一种水陆空三栖无人机的制作方法

1.本发明涉及一种无人机，特别涉及一种水陆空三栖无人机。


背景技术：

2.无人机由于体积小、重量轻、便于携带，因此得到了非常广泛的应用。现有的无人机中，以多旋翼和固定翼无人机为主，但其都有各自的局限性。多旋翼无人机可以实现垂直起降，但无法在地面上行驶；部分固定翼无人机可在地面上行驶，但只能直线行驶且对地面平整度要求较高。因此如何提供一种能够在空中、水面和地面运行的车轮部分式三栖无人机是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

3.为了克服上述背景技术中的不足，本发明提供了一种水陆空三栖无人机。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水陆空三栖无人机，包括陆地转换系统、减速系统、承载结构、传动系统、车轮部分、悬挂系统、电控系统、差速系统。所述陆地转换系统一端与承载结构连接，所述陆地转换系统另一端与悬挂系统连接，所述陆地转换系统中间部分与传动系统连接；所述悬挂系统通过电机与车轮部分固定连接；所述电机通过差速系统与传动系统连接，所述传动系统通过减速系统与车轮部分连接；所述电控系统、差速系统位于承载结构内部，所述电控系统通过电信号与电机连接。所述传动系统穿过承载结构与减速系统连接。
5.本发明电机分为中心电机和旋翼电机，所述中心电机与差速系统连接，所述旋翼电机与悬挂系统连接。本发明包括一个中心电机、四个旋翼电机、四个悬挂系统，一个所述中心电机与差速系统连接，四个所述旋翼电机分别与四个所述悬挂系统连接。所述电机给本发明提供动力。
6.所述陆地转换系统包括第一短连杆、第一中连杆、第二中连杆、长连杆、第二短连杆，所述第一短连杆一端与承载结构转动连接，所述第一短连杆另一端与第一中连杆转动连接。所述第一中连杆的另一端、所述第二中连杆的一端、所述长连杆的中间部分同轴转动连接。所述第二短连杆的一端与第二中连杆的另一端转动连接，所述第二短连杆的另一端与长连杆的一端转动连接，所述长连杆的另一端与承载结构转动连接。所述第一短连杆、第一中连杆、第二中连杆、长连杆、第二短连杆构成五连杆机构。所述陆地转换系统采用五连杆机构，五连杆机构稳定性高。
7.所述减速系统包括大斜齿轮、中间轴、小斜齿轮轴、小斜齿轮，所述大斜齿轮与中间轴固定连接，所述中间轴穿过大斜齿轮中心；所述大斜齿轮与小斜齿轮连接，所述小斜齿轮轴穿过小斜齿轮中心，所述小斜齿轮轴一端与小斜齿轮固定连接，所述小斜齿轮轴另一端与传动系统固定连接。所述中间轴一端设有螺旋桨，所述螺旋桨一端与中间轴固定连接，所述螺旋桨另一端与车轮部分固定连接。
8.所述承载结构包括上盖、下盖、中间板，所述电控系统位于中间板上端，所述差速
系统位于中间板下端，所述第一短连杆与中间板转动连接。所述舵机位于中间板上端，所述承载结构是本发明的机体部分。
9.所述传动部分分为两个传动系统，一个是飞行时的传动系统，即第一传动部分；另一个是水陆模式的传动系统，即第二传动部分。所述第一传动部分传递的动力源有两个，分别是旋翼电机和舵机，所述旋翼电机提供飞行时的动力，所述舵机提供将车轮部分转换到平行地面状态的动力。所述第二传动部分传递的动力源是中心电机，所述第二传动部分将中心电机通过差速系统分配的动力传递给车轮部分。所述传动部分包括第一传动部分、第二传动部分，所述第一传动部分包括第一长杆、第一短杆，所述第一长杆两端各与一个所述长连杆固定连接，所述第一短杆的一端设有通槽，所述第一长杆的中间部分穿过第一短杆通槽，所述第一短杆的另一端与舵机转动连接。所述第二传动部分包括万向节、第三长杆，所述万向节一端与小斜齿轮轴固定连接，所述万向节另一端与第三长杆固定连接，所述第三长杆另一端通过万向节与第一动力输出轴转动连接。所述舵机驱动第一短杆转动，所述第一短杆向上转动时，所述第一长杆在第一短杆的通槽中滑动。所述第二传动部分分为第二右传动部分、第二左传动部分，所述差速系统将动力通过第一动力输出轴直接传递到第二右传动部分，所述差速系统通过行星齿轮、第二动力输出轴、半轴齿轮将动力传递给第二左传动部分。所述第二右传动部分与第二左传动部分受到的动力不同。
10.所述车轮部分包括螺旋桨、涵道、连接条，所述连接条与涵道固定连接。所述中间轴一端设有若干连接条，所述连接条与中间轴固定连接。所述螺旋桨转动与连接条转动互不干涉。本发明在飞行时，所述螺旋桨高速旋转向下压缩气体,产生升力,使本发明向上飞。本发明在水陆模式时，所述连接条带动涵道滚动。本发明在飞行模式时，所述车轮部分平行于地面，本发明飞行时由螺旋桨提供动力；本发明在水陆模式时，所述车轮部分垂直水平面，所述车轮部分变为水陆前进的动力，所述陆地转换系统用于切换车轮部分的状态。
11.所述悬挂系统包括主支架、副支架、连接架、活塞杆、上连接轴、套筒座、短支架、桥连接轴、下连接轴，所述主支架一端与连接架固定连接，所述主支架另一端与陆地转换系统转动连接；所述副支架一端与主支架的中间部分转动连接，所述副支架另一端与陆地转换系统转动连接；所述活塞杆上端绕连接轴转动连接，所述活塞杆下端套设在套筒座中，所述套筒座与下连接轴固定连接，所述上连接轴与连接架的另一端固定连接；所述短支架一端与下连接轴的一端转动连接，所述短支架另一端与桥连接轴的一端转动连接。所述活塞杆与套筒座间设有弹簧，所述弹簧一端与活塞杆固定连接，所述弹簧另一端与套筒座固定连接。
12.所述差速系统包括动力输入轴、锥齿轮、第一动力输出轴、环形齿轮、行星齿轮、第二动力输出轴、半轴齿轮，所述动力输入轴一端与电机固定连接，所述动力输入轴另一端与锥齿轮固定连接；所述锥齿轮与环形齿轮连接，所述第一动力输出轴穿过环形齿轮中心，所述第一动力输出轴一端与行星齿轮固定连接，所述第一动力输出轴另一端与传动系统连接，所述环形齿轮与第一动力输出轴中间部分连接；所述行星齿轮与半轴齿轮连接，所述第二动力输出轴一端与行星齿轮固定连接，所述第二动力输出轴另一端与传动系统连接。所述差速系统包括两个行星齿轮，两个所述行星齿轮通过半轴齿轮连接。所述动力输入轴与第一齿轮固定连接，所述第一齿轮与第二齿轮连接，所述第二齿轮与连接轴固定连接，所述连接轴与电机固定连接。所述第一齿轮、所述第二齿轮是直齿齿轮，所述第一齿轮与所述第
二齿轮传动比不同。所述第一齿轮传动比大于第二齿轮传动比，所述电机通过连接轴带动第二齿轮转动，所述第一齿轮与第二齿轮啮合，所述第一齿轮沿相反方向转动，所述第一齿轮通过动力输入轴带动锥齿轮转动，所述锥齿轮带动环形齿轮转动，所述环形齿轮一端通过第一动力输出轴将动力传递给传动系统，所述环形齿轮另一端与行星齿轮固定连接，所述第二动力输出轴一端与行星齿轮固定连接，两个所述行星齿轮通过半轴齿轮连接，所述第二动力输出轴另一端与传动系统连接。所述中心电机提供的动力通过差速系统分配给传动系统。
13.本发明的有益效果是：本发明不仅可实现在陆地上曲线行走，更可以实现在陆地上随时随地起降。本发明设置了差速系统和悬挂系统，差速系统可保证本发明在陆地上可实现拐弯、曲线等运动；悬挂系统可保证本发明在不平整的陆地上能够平稳行驶。减速系统的设计增加了本发明在陆地及水面起降时的平稳性，在陆地上行驶时可使电机转速降低不至于车轮转速较快，在起飞时可使电机转速增加，螺旋桨转速增加使其升力增加达到起飞状态。
附图说明
14.图1是本发明水陆模式的结构示意图。
15.图2是本发明飞行模式的结构示意图。
16.图3是本发明陆地转换系统的结构示意图。
17.图4是本发明减速系统的结构示意图。
18.图5是本发明承载结构的结构示意图。
19.图6是本发明承载结构的内部局部结构示意图。
20.图7是本发明传动系统的结构示意图。
21.图8是本发明传动系统第一传动部分与其他部件连接时的结构示意图。
22.图9是本发明传动系统的第一传动部分结构示意图。
23.图10是本发明传动系统的第二传动部分结构示意图。
24.图11是本发明传动系统的第二右传动部分结构示意图。
25.图12是本发明传动系统的第二左传动部分结构示意图。
26.图13是本发明车轮部分的结构示意图。
27.图14是本发明车轮部分的局部放大图。
28.图15是本发明悬挂系统的结构示意图。
29.图16是本发明差速系统的结构示意图。
30.图中1.陆地转换系统，2.电机，3.减速系统，4.承载结构，5.传动系统，6.车轮部分，7.悬挂系统，8.电控系统，9.差速系统，11.第一短连杆，12.第一中连杆，13.第二中连杆，14.长连杆，15.第二短连杆，21.第一齿轮，22.第二齿轮，23.连接轴，31.大斜齿轮，32.中间轴，33.小斜齿轮轴，34.小斜齿轮，41.上盖，42.下盖，43.中间板，44.舵机，51.第一传动部分，52.第二传动部分，52a.第二右传动部分，52b.第二左传动部分，511.第一长杆，512.第一短杆，521.传动齿轮，522.第二长杆，523.万向节，524.第三长杆，61.螺旋桨，62.涵道，63.连接条，64.连接齿轮，71.主支架，72.副支架，73.连接架，74.活塞杆，75.上连接轴，76.套筒座，77.短支架，78.桥连接轴，79.下连接轴，91.动力输入轴，92.锥齿轮，93.第
一动力输出轴，94.环形齿轮，95.行星齿轮，96.第二动力输出轴，97.半轴齿轮。
具体实施方式
31.下面将结合附图对本发明进行具体描述。本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。
32.如图1
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图16所示，一种水陆空三栖无人机，包括陆地转换系统1、减速系统3、承载结构4、传动系统5、车轮部分6、悬挂系统7、电控系统8、差速系统9。陆地转换系统1一端与承载结构4连接，陆地转换系统1另一端与悬挂系统7连接，陆地转换系统1中间部分与传动系统5连接；悬挂系统7通过电机2与车轮部分6固定连接；电机2通过差速系统9与传动系统5连接，传动系统5通过减速系统3与车轮部分6连接；电控系统8、差速系统9位于承载结构4内部，电控系统8通过电信号与电机2连接。传动系统5穿过承载结构4内部与减速系统3连接。
33.电机2分为中心电机2a和旋翼电机2b，中心电机2a与差速系统9连接，旋翼电机2b分别与悬挂系统7连接。本发明包括一个中心电机2a、四个旋翼电机2b、四个悬挂系统7。一个中心电机2a与差速系统9连接，四个旋翼电机2b分别与四个悬挂系统7连接。电机2给本发明提供动力。
34.陆地转换系统1包括第一短连杆11、第一中连杆12、第二中连杆13、长连杆14、第二短连杆15。第一短连杆11一端与承载结构4转动连接，第一短连杆11另一端与第一中连杆12转动连接；第一中连杆12的另一端与第二中连杆13的一端转动连接，第一中连杆12、第二中连杆13与长连杆14的中间部分同轴转动连接；第二短连杆15的一端与第二中连杆13的另一端转动连接，第二短连杆15的另一端与长连杆14的一端转动连接，长连杆14的另一端与承载结构4转动连接。第一短连杆11、第一中连杆12、第二中连杆13、长连杆14、第二短连杆15构成五连杆机构。陆地转换系统1采用五连杆机构，五连杆机构稳定性高。
35.减速系统3包括大斜齿轮31、中间轴32、小斜齿轮轴33、小斜齿轮34，大斜齿轮31与中间轴32固定连接，中间轴32穿过大斜齿轮31中心；大斜齿轮31与小斜齿轮34连接，小斜齿轮轴33穿过小斜齿轮34中心，小斜齿轮轴33一端与小斜齿轮34固定连接，小斜齿轮轴33另一端与传动系统5连接。中间轴32一端设有螺旋桨61，螺旋桨61一端与中间轴32固定连接。承载结构4包括上盖41、下盖42、中间板43，电控系统8位于中间板43上端，差速系统9位于中间板43下端，第一短连杆11、长连杆14分别与中间板43转动连接。舵机44位于中间板43上端。承载结构4是本发明的机体部分，传动系统5穿过承载结构4与减速系统3连接。
36.传动部分5分为两个传动系统，一个是飞行时的传动系统，即第一传动部分51；另一个是水陆模式的传动系统，即第二传动部分52。第一传动部分51传递的动力源有两个，分别是旋翼电机2b和舵机44，旋翼电机2b提供飞行时的动力，舵机44用于切换车轮部分6与地面的空间位置关系。第二传动部分52传递的动力源是中心电机2a，第二传动部分52将中心电机2a通过差速系统9分配的动力传递给车轮部分6。传动部分5包括第一传动部分51、第二传动部分52，第一传动部分51包括第一长杆511、第一短杆512，第一长杆511两端各与一个长连杆14固定连接，第一短杆512的一端设有通槽，第一长杆511的中间部分穿过第一短杆512通槽，第一短杆512的另一端与舵机44转动连接。舵机44通过第一短杆512控制第一长杆511的运动，第一长杆511通过长连杆14将运动状态传递给陆地转换系统1。第二传动部分52包括万向节522、第三长杆523，第二传动部分52分为第二右传动部分52a、第二左传动部分
52b，差速系统9将动力通过第一动力输出轴93直接传递到第二右传动部分52a，差速系统9通过行星齿轮95、第二动力输出轴96、半轴齿轮97将动力传递给第二左传动部分52b。第二右传动部分52a与第二左传动部分52b受到的动力不同。在第二右传动部分52a中，第三长杆523一端通过万向节522与第一动力输出轴93转动连接，第三长杆523另一端通过万向节522与小斜齿轮轴33连接。第二左传动部分52b中，第三长杆523一端通过万向节522与第二动力输出轴96转动连接，第三长杆523另一端通过万向节522与小斜齿轮轴33连接。舵机44驱动第一短杆512转动，第一短杆512向上转动时，第一长杆511在第一短杆512的通槽中滑动。
37.车轮部分6包括螺旋桨61、涵道62、连接条63。中间轴32一端设有若干连接条63，连接条63与涵道62固定连接，螺旋桨61、连接条63、中间轴32同轴设置，螺旋桨61转动与连接条63转动互不干涉。本发明在飞行时，连接条63与涵道62不运动，螺旋桨61高速旋转向下压缩气体,产生升力,使本发明向上飞。本发明在水陆模式时，螺旋桨61不工作，连接条63与涵道62滚动。本发明在飞行模式时，车轮部分6平行于地面，本发明飞行时由螺旋桨61提供动力，本发明在水陆模式时，车轮部分6垂直水平面，车轮部分6变为水陆前进的动力，陆地转换系统1用于切换车轮部分6的状态。本发明整体呈左右对称结构，本发明包括四个车轮部分6，每个车轮部分6设有一个旋翼电机2b，旋翼电机2b与悬挂系统7转动连接，四个车轮部分6分为两个前轮和两个后轮，后轮为动力轮，后轮设有减速系统3，前轮不设减速系统3。旋翼电机2b与悬挂系统7转动连接，旋翼电机2b与连接齿轮64固定连接，传动齿轮521与中间轴32固定连接，连接齿轮64与传动齿轮521连接，旋翼电机2b一侧与小斜齿轮轴33固定连接。中心电机2a与连接轴23固定连接，第二齿轮22与连接轴23同轴设置，第二齿轮22与连接轴23的一端固定连接。第一齿轮21与第二齿轮22连接，第一齿轮21与动力输入轴91的一端固定连接。
38.悬挂系统7包括主支架71、副支架72、连接架73、活塞杆74、上连接轴75、套筒座76、短支架77、桥连接轴78、下连接轴79，主支架71一端与连接架73固定连接，主支架71另一端与陆地转换系统1转动连接；副支架72一端与主支架71的中间部分转动连接，副支架72另一端与陆地转换系统1转动连接；活塞杆74上端绕连接轴75转动连接，活塞杆74下端套设在套筒座76中，套筒座76与下连接轴79固定连接，上连接轴75与连接架73的另一端固定连接；短支架77一端与下连接轴79的一端转动连接，短支架77另一端与桥连接轴78的一端转动连接。活塞杆74与套筒座76间设有弹簧，弹簧一端与活塞杆74固定连接，弹簧另一端与套筒座76固定连接。
39.差速系统9包括动力输入轴91、锥齿轮92、第一动力输出轴93、环形齿轮94、行星齿轮95、第二动力输出轴96、半轴齿轮97，动力输入轴91一端与电机2固定连接，动力输入轴91另一端与锥齿轮92固定连接；锥齿轮92与环形齿轮94连接，第一动力输出轴93穿过环形齿轮94中心，第一动力输出轴93一端与行星齿轮95固定连接，第一动力输出轴93另一端与传动系统5连接，环形齿轮94与第一动力输出轴93中间部分连接；行星齿轮95与半轴齿轮97连接，第二动力输出轴96一端与行星齿轮95固定连接，第二动力输出轴96另一端与传动系统5连接。差速系统9包括两个行星齿轮95，两个行星齿轮95通过半轴齿轮97连接。动力输入轴91与第一齿轮21固定连接，第一齿轮21与第二齿轮22连接，第二齿轮22与连接轴23固定连接，连接轴23与电机2固定连接。第一齿轮21、第二齿轮22是直齿齿轮，第一齿轮21与第二齿轮22传动比不同。第一齿轮21传动比大于第二齿轮22传动比，电机2通过连接轴23带动第二
齿轮22转动，第一齿轮21与第二齿轮22啮合，第一齿轮21沿相反方向转动，第一齿轮21通过动力输入轴91带动锥齿轮92转动，锥齿轮92带动环形齿轮94转动，环形齿轮94一端通过第一动力输出轴93将动力传递给传动系统5，环形齿轮94另一端与行星齿轮95固定连接，第二动力输出轴96一端与行星齿轮95固定连接，两个行星齿轮95通过半轴齿轮97连接，第二动力输出轴96另一端与传动系统5连接。中心电机2a提供的动力通过差速系统9分配给传动系统5。
40.本发明在飞行模式时，旋翼电机2b工作，中心电机2a不工作，舵机44通过第一传动部分51控制车轮部分6平行地面。本发明设置了有两个舵机44，两个舵机44相互工作，互不干涉，两个舵机44分别设置在中间板43的两侧，每侧舵机44分别控制同侧的两个车轮部分6。舵机44驱动第一短杆512向上转动至第一短杆512垂直于地面，第一长杆511在第一短杆512的通槽中向下滑动，第一长杆511通过陆地转换系统1使悬挂系统7转动至悬挂系统7垂直地面，车轮部分6平行于地面。第一长杆511分别与前轮和后轮的陆地转换系统1连接，因此第一长杆511同时与前轮和后轮的陆地转换系统1作用，前后轮的陆地转换系统1使前后轮的悬挂系统7同时垂直于地面。旋翼电机2b驱动连接齿轮64转动，传动齿轮521随着连接齿轮64沿相反方向转动，传动齿轮521带动中间轴32转动，中间轴32带动螺旋桨61转动，本发明在螺旋桨61的高速旋转下，向上飞行。
41.本发明在水陆模式时，中心电机2a工作，旋翼电机2b不工作，舵机44通过第一传动部分51控制车轮部分6垂直地面，中心电机2a通过差速系统9和第二传动部分52将动力传递给车轮部分6，车轮部分6沿地面滚动。由于本发明转弯时，左右车轮受到的阻力不同，因此第二右传动部分52a、第二左传动部分52b传递给车轮部分6的动力不同。中心电机2a通过差速系统9按实际情况将动力分配给两侧车轮。舵机44驱动第一短杆512转动至第一短杆512平行于地面，第一长杆511在第一短杆512的通槽中左右滑动，第一长杆511通过陆地转换系统1使悬挂系统7转动至悬挂系统7平行于地面，中心电机2a通过差速系统9、第二右传动部分52a、第二左传动部分52b传递给减速系统3，动力经过减速系统3减速后传递给车轮部分6，中间轴32通过连接条63驱动涵道62滚动，本发明在涵道62滚动中向前运动。
42.本发明在飞行模式时，中心电机2a不工作，旋翼电机2b工作，舵机44通过第一传动部分51控制车轮部分6平行地面，旋翼电机2b带动螺旋桨61高速转动，本发明在螺旋桨61的高速旋转下，向上飞行；本发明在水陆模式时，中心电机2a工作，旋翼电机2b不工作，舵机44通过第一传动部分51控制车轮部分6垂直地面，中心电机2a通过差速系统9、第二传动部分52、减速系统3将动力传递给车轮部分6，涵道62滚动，本发明在涵道62的滚动中向前运动。