及多组传感器模块，所述接收机用于接收遥控器指令、计算机通过通信模块传送的指令以及传感器模块识别的传感信息；

通信模块，包括通信芯片，用于主控芯片与计算机之间的通信，接收传感器的数据从而获得转换海陆空三栖飞行器模式所需要的信息。

优选的，所述信息接收模块的陀螺仪采用三轴陀螺仪，通过测量三维坐标系内陀螺转子的垂直轴与所述海陆空三栖飞行器之间的夹角，并计算角速度，通过夹角和角速度来判别所述海陆空三栖飞行器在三维空间的运动状态，最终判断出所述海陆空的移动轨迹，即所述三轴陀螺仪通过测量自身的旋转状态，判断出所述海陆空三栖飞行器当前运动状态，包括运动方向和角速度上的加速还是角速度上的减速。

优选的，所述信息接收模块的加速度计用于感知任意方向上的加速度，所述加速度计测量所述海陆空三栖飞行器在某个轴向的受力情况获得海陆空三栖飞行器当前运动状态，所述受力情况表现形式为轴向的加速度大小和方向。

优选的，所述多组传感器模块包括：

(1)磁力计，用于测试磁场强度和方向，测量出所述海陆空三栖飞行器与东南西北四个方向上的夹角，定位所述海陆空三栖飞行器的方位；

(2)气压传感器，用于测试环境气压，从而获得所述海陆空三栖飞行器高度以实现定高飞行。

优选的，为了实现特定功能，所述多组传感器模块还包括搭载的多组特定模块，包括：

(1)超声波模块，飞行过程中，所述超声波模块发出一定频率的超声波，超声波遇到物体发生反射，返回到发射处被检测模块接收，从而获知所述海陆空三栖飞行器与前方物体的距离进行有效避障；

(2)温湿度传感器，用于检测环境温湿度，从而获得环境的温湿度参数；

(3)气体浓度传感器，用于检测环境的某些气体浓度，不同气体设置不同的气体浓度传感器；

(4)红外传感器，用于测量红外信号，作为生命检测仪；

(5)摄像头，用于采集实时图像信息。

优选的，所述主控芯片包括PWM调制解调器，应答三种状态下的运动，主控芯片通过电子调速器调节四个飞行无刷电机转速实现飞行器的运动，分别为：垂直运动、俯仰运动、滚转运动、偏航运动、前后运动、倾向运动，通过PWM调制解调器控制电机驱动模块使两个运动无刷电机(7，9)实现正反转及停止，所述运动无刷电机(7，9)与减速组啮合带动轮转动，实现陆地上的基本运动前进、后退、左右转向，利用两个飞行无刷电机(6，10)转动斜向下方向会产生一个斜向上的力，两个飞行无刷电机(6，10) 差速实现水面上的运动，经过模式变换使得桨转动平面与水平成一定夹角，飞行模式下，两个飞行无刷电机(6，10)和两个运动无刷电机(7，9)采用与普通四旋翼相同的控制方式，地面运动模式下，四个运动电机实现轮子转动，水上模式下，利用两个飞行无刷电机(6)转动斜向下方向会产生一个斜向上的力，两个飞行无刷电机(6，10)差速实现水面上的运动。

优选的，所述海陆空三栖飞行器还包括：丝杠(11)，第一锥齿轮(13)，第二锥齿轮(14)，第一圆齿轮(15)，第二圆齿轮(16)，第一连杆(17)，滑台(18)，第二连杆(19)，第三连杆(20)，所述步进电机(12)与丝杠(11)同轴连接并带动丝杠(11)旋转，丝杠(11)旋转升高或降低滑台(18)，带动第一连杆(17)绕铰链转动，因为第三连杆(20)固定于机身，所以由第一连杆(17)、第二连杆(19)、第三连杆(20)以及将第一连杆(17)和第二连杆(19)连接的一条边形成的四边形的两条对边始终平行，所述第一连杆(17)带动第二连杆(19)上面固定的第一锥齿轮(13) 转动，从而带动与第一锥齿轮(13)啮合的第二锥齿轮(14)转动，第二锥齿轮(14) 与第一圆齿轮(15)通过轴来连接，从而带动第一圆齿轮(15)转动进而带动啮合的第二圆齿轮(16)转动，飞机的电机轴与第二圆齿轮(16)通过轴连接从而进行转动，所述第一连杆(17)转动实现机臂升降，所述第二圆齿轮(16)轴转动可实现电机轴转动，从而可以完成各种模式的切换。

优选的，与丝杠同轴的所述步进电机(12)根据丝杠参数具体计算所需要的扭矩选择合适的步进电机(12)，所述运动无刷电机(7，9)为两相的，所述飞行无刷电机(6， 10)为三相电机，所述运动无刷电机(7，9)和所述飞行无刷电机(6，10)的参数根据所述海陆空三栖飞行器的模型大小确定。

采用本实用新型的海陆空三栖飞行器，其中的控制系统为该海陆空三栖飞行器打造，能够实现其三种模式下的运动模式转换，并且可搭载多种传感模块，完成特定任务，扩展能力强，同时可以实现远程通信，对飞行器所处实时环境进行检测，或为了特定目的搭载特殊传感器实现特定任务。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本发明的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：

附图1为根据本实用新型实施例的海陆空三栖飞行器模型主视图；

附图2为根据本实用新型实施例的海陆空三栖飞行器电机主视图；

附图3为根据本实用新型实施例的海陆空三栖飞行器模式转换部分机械结构示意图；

附图4为根据本实用新型实施例的海陆空三栖飞行器模型控制及运动部分的结构组成示意图；

附图5(a)根据本实用新型实施例的海陆空三栖飞行器模型工作在飞行模式下的示意图；

附图5(b)根据本实用新型实施例的海陆空三栖飞行器模型工作在地面运动模式下的示意图；

附图5(c)根据本实用新型实施例的海陆空三栖飞行器模型工作在水上模式下的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，但并不用来限制本发明的保护范围。

参见附图1-2以及图4，本实施例的海陆空三栖飞行器包括：控制器(5)；运动模块，包括第一飞行无刷电机(6)和第二飞行无刷电机(10)、第一运动无刷电机(7) 和第二运动无刷电机(9)、第一电子调速器(1)、第二电子调速器(2)、第三电子调速器(3)、第四电子调速器(4)以及电机驱动模块；模式转化模块，包括步进电机(12)；丝杠装置(8)；其中，所述控制器(5)采用模块化实现，包括：电源模块，所述电源模块包括电源及变压模块，其中所述变压模块包括降压模块，所述降压模块使整个系统正常供电；主控芯片，包括接收机和电子调速器，所述接收机用于接收遥控器指令、计算机经过通信模块发送的指令以及传感器模块检测到的信息，通过对这些指令和传感信息的筛选、计算，进而去做出响应控制电机转动以及输出信息，通过远程传输传到计算机上，通过所述电子调速器解调信息，调节四个飞行无刷电机转速实现飞行器的运动；信息接收模块，包括相互连接的陀螺仪、加速度计、超声波、摄像头、接收机以及多组传感器模块。陀螺仪采用三轴陀螺仪，通过测量三维坐标系内陀螺转子的垂直轴与所述海陆空三栖飞行器之间的夹角，并计算角速度，通过夹角和角速度来判别所述海陆空三栖飞行器在三维空间的运动状态，最终判断出所述海陆空的移动轨迹，即三轴陀螺仪通过测量自身的旋转状态，判断出海陆空三栖飞行器当前运动状态，包括运动方向和角速度上的加速还是角速度上的减速。加速度计用于感知任意方向上的加速度，加速度计测量海陆空三栖飞行器在某个轴向的受力情况获得海陆空三栖飞行器当前运动状态，所述受力情况表现形式为轴向的加速度大小和方向。接收机用于接收遥控器指令、计算机通过无线传输模块作为通信模块传送的指令以及传感器模块识别的传感信息；以及通信模块，包括通信芯片，用于主控芯片与计算机之间的通信，接收传感器的数据从而获得转换海陆空三栖飞行器模式所需要的信息。

该实施例中多组传感器模块包括：

(1)磁力计，用于测试磁场强度和方向，测量出所述海陆空三栖飞行器与东南西北四个方向上的夹角，定位所述海陆空三栖飞行器的方位；

(2)气压传感器，用于测试环境气压，从而获得所述海陆空三栖飞行器高度以实现定高飞行。

为了实现特定功能，还搭载的多组特定传感器模块，包括：

(1)超声波模块，飞行过程中，所述超声波模块发出一定频率的超声波，超声波遇到物体发生反射，返回到发射处被检测模块接收，从而获知所述海陆空三栖飞行器与前方物体的距离进行有效避障；

(2)温湿度传感器，用于检测环境温湿度，从而获得环境的温湿度参数；

(3)气体浓度传感器，用于检测环境的某些气体浓度，不同气体设置不同的气体浓度传感器；

(4)红外传感器，用于测量红外信号，作为生命检测仪；

(5)摄像头，用于采集实时图像信息。

主控芯片设置PWM调制解调器，应答三种状态下的运动，主控芯片通过电子调速器调节四个飞行无刷电机转速实现飞行器的运动，分别为：垂直运动、俯仰运动、滚转运动、偏航运动、前后运动、倾向运动，通过PWM调制解调器控制电机驱动模块使两个运动无刷电机(7，9)实现正反转及停止，所述运动无刷电机(7，9)与减速组啮合带动轮转动，实现陆地上的基本运动前进、后退、左右转向，利用两个飞行无刷电机(6，10) 转动斜向下方向会产生一个斜向上的力，两个飞行无刷电机(6，10)差速实现水面上的运动，经过模式变换使得桨转动平面与水平成一定夹角。参见图5(a)，飞行模式下，两个飞行无刷电机(6，10)和两个运动无刷电机(7，9)采用与普通四旋翼相同的控制方式；参见图5(b)，地面运动模式下，四个运动电机实现轮子转动；参见图5(c)，水上模式下，利用两个飞行无刷电机(6)转动斜向下方向会产生一个斜向上的力，两个飞行无刷电机(6，10)差速实现水面上的运动。

参见附图3，所述海陆空三栖飞行器还包括：丝杠(11)，第一锥齿轮(13)，第二锥齿轮(14)，第一圆齿轮(15)，第二圆齿轮(16)，第一连杆(17)，滑台(18)，第二连杆(19)，第三连杆(20)，所述步进电机(12)与丝杠(11)同轴连接并带动丝杠(11)旋转，丝杠(11)旋转升高或降低滑台(18)，带动第一连杆(17)绕铰链转动，因为第三连杆(20)固定于机身，所以由第一连杆(17)、第二连杆(19)、第三连杆(20)以及将第一连杆(17)和第二连杆(19)连接的一条边形成的四边形的两条对边始终平行，所述第一连杆(17)带动第二连杆(19)上面固定的第一锥齿轮(13) 转动，从而带动与第一锥齿轮(13)啮合的第二锥齿轮(14)转动，第二锥齿轮(14) 与第一圆齿轮(15)通过轴来连接，从而带动第一圆齿轮(15)转动进而带动啮合的第二圆齿轮(16)转动，飞机的电机轴与第二圆齿轮(16)通过轴连接从而进行转动，所述第一连杆(17)转动实现机臂升降，所述第二圆齿轮(16)轴转动可实现电机轴转动，从而可以完成各种模式的切换。与丝杠同轴的所述步进电机(12)根据丝杠参数具体计算所需要的扭矩选择合适的步进电机(12)，所述运动无刷电机(7，9)为两相的，所述飞行无刷电机(6，10)为三相电机，所述运动无刷电机(7，9)和所述飞行无刷电机(6，10)的参数根据所述海陆空三栖飞行器的模型大小确定。

采用本实施例的海陆空三栖飞行器，其中的控制系统为该海陆空三栖飞行器打造，能够实现其三种模式下的运动模式转换，并且可搭载多种传感模块，完成特定任务，扩展能力强，同时可以实现远程通信，对飞行器所处实时环境进行检测，或为了特定目的搭载特殊传感器实现特定任务。

以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时本领域的一般技术人员，根据本实用新型的实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。