CN104724284B - 一种多旋翼潜水无人飞行器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多旋翼潜水无人飞行器及其控制方法，飞行器包括机体和多个设于机体上并呈对称分布的旋翼臂，各所述旋翼臂在远离机体的一端设有旋翼组件，所述机体底部对称安装有一对起落架，所述起落架上覆盖安装有气囊，所述机体内安装有处理器、电源模块、无线通信模块、压缩空气存储器和控制阀，所述压缩空气存储器的气体输出端通过控制阀与气囊连接；方法包括空中模式和水中模式。本发明通过控制与压缩空气存储器对气囊充气能有效控制在水中的浮潜情况，从而实现在空中水中无障碍航行，有效解决无人机在飞行途中因意外落水而损坏的问题。本发明可广泛应用于无人机领域中。

Description

一种多旋翼潜水无人飞行器及其控制方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种多旋翼潜水无人飞行器及其控制方法。

背景技术

无人机，是目前开始逐渐实用化的一种飞行器，其具有机动灵 活、反应快速、无人飞行、操作要求低等优点。在无人机上装载多类传感器，例如摄像头，可以实现影像实时传输、高危地区探测功能， 广泛应用于消防、军事、交通、警务、勘探以及气象等领域，以实现对指定区域的巡航拍摄和监视。目前，无人机大多是基于直升机的飞行原理进行设计制造的，可实现垂直升降和高空悬停，从而满足航拍和监控的要求，最普遍的是单轴单桨、单轴共浆以及多旋翼(例如， 四旋翼)形式。但是现在的无人机一般都没有防水保护或下水潜行功能，一旦不小心掉水中，很容易导致无人机因进水损坏。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种结构简单，且可水下航行的一种多旋翼潜水无人飞行器。

本发明的另一个目是提供一种能提高对环境适应性，且容易实现的一种多旋翼潜水无人飞行器及其控制方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种多旋翼潜水无人飞行器，包括机体和多个设于机体上并呈对称分布的旋翼臂，各所述旋翼臂在远离机体的一端设有旋翼组件，所述旋翼组件包括安装在旋翼臂上的动力电机和连接在动力电机输出轴上的螺旋桨，所述机体底部对称安装有一对起落架，所述起落架上覆盖安装有气囊，所述机体内安装有处理器、电源模块、无线通信模块、压缩空气存储器和控制阀，所述处理器分别与电源模块、无线通信模块、控制阀和各旋翼臂上的动力电机连接，所述压缩空气存储器的气体输出端通过控制阀与气囊连接。

作为本发明的进一步改进，各所述旋翼臂包括机臂、安装在机臂内的第一控制电机和第二控制电机以及与第一控制电机连接的折臂，所述机臂与机体一体成型，所述机臂在远离机体的一端上安装有与第二控制电机连接的旋转件，所述折臂通过旋转件与机臂转动相接，所述动力电机安装在折臂内，所述处理器分别与第一控制电机和第二控制电机连接。

作为本发明的进一步改进，所述机体内还设有超声波测距模块，所述处理器与超声波测距模块连接。

作为本发明的进一步改进，所述机体内还设有六轴陀螺仪，所述处理器与六轴陀螺仪连接。

作为本发明的进一步改进，所述机体内还设有GPS模块，所述处理器与GPS模块连接。

作为本发明的进一步改进，所述机体内还设有水压传感器，所述处理器与水压传感器连接。

作为本发明的进一步改进，所述螺旋桨***设有呈圆筒状的保护框，所述保护框与螺旋桨之间留有间隙，所述保护框连接有多根支撑杆，所述保护框通过支撑杆固定安装在折臂上。

作为本发明的进一步改进，所述机体还搭载有外接设备。

作为本发明的进一步改进，所述机体、旋翼臂、旋翼组件、起落架和气囊均采用防水材料制备。

本发明所采用的另一技术方案是：

一种多旋翼潜水无人飞行器控制方法，包括空中模式和水中模式，

所述空中模式，其具体包括：

实时通过超声波测距模块测量前进方向上与障碍物之间的障碍物距离；

根据当前自身速度，计算当前制动距离，进而计算出安全距离阈值；

判断障碍物距离是否小于等于安全距离阈值，若是，则开始减速操作，并发送警报信号和位置信号至控制端，进而待机等待指令；反之，则继续飞行；

所述水中模式，其具体包括：

实时通过水压传感器测量当前水压值，并发送至控制端；

判断当前水压值是否大于等于预设的充气水压阈值，若是，则控制打开控制阀对气囊进行充气，直到当前水压值到达预设的标准水压阈值；反之，则保持当前状态。

本发明的有益效果是：

本发明一种多旋翼潜水无人飞行器通过控制与压缩空气存储器对气囊充气能有效控制在水中的浮潜情况，从而实现在空中水中无障碍航行，有效解决无人机在飞行途中因意外落水而损坏的问题。进一步，本发明通过超声波测距模块，能精确辨别四周的障碍物距离，以便提前进行躲避，有效避免出现碰撞的情况。进一步，本发明通过旋翼壁中的折臂对螺旋桨的方向控制，能实现水空模式的转换，有效提升在水中的机动力。

本发明的另一个有益效果是：

本发明一种多旋翼潜水无人飞行器控制方法通过空中模式和水中模式，能在空中精确辨别四周的障碍物距离，以便提前进行判断减速，有效避免出现碰撞的情况；也能在水中通过控制与压缩空气存储器对气囊充气能有效控制在水中的浮潜情况，从而实现在空中水中无障碍航行，有效解决无人机在飞行途中因意外落水而损坏的问题。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明一种多旋翼潜水无人飞行器的结构示意图；

图2是本发明一种多旋翼潜水无人飞行器的原理方框图。

具体实施方式

参考图1-图2，本发明一种多旋翼潜水无人飞行器，包括机体1和多个设于机体1上并呈对称分布的旋翼臂2，各所述旋翼臂2在远离机体1的一端设有旋翼组件3，所述旋翼组件3包括安装在旋翼臂2上的动力电机31和连接在动力电机31输出轴上的螺旋桨32，所述机体1底部对称安装有一对起落架4，所述起落架4上覆盖安装有气囊5，所述机体1内安装有处理器、电源模块、无线通信模块、超声波测距模块、压缩空气存储器和控制阀，所述处理器分别与电源模块、无线通信模块、超声波测距模块、控制阀和各旋翼臂2上的动力电机31连接，所述压缩空气存储器的气体输出端通过控制阀与气囊5连接。

进一步作为优选的实施方式，各所述旋翼臂2包括机臂21、安装在机臂21内的第一控制电机和第二控制电机以及与第一控制电机连接的折臂22，所述机臂21与机体1一体成型，所述机臂21在远离机体1的一端上安装有与第二控制电机连接的旋转件，所述折臂22通过旋转件与机臂21转动相接，所述动力电机31安装在折臂22内，所述处理器分别与第一控制电机和第二控制电机连接。

进一步作为优选的实施方式，所述机体1内还设有超声波测距模块，所述处理器与超声波测距模块连接。

进一步作为优选的实施方式，所述机体1内还设有六轴陀螺仪，所述处理器与六轴陀螺仪连接，通过六轴陀螺仪能实时采集飞行器的飞行数据，并传输至处理器中，从而帮助处理器判断飞行器此时的飞行姿态，进而自动维持自身平衡。

进一步作为优选的实施方式，所述机体1内还设有GPS模块，所述处理器与GPS模块连接，通过GPS模块能实时定位导航，并发送实时地理位置信息，方便工作人员了解飞行器的实时情况。

进一步作为优选的实施方式，所述机体内还设有水压传感器，所述处理器与水压传感器连接。

进一步作为优选的实施方式，所述螺旋桨32***设有呈圆筒状的保护框33，所述保护框33与螺旋桨32之间留有间隙，所述保护框33连接有多根支撑杆34，所述保护框33通过支撑杆34固定安装在折臂22上。所述保护框33能有效保护螺旋桨32，使得在密集飞行或水中障碍物较多时，即使飞行器接触到障碍物甚至受到轻度碰撞下都可以大大减少螺旋桨32受到的损伤，从而保持正常飞行或航行。

进一步作为优选的实施方式，所述机体1还搭载有外接设备。所述外接设备既可以是摄像机，也可是照相机，也可以是搭载货架，以便于民用和商用。

进一步作为优选的实施方式，所述起落架4呈U形结构。

进一步作为优选的实施方式，所述机体1、旋翼臂2、旋翼组件3、起落架4和气囊5均采用防水材料制备。

本发明具体实施例中，采用四旋翼结构，当在空中飞行时，可通过调节四个螺旋桨32的转速实现在空中的前进后退、左倾右倾、自旋等动作，以及实现在水面的起降。所述的四个螺旋桨32对称分布在机体1平面的四个方向，并处于同一高度平面，且四个螺旋桨32的结构和半径都相同，其中，相邻的螺旋桨32采用相反方向旋转，即两个不相邻的螺旋桨32采用逆时针旋转，另外两个螺旋桨32采用顺时针旋转，从而抵消自身的反扭矩。

本发明内部的电路和部件连接处均采用了防水处理，以防短路。当在水中潜行时，根据需要潜行的水深控制打开控制阀使得压缩空气存储器能对气囊5进行充气，当需要下水较深时，则对气囊5充较少的气量，当需要从水中上升时，则对气囊5加大充其量，充气越多气囊5越大，从而获得的浮力越大；当需要上升至水面时，则对气囊5进行充满，使得本发明可上升至水面重新起飞。在水中的同时，控制第一控制电机将折臂22弯折，并调整螺旋桨32的转向和转速，使得螺旋桨32可作为在水中的动力机构，并且可根据需要潜行的方向控制第二控制电机转动旋转件从而带动折臂22进行转向；当需要重新起飞时，控制所述折臂22重新伸直，并调整螺旋桨32的转向和转速进行起飞。

进一步，在飞行或航行时，通过超声波测距模块精确测量四周障碍物的距离，并将距离数据传输至处理器，从而帮助处理器判断四周障碍物的情况，以便控制提前进行躲避，有效避免出现碰撞的情况。

本发明一种多旋翼潜水无人飞行器控制方法，包括空中模式和水中模式，

所述空中模式，其具体包括：

实时通过超声波测距模块测量前进方向上与障碍物之间的障碍物距离；

根据当前自身速度，计算当前制动距离，进而计算出安全距离阈值；

判断障碍物距离是否小于等于安全距离阈值，若是，则开始减速操作，并发送警报信号和位置信号至控制端，进而待机等待指令；反之，则继续飞行；

所述水中模式，其具体包括：

实时通过水压传感器测量当前水压值，并发送至控制端；

判断当前水压值是否大于等于预设的充气水压阈值，若是，则控制打开控制阀对气囊进行充气，直到当前水压值到达预设的标准水压阈值；反之，则保持当前状态。

其中，本实施例中，制动距离为根据当前速度与自身减速时最大加速度计算得出的，安全距离阈值通过制动距离乘以预设的安全系数得出，安全系数大于1，确保安全距离阈值大于制动距离，有效防止出现碰撞的情况。

从上述内容可知，本发明能在空中精确辨别四周的障碍物距离，以便提前进行判断减速，有效避免出现碰撞的情况；也能在水中通过控制与压缩空气存储器对气囊充气能有效控制在水中的浮潜情况，从而实现在空中水中无障碍航行，有效解决无人机在飞行途中因意外落水而损坏的问题。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种多旋翼潜水无人飞行器，其特征在于：包括机体和多个设于机体上并呈对称分布的旋翼臂，各所述旋翼臂在远离机体的一端设有旋翼组件，所述旋翼组件包括安装在旋翼臂上的动力电机和连接在动力电机输出轴上的螺旋桨，所述机体底部对称安装有一对起落架，所述起落架上覆盖安装有气囊，所述机体内安装有处理器、电源模块、无线通信模块、压缩空气存储器和控制阀，所述处理器分别与电源模块、无线通信模块、控制阀和各旋翼臂上的动力电机连接，所述压缩空气存储器的气体输出端通过控制阀与气囊连接；

各所述旋翼臂包括机臂、安装在机臂内的第一控制电机和第二控制电机以及与第一控制电机连接的折臂，所述机臂与机体一体成型，所述机臂在远离机体的一端上安装有与第二控制电机连接的旋转件，所述折臂通过旋转件与机臂转动相接，所述动力电机安装在折臂内，所述处理器分别与第一控制电机和第二控制电机连接；

所述机体内还设有超声波测距模块，所述处理器与超声波测距模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种多旋翼潜水无人飞行器，其特征在于：所述机体内还设有六轴陀螺仪，所述处理器与六轴陀螺仪连接。

3.根据权利要求1所述的一种多旋翼潜水无人飞行器，其特征在于：所述机体内还设有GPS模块，所述处理器与GPS模块连接。

4.根据权利要求1所述的一种多旋翼潜水无人飞行器，其特征在于：所述机体内还设有水压传感器，所述处理器与水压传感器连接。

5.根据权利要求1所述的一种多旋翼潜水无人飞行器，其特征在于：所述螺旋桨***设有呈圆筒状的保护框，所述保护框与螺旋桨之间留有间隙，所述保护框连接有多根支撑杆，所述保护框通过支撑杆固定安装在折臂上。

6.根据权利要求1所述的一种多旋翼潜水无人飞行器，其特征在于：所述机体还搭载有外接设备。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种多旋翼潜水无人飞行器，其特征在于：所述机体、旋翼臂、旋翼组件、起落架和气囊均采用防水材料制备。

8.一种多旋翼潜水无人飞行器控制方法，其特征在于：包括空中模式和水中模式，

所述空中模式，其具体包括：

实时通过超声波测距模块测量前进方向上与障碍物之间的障碍物距离；

根据当前自身速度，计算当前制动距离，进而计算出安全距离阈值；

判断障碍物距离是否小于等于安全距离阈值，若是，则开始减速操作，并发送警报信号和位置信号至控制端，进而待机等待指令；反之，则继续飞行；

所述水中模式，其具体包括：

实时通过水压传感器测量当前水压值，并发送至控制端；

判断当前水压值是否大于等于预设的充气水压阈值，若是，则控制打开控制阀对气囊进行充气，直到当前水压值到达预设的标准水压阈值；反之，则保持当前状态。