CN110979666B - 水空机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及旋翼式航行器技术，尤其涉及一种水空机器人。包括固定机架、核心航行***、能源供应***；固定机架中间为圆环结构，防水密封舱体固定于圆环内，圆环四周等间距伸展出多条悬臂；设于防水密封舱体中部的辅助固定平台上设有水下航行控制模块和继电器，固定机架的每个悬臂上设有第二无刷电机，每个第二无刷电机通过联轴器安装一个船用螺旋桨；设于防水密封舱体中部的固定平台上设有飞行控制模块、遥控接收机和电源管理模块，固定机架的每个悬臂上还设有第一无刷电机，每个第一无刷电机通过联轴器安装一个旋翼；能源供应***设于防水密封舱体下部。本发明极大地拓展了航行器的应用场景。易于加工、生产，工艺简单，便于快速投放市场。

Description

水空机器人
技术领域
本发明涉及旋翼式航行器技术，尤其涉及一种水空机器人。该水空机器人可以在水下及空中航行。
背景技术
近年来，旋翼式航行器发展迅速，典型代表为四旋翼无人机。四旋翼无人机凭借其小巧灵活的优势，已在多个领域中体现出其优越的应用价值，如摄影领域的航拍、测绘；军事领域的定点打击等等。借鉴旋翼式无人机的运动方式而设计出的旋翼式水下航行器，也有了一定的发展。旋翼式水下航行器也具有机动性强的特点，是一种较好的水下运载体，对水下侦查、探测等方面也能发挥有效的作用。
然而，水下航行器并不像无人机那样便于回收。当水下航行器出海执行水下作业时，往往需要人工对其进行投放；完成水下作业后，同样需要人工对其进行回收，这极大的提高了人力成本和时间成本。水空两用型航行器能够较好地结合水下航行器与无人机的优势，全面拓展航行器的应用场景及其功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种水空机器人，这种航行器既能够在水下航行，又能够在空中航行；同时，它既可以从地面升空又可以从水面升空，能够快速的跨越气—液界面。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种水空机器人，包括防水密封舱体、固定机架、压力测量模块、核心航行***、能源供应***和水密型充电口；
固定机架中间为圆环结构，防水密封舱体固定于圆环内，圆环四周等间距伸展出多条悬臂；
压力测量模块包括压力传感器，压力传感器一端设于防水密封舱体内，一端贯穿并露在下半球壳外用于测量当前压强；
核心航行***包括水下航行***和空中航行***；水下航行***包括通过铜柱和螺母设于防水密封舱体中部的辅助固定平台，辅助固定平台上设有水下航行控制模块和继电器，水下航行控制模块中集成有2.4G无线通信模块和姿态传感器，分别用于通信和获取航行器当前航行姿态信息；固定机架的每个悬臂上设有第二无刷电机，每个第二无刷电机通过联轴器安装一个船用螺旋桨；
空中航行***包括设于防水密封舱体中部的固定平台，固定平台上设有飞行控制模块、遥控接收机和电源管理模块；飞行控制模块上集成有姿态传感器，固定机架的每个悬臂上还设有第一无刷电机，每个第一无刷电机通过联轴器安装一个旋翼；
能源供应***设于防水密封舱体下部，包括电池安装支架，电池安装支架通过螺丝螺母与固定机架的圆环固定，电池安装支架内放置锂电池组、电流分电板和电压可调分电板；电池安装支架上端面安装第一电子调速器和第二电子调速器；第一电子调速器与第一无刷电机通过缆线相连，第二电子调速器与第二无刷电机通过缆线相连；
锂电池组通过电流分电板分别连接电源管理模块、电压可变分电板和第一电子调速器；电源管理模块还与飞行控制模块相连，飞行控制模块分别与第一电子调速器和遥控接收机信号连接；电压可变分电板还分别通过继电器连接第二电子调速器，通过干簧管连接水下航行控制模块，水下航行控制模块还分别与继电器、第二电子调速器、姿态传感器和压力传感器信号连接；
水密型充电口包括水密接插件；水密接插件一端设于防水密封舱体内并与锂电池组的充电口连接，另一端穿出至防水密封舱体外并通过充电口固定件固定，用于充电时连接充电接口进行充电。
作为一种改进，每个悬臂下端面外缘设有一个航行器起落架。
作为一种改进，悬臂有四个，呈十字交叉型设于圆环四周，悬臂的长度为145mm。
作为一种改进，防水密封舱体为由上下两个半球壳通过螺丝螺母固定形成的球体结构。
作为一种改进，压力传感器通过传感器固定件固设于防水密封舱体内，压力传感器与防水密封舱体间还设有防水密封胶。
作为一种改进，固定机架的中间圆环结构的上下两表面各设有两道密封槽，并在槽中嵌入硅胶O型密封圈，用于实现固定机架与防水密封舱体间的密封。
本发明中，核心航行***中船用螺旋桨、第一无刷电机、旋翼、第二无刷电机的选型直接影响到航行器在水下及空中的动力。在选型时，需要对航行器的整体质量与体积(尤其是排水体积)进行预估，确保船用螺旋桨产生的推力足够使航行器下潜，且应预留出一定的推力用于抵抗航行器在水下航行时受到的外力；同样的，需确保旋翼产生的升力足够使航行器升空，且也应预留出一定的升力用于抵抗航行器在空中航行时受到的外力。此外，无刷电机的选型会对电子调速器和锂电池组产生要求；锂电池组的容量也直接影响到航行器的续航能力，这些都需要在航行器设计阶段予以充分考虑。
本发明中，防水密封舱体的内部空间是有限的，因此舱体内部各元器件的大小及安装布局需要在航行器设计阶段予以充分考虑。
本发明中，航行器应合理配重。当航行器放置于水面时，应保证悬臂至少处于水面以上2-3cm，使旋翼待机旋转时(航行器水面升空时，旋翼会先处于待机旋转状态)，旋翼不会与水面接触。
本发明中，水下航行控制模块可选用意法半导体公司的STM32F407芯片作为微处理器(本发明中控制电路板的设计考虑了舱体的有限内部空间，将电路板设计为圆形，电路的布局也做出相应的调整)；飞行控制模块可选用大疆公司的NAZA-M V2飞行控制器。
本发明中，压力传感器可采用MS5083-01BA(同时提供相应的数据手册)，水下航行控制模块可以根据数据手册十分方便的编写出读取压力传感器当前压力值的程序 (网络上也有开源程序可以借鉴)，用以后续计算深度值。
本发明中，飞行控制模块采用大疆公司的NAZA-M V2飞行控制器，内置了飞行控制程序，无需做任何改动。可以根据其用户手册，设定航行器初始参数(如初始姿态校准、飞行模式设定、电机待机转速等) 。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明将无人机技术与水下航行器技术相结合，极大地拓展了航行器的应用场景。
2.本发明尺寸小，重量轻，操作简便，没有任何专业背景的个人学习使用说明后即可操作。
3.本发明成本低廉，具有极高的实用价值，便于推广。
4.本发明易于加工、生产，工艺简单，便于快速投放市场。
附图说明
图1是本发明水空机器人的外形示意图(自上往下斜视)；
图2是本发明水空机器人的外形示意图(自下往上斜视)；
图3是本发明水空机器人的内部结构示意(不显示上下半球壳)；
图4是本发明水空机器人的结构***图(不显示上下半球壳)；
图5是本发明水空机器人的固定机架示意图；
图6是本发明水空机器人舱内电池安装件示意图；
图7是本发明水空机器人舱内电池安装件***图；
图8是本发明水空机器人水下航行控制部分***图；
图9是本发明水空机器人空中航行控制部分示意图；
图10是本发明水空机器人主要元件的连接示意图。(图10中粗实线表示连接的电路中具有较高电流；细实线表示无导线连接(如：第一无刷电机与旋翼间通过联轴器相连)；细虚线表示连接的电路中包括弱电或由控制模块给出的控制信号。)
图11是本发明水空机器人水下航行控制模块读取压力传感器当前压力值的程序图。
附图标记：
1-固定机架，2-1-上半球壳，2-2-下半球壳，3-旋翼，4-第一无刷电机，5-航行器起落架，6-充电口固定件，7-水密接插件，8-第二无刷电机，9-联轴器，10-船用螺旋桨， 11-压力测量模块，12-硅胶O型密封圈，13-锂电池组，14-第二电子调速器，15-第一电子调速器，16-电池安装支架，17-电流分电板，18-2.4G无线通信模块，19-姿态传感器， 20-继电器，21-水下航行控制模块，22-固定平台，23-电压可调分电板，24-遥控接收机， 25-飞行控制模块，26-辅助固定平台，27-电源管理模块。
具体实施方式
首先需要说明的是，本发明涉及旋翼式航行器领域。申请人认为，如在仔细阅读申请文件、准确理解本发明的实现原理和发明目的以后，有关领域的普通技术人员完全正确使用本发明。
提供一种水空机器人，包括防水密封舱体、固定机架1、水密型充电口、压力测量模块、核心航行***(包括水下航行***、空中航行***)和能源供应***：
固定机架1呈十字交叉型，与常见的四旋翼无人机机架的不同之处在于该固定机架 1中间为圆环型，四周等间距伸展出四条悬臂，悬臂的上端面用于安装第二无刷电机4，下端面用于安装第一无刷电机8和航行器起落架5；同时，水下航行***的核心控制部分、空中航行***的飞行控制部分及能源供应***通过铜柱、螺丝螺母等方式安装在固定机架1的中部，使得大部分质量聚集在机架中部有利于提高航行器在水下或空中的运动稳定性。此外，悬臂的长度应考虑空中航行***中旋翼3的最大旋转直径，为旋翼3 预留出充足的旋转空间，同时也不宜过长，以免影响航行器的运动稳定性。
防水密封舱体由上下两个半球壳2-1、2-2与固定机架1通过螺丝螺母固定形成，其中固定机架1的中间圆环结构的上下两表面各设有两道密封槽，并在槽中嵌入硅胶O型密封圈12，安装时，上下两个半球壳2-1、2-2在螺丝螺母的作用下会与硅胶O型密封圈12压紧，从而形成密封舱。舱内安装有水下航行***的核心控制部分、空中航行***的飞行控制部分以及能源供应***。安装在防水密封舱体外部的元件(第一无刷电机 4、第二无刷电机8、压力传感器、水密型充电口)需通过导线与舱体内部产生电气连接，因此，防水密封舱体上需要开孔使导线通过，再用防水密封胶对通孔做密封处理。
核心航行***包括水下航行***和空中航行***。这两套***相互独立，不存在数据干扰，可以提高航行器的作业稳定性。水下航行***空中航行***包括设于防水密封舱体中部的固定平台22，固定平台22上设有飞行控制模块25、遥控接收机24和电源管理模块27；水下航行控制模块21、2.4G无线通信模块18、姿态传感器19、继电器 20和干簧管磁控开关。其中，2.4G无线通信模块18和姿态传感器19直接安装在水下航行控制模块21中，分别用于通信和获取航行器当前航行姿态信息；第二无刷电机8 共有四个，分别安装在固定机架1的四个悬臂上，每个第二无刷电机8通过联轴器9安装一个船用螺旋桨10；第二电子调速器14共有四个，分别连接一个第二无刷电机8用以控制其转速；干簧管磁控开关用于控制水下航行控制模块21是否上电工作；继电器 20由水下航行控制模块21给出触发信号，以控制第二电子调速器14是否上电工作。
空中航行***包括设于防水密封舱体中部的辅助固定平台26，固定平台26上设有飞行控制模块25、遥控接收机24和电源管理模块27；飞行控制模块25集成了姿态传感器，可以获取航行器当前姿态信息；第一无刷电机4共有四个，分别安装在固定机架 1的四个悬臂上，每个第一无刷电机4安装一个旋翼3；第一电子调速器15共有四个，分别连接一个第一无刷电机4用以控制其转速；电源管理模块27用于监测锂电池组13 的当前电压。
水密型充电口由水密接插件7和充电口固定件6组成，其中水密接插件贯穿下半球壳2-2，一端进入下半球壳2-2内与能源供应***中的锂电池组13连接，一端露在下半球壳2-2外(充电时连接充电接口进行充电；不充电或正常使用时连接水密堵头，确保充电口不与外界接触，避免短路)。充电口固定件6起到辅助固定作用，配合防水密封胶确保固定充电口的同时封住水密接插件7与贯穿孔之间的空隙，保证下半球壳2-2的水密性。
压力测量模块11由压力传感器和传感器固定件组成，其中压力传感器贯穿下半球壳 2-2，一端进入下半球壳2-2内与水下航行***的核心控制部分连接(控制程序可读取当前压强值，进而计算得到当前航行器在水下的深度)，一端露在下半球壳2-2外用于测量当前压强(在空气中时测得空气中的压强；在水下时测得水下的绝对压强，计算深度时需要换算为相对压强)。传感器固定件起到辅助固定作用，配合防水密封胶固定传感器，同时对传感器做密封处理，使传感器仅露出压力感应区域。此外，防水密封胶还应封住传感器接线与贯穿孔之间的间隙，保证下半球壳2-2的水密性。
能源供应***包括电池安装支架16、锂电池组13、大电流分电板17和电压可调分电板23。其中，电池安装支架16通过螺丝螺母与固定机架1的中间环形部分固定。电池安装支架16用于放置锂电池组12、固定第二电子调速器14、第一电子调速器15以及大电流分电板17和电压可调分电板23。电池安装支架16使得航行器防水密封舱体内的各元器件固定得更为紧凑，充分利用舱体内部的空间。锂电池组13通过电流分电板17分别连接电源管理模块27、电压可调分电板23和第二电子调速器14；电源管理模块27还与飞行控制模块25相连，飞行控制模块25还分别与第二电子调速器14和遥控接收机信号连接相连；电压可调分电板23还分别通过继电器20连接第一电子调速器15，通过干簧管连接水下航行控制模块21，水下航行控制模块21还分别信号连接继电器20、第一电子调速器15、姿态传感器19和压力传感器。
航行器起落架5共四个，分别通过螺丝螺母安装在固定机架1的四个悬臂上，平稳放置时，四个起落架共同支撑起整个航行器。
本发明的工作过程为：
(以“地面升空——空中航行——水面降落——水下航行——水面升空——空中航行——地面降落”这一常见工作循环为例。)
1)地面升空
1.航行器上电后，水下航行控制模块与飞行控制模块均处于待机状态，等待指令。
2.航行器的地面升空与空中航行与操作四旋翼无人机并无区别，因为本发明中水下航行控制模块与飞行控制模块相互独立，且使用的NAZA-M V2飞行控制器原本就用于无人机。参考NAZA-M V2飞行控制器用户手册中的启动操作(不同飞行控制器的启动操作可能不同)，操作遥控器(遥控器与遥控接收机配套，无线传输指令)唤醒飞行控制模块，使第一无刷电机处于待机转速，此时的转速不能时航行器升空。
3.缓慢推动遥控器的油门杆，第一无刷电机4的转速会逐渐增大。继续缓慢推动油门杆直至航行器顺利升空。
2)空中航行
1.航行器升空后即可视为四旋翼无人机，操纵遥控器的遥杆对航行器进行控制即可。
3)水面降落
1.操纵遥控器使航行器下降并使其尽可能贴近水面。
2.操纵遥控器使第一无刷电机4停机(NAZA-M V2飞行控制器用户手册有相应操作，不同飞行控制器的操作可能不同)。
3.等待航行器在水面处于平稳状态。
4)水下航行
1.使用电脑发送启动指令(水下航行控制模块中的2.4G无线通信模块作为接收)，唤醒水下航行控制模块，程序进入初始化，第二无刷电机8待机(但不转动)。
2.使用电脑发送任务指令，航行器自主执行相应任务。
3.任务完成后，航行器自动上浮，发送任务结束指令给电脑。
4.使用电脑发送关闭指令，使水下航行控制模块回到待机状态。
5)水面升空
1.航行器水面升空与地面升空的操作一致。
6)空中航行
1.同2)
7)地面降落
1.操纵遥控器使航行器下降并使其尽可能贴近地面。
2.操纵遥控器使第一无刷电机4停机(NAZA-M V2飞行控制器用户手册有相应操作，不同飞行控制器的操作可能不同)。
以上实施例是供理解发明之用，并非对本发明的限制，有关领域的普通技术人员，在权利要求技术方案的基础上，还可以作出多种变化或变型，这些变化或变型应当理解为仍属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种水空机器人，其特征在于，包括防水密封舱体、固定机架、压力测量模块、核心航行***、能源供应***和水密型充电口；
所述固定机架中间为圆环结构，所述防水密封舱体固定于所述圆环内，圆环四周等间距伸展出四条悬臂，呈十字交叉型设于圆环四周；固定机架的每个悬臂上设有第二无刷电机，每个第二无刷电机通过联轴器安装一个船用螺旋桨；
所述压力测量模块包括压力传感器，压力传感器一端设于防水密封舱体内，一端贯穿并露在下半球壳外用于测量当前压强；
所述核心航行***包括相互独立的水下航行***和空中航行***；
水下航行***包括设于防水密封舱体中部的辅助固定平台，辅助固定平台上设有水下航行控制模块和继电器，水下航行控制模块中集成有2.4G无线通信模块和姿态传感器，分别用于通信和获取航行器当前航行姿态信息；在水下航行时，2.4G无线通信模块用于接收来自电脑的启动指令以唤醒水下航行控制模块，水空机器人根据指令自主执行任务并在完成任务后自动上浮；
空中航行***包括设于防水密封舱体中部的固定平台，固定平台上设有飞行控制模块、遥控接收机和电源管理模块；飞行控制模块上集成有姿态传感器，固定机架的每个悬臂上还设有第一无刷电机，每个第一无刷电机通过联轴器安装一个旋翼；
所述能源供应***设于防水密封舱体下部，包括电池安装支架，电池安装支架通过螺丝螺母与固定机架的圆环固定，电池安装支架内放置锂电池组、电流分电板和电压可调分电板；电池安装支架上端面安装第一电子调速器和第二电子调速器；第一电子调速器与所述第一无刷电机通过缆线相连，第二电子调速器与所述第二无刷电机通过缆线相连；
锂电池组通过电流分电板分别连接电源管理模块、电压可变分电板和第一电子调速器；电源管理模块还与飞行控制模块相连，飞行控制模块分别与第一电子调速器和遥控接收机信号连接；所述电压可变分电板还分别通过继电器连接第二电子调速器，通过干簧管连接水下航行控制模块，水下航行控制模块还分别与所述继电器、第二电子调速器、姿态传感器和压力传感器信号连接；
所述水密型充电口包括水密接插件；水密接插件一端设于防水密封舱体内并与所述锂电池组的充电口连接，另一端穿出至防水密封舱体外并通过充电口固定件固定，用于充电时连接充电接口进行充电。
2.根据权利要求1所述的水空机器人，其特征在于，所述每个悬臂下端面外缘设有一个航行器起落架。
3.根据权利要求1所述的水空机器人，其特征在于，所述悬臂的长度为145mm。
4.根据权利要求1所述的水空机器人，其特征在于，所述防水密封舱体为由上下两个半球壳通过螺丝螺母固定形成的球体结构。
5.根据权利要求1所述的水空机器人，其特征在于，所述压力传感器通过传感器固定件固设于防水密封舱体内，压力传感器与防水密封舱体间还设有防水密封胶。
6.根据权利要求1所述的水空机器人，其特征在于，所述固定机架的中间圆环结构的上下两表面各设有两道密封槽，并在槽中嵌入硅胶O型密封圈，用于实现固定机架与防水密封舱体间的密封。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110979666B (zh) * 2019-12-27 2021-09-21 浙江大学 水空机器人
CN111439078A (zh) * 2020-04-24 2020-07-24 杭州电子科技大学 一种基于矢量推进器的双层旋翼海空两栖无人机
CN111559212A (zh) * 2020-04-28 2020-08-21 杭州电子科技大学 一种海空双动力两栖无人机及其工作方法
CN113580860A (zh) * 2021-08-10 2021-11-02 上海交通大学 高速大负载组合推进式海空跨域飞行探测平台
CN113715978B (zh) * 2021-09-17 2023-02-17 苏州新航道船舶科技有限公司 一种小型超稳水上机器人
CN116002049B (zh) * 2023-03-22 2023-06-02 河北高翔地理信息技术服务有限公司 一种测绘无人机用缓冲调平脚架
CN116639232B (zh) * 2023-07-27 2023-10-27 国家深海基地管理中心 一种auv水下充电与数据交互用的坐落式对接平台及其方法
CN117885924A (zh) * 2024-03-18 2024-04-16 安徽大学 一种水空两栖无人机

Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101575005A (zh) * 2009-05-05 2009-11-11 王杨建 碟形飞行器
CN204055195U (zh) * 2014-05-23 2014-12-31 张守龙 一种六旋翼潜水飞行器
CN104709465A (zh) * 2015-02-18 2015-06-17 刘跃进 一种水陆空三栖抗碰撞型飞行器技术方案和实施方法
CN105539847A (zh) * 2016-01-06 2016-05-04 陈昊哲 一种水空两栖无人机
CN105620654A (zh) * 2016-02-25 2016-06-01 西北工业大学 一种混合推进水下航行器
CN105966617A (zh) * 2016-06-06 2016-09-28 浙江大学 水面、水下、空中三栖无人飞行器
CN106240817A (zh) * 2016-08-25 2016-12-21 刘晓腾 可潜水探测飞行器
CN206106842U (zh) * 2016-07-31 2017-04-19 申玫 一种四轴三栖无人机
CN106672234A (zh) * 2016-11-06 2017-05-17 合肥齐飞信息技术有限公司 一种机翼可调式操作方便的水下无人机
CN107323652A (zh) * 2017-07-14 2017-11-07 吴佳锋 一种水空两用无人机
CN107380423A (zh) * 2017-07-10 2017-11-24 上海交通大学 一种水空两栖无人机
CN107963205A (zh) * 2017-11-13 2018-04-27 西北工业大学 一种基于多旋翼推进的跨介质航行器
CN108639286A (zh) * 2018-05-12 2018-10-12 浙江大学 一种四旋翼球状水下机器人的控制方法
CN109407683A (zh) * 2018-11-01 2019-03-01 浙江大学 一种能自动追踪金鱼的水下机器人
CN110053435A (zh) * 2019-06-06 2019-07-26 贵州师范大学 一种可折叠水陆空三栖四旋翼飞行器
CN110077563A (zh) * 2019-05-13 2019-08-02 西北工业大学 一种基于自稳调节装置的矢量推进水下航行器
CN209366426U (zh) * 2018-09-29 2019-09-10 白晗 仿生水母机器人

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10331131B2 (en) * 2011-05-12 2019-06-25 Unmanned Innovations, Inc. Systems and methods for payload integration and control in a multi-mode unmanned vehicle
CA3098531C (en) * 2013-05-15 2022-11-15 Autel Robotics Usa Llc Compact unmanned rotary aircraft
ES2799908T3 (es) 2014-05-21 2020-12-22 Univ Rutgers Vehículo submarino y aéreo no tripulado
US20160376000A1 (en) * 2014-07-10 2016-12-29 Christoph Kohstall Submersible unmanned aerial vehicles and associated systems and methods
CN206782074U (zh) 2017-06-14 2017-12-22 青海北飞创新智能科技研发有限公司 一种水陆两栖多旋翼无人机
CN109324629A (zh) 2017-07-31 2019-02-12 上海交通大学 空中、水面和水下多栖航行器及其控制方法
CN108216532B (zh) * 2017-12-20 2020-07-14 上海交通大学 固定翼海空多栖航行器与控制方法
CN110979666B (zh) 2019-12-27 2021-09-21 浙江大学 水空机器人

Patent Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101575005A (zh) * 2009-05-05 2009-11-11 王杨建 碟形飞行器
CN204055195U (zh) * 2014-05-23 2014-12-31 张守龙 一种六旋翼潜水飞行器
CN104709465A (zh) * 2015-02-18 2015-06-17 刘跃进 一种水陆空三栖抗碰撞型飞行器技术方案和实施方法
CN105539847A (zh) * 2016-01-06 2016-05-04 陈昊哲 一种水空两栖无人机
CN105620654A (zh) * 2016-02-25 2016-06-01 西北工业大学 一种混合推进水下航行器
CN105966617A (zh) * 2016-06-06 2016-09-28 浙江大学 水面、水下、空中三栖无人飞行器
CN206106842U (zh) * 2016-07-31 2017-04-19 申玫 一种四轴三栖无人机
CN106240817A (zh) * 2016-08-25 2016-12-21 刘晓腾 可潜水探测飞行器
CN106672234A (zh) * 2016-11-06 2017-05-17 合肥齐飞信息技术有限公司 一种机翼可调式操作方便的水下无人机
CN107380423A (zh) * 2017-07-10 2017-11-24 上海交通大学 一种水空两栖无人机
CN107323652A (zh) * 2017-07-14 2017-11-07 吴佳锋 一种水空两用无人机
CN107963205A (zh) * 2017-11-13 2018-04-27 西北工业大学 一种基于多旋翼推进的跨介质航行器
CN108639286A (zh) * 2018-05-12 2018-10-12 浙江大学 一种四旋翼球状水下机器人的控制方法
CN209366426U (zh) * 2018-09-29 2019-09-10 白晗 仿生水母机器人
CN109407683A (zh) * 2018-11-01 2019-03-01 浙江大学 一种能自动追踪金鱼的水下机器人
CN110077563A (zh) * 2019-05-13 2019-08-02 西北工业大学 一种基于自稳调节装置的矢量推进水下航行器
CN110053435A (zh) * 2019-06-06 2019-07-26 贵州师范大学 一种可折叠水陆空三栖四旋翼飞行器

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US11926414B2 (en) 2024-03-12
CN110979666A (zh) 2020-04-10
US20220315218A1 (en) 2022-10-06
WO2021129001A1 (zh) 2021-07-01

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