CN112550699A - 一种具有水面行驶平衡驱动***的水上无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有水面行驶平衡驱动***的水上无人机，涉及水上无人机技术领域，本发明采用无线通讯可完成无人机与地面远程基站的实时数据传输，可通过接收地面远程基站的遥控指令控制螺旋桨推进器转速，使无人机落入水面，并采用水压传感器实现在无人机机身底部与水面接触瞬间，自动实现机身两侧的支撑架转动至水平状态，以及气囊垫的充气，使无人机转为水上行驶状态，再通过喷水推进器驱动无人机在水上行驶，并根据指令行驶到指定地点。水平状态下支撑架配合支撑架上的气囊垫既能起到增大机身浮力的作用，又能起到平衡机身的作用，使无人机水上行驶时更加平稳和安全；初始状态下支撑架能地面上起支撑机身的作用，实现支撑架的一物两用。

Description

一种具有水面行驶平衡驱动***的水上无人机

技术领域

本发明涉及水上无人机技术领域，尤其涉及一种具有水面行驶平衡驱动***的水上无人机。

背景技术

无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控遥测设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。机上安装有导航飞行控制***、程序控制装置以及动力和电源等设备。地面遥控遥测站人员通过数据链等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和进行实时数据传输。与载人飞机相比，它具有适应多种飞行环境要求的特点，特别是可以承担人力所不及的长航时飞行或高风险飞行，飞行航线和姿态控制精度高，可广泛用于航空遥感、气象研究、农业飞播和病虫害防治、抢险救灾和视频拍摄等领域；在战争中更具有特殊的优势，可广泛应用于空中侦查、监视、通信、反潜、电子干扰和武器打击等。

无人机可分为无人固定翼机、无人垂直起降机、无人飞艇、无人直升机和无人多旋翼飞行器等。随着无人机爆发式的发展，无人机在各个领域都充分体现出了它的价值和强大的功能。目前市面上大多数无人机大多数都是在天空飞行发挥它的功能，但是能在水面行驶的无人机却很少，限制无人机在水面领域的发展应用。尤其是在遇到突发的恶劣天气或其它不利于飞行的状况下，无人机若强行飞行极易造成机体的损坏或掉落海中而失事，造成不必要的损失，此时能在水面上平稳行驶对无人机的正常作业和保护至关重要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种具有水面行驶平衡驱动***的水上无人机，使无人机能够在水面行驶，并可根据水面状况进行平衡调节，提高无人机水面行驶过程的平稳性和安全性。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种具有水面行驶平衡驱动***的水上无人机，包括机身、对称设置在机身的上部两侧的机臂和螺旋桨推进器，螺旋桨推进器安装在机臂远离机身的一端上，机身由机舱和位于机舱下方的漂浮舱构成，漂浮舱的尾部设有喷水推进器，漂浮舱的外底部设有水压传感器，漂浮舱两侧的中部分别平行设置有两根支撑架，漂浮舱同一侧两根支撑架远离漂浮舱的一端连接有支撑脚板，漂浮舱上开设有贯穿漂浮舱的开口，支撑架转动连接在开口内，支撑架与漂浮舱的连接处设置有用于密封开口的柔性密封套，支撑架靠近漂浮舱的一端延伸至漂浮舱内，漂浮舱内顶部的两侧分别设置有气缸，气缸的气缸轴上垂直连接有控制杆，气缸的气缸轴与控制杆的中部转动连接，控制杆的两端分别与漂浮舱内同一侧两根支撑架的端部连接，漂浮舱外同一侧两根支撑架之间分别设置有气囊垫，漂浮舱内设有充气机，气囊垫的充气口通过软管与充气机连接，漂浮舱内还安装有控制箱和电源组，控制箱内安装有飞行控制计算机、GPS差分定位***、无线收发装置以及与气缸电连接的气缸控制装置，螺旋桨推进器、喷水推进器、水压传感器、GPS差分定位***、无线收发装置及气缸控制装置分别与飞行控制计算机电连接，电源组用于给螺旋桨推进器、喷水推进器、水压传感器、GPS差分定位***、无线收发装置、气缸控制装置及飞行控制计算机供电。其中，GPS差分定位***用于将测量数据发送给飞行控制计算机，飞行控制计算机进行解算确定无人机的空间位置信息和速度信息；无线收发装置用于在人工模式下接收遥控器的命令，通知飞行控制计算机完成命令对应的动作。

采用无线通讯可完成无人机与地面远程基站的实时数据传输，可通过接收地面远程基站的遥控指令控制螺旋桨推进器的转速，使无人机落入水面，并采用水压传感器实现在无人机机身底部与水面接触瞬间，自动实现机身两侧的支撑架转动至水平状态，以及气囊垫的充气，使无人机转为水上行驶状态，然后通过喷水推进器驱动无人机在水上行驶，并根据指令行驶到指定地点。水平状态下支撑架配合支撑架上的气囊垫既能起到增大机身浮力的作用，又能起到平衡机身的作用，使得无人机水上行驶时更加平稳和安全；初始状态下支撑架配合支撑架上的支撑脚板能起到无人机在外部地面站立时支撑机身的作用。

进一步，漂浮舱同一侧两根支撑架之间平行设置有两根安装架，每个安装架分别安装在每根支撑架上，两根安装架之间平行设置有两根滑杆，两根滑杆与两根安装架垂直设置，两根安装架靠近漂浮舱的一端对称开设有容置腔，其中一根滑杆的两端分别转动连接在容置腔内，容置腔设置有卷簧，卷簧套装在滑杆上，卷簧的内侧一端与滑杆固定连接，卷簧的外侧一端与容置腔内壁固定连接，两根安装架远离支撑架的一侧均开设有滑槽，另一根滑杆的两端分别滑动连接在滑槽内，气囊垫的两端分别固定在两根滑杆上。此种设计可以在无人机飞行过程中将气囊垫自动卷收在滑杆上，以减小无人机飞行过程中的阻力。

进一步，两根安装架靠近支撑架的一侧均设有多根连接杆，支撑架对应的位置上设有与多根连接杆相匹配的套筒，当安装架安装在支撑架上时，多根连接杆分别与嵌入套筒内并通过螺栓固定。通过连接杆与套筒的配合可以快速实现安装架的定位安装，保证两侧安装架的对称性，且方便于拆卸。

进一步，漂浮舱同一侧两根支撑架的外侧设置有多根限位杆，多根限位杆的两端可拆卸地安装在两根支撑架上。多根限位杆可以起到限制气囊垫的作用，进而减小两根滑杆的受力，并可减小气囊垫在水面的波动，提高无人机水面行驶的平稳性。

进一步，柔性密封套为可伸缩的波纹状结构。可伸缩的波纹状结构既能起到良好的密封作用，又能减小适应支撑架转动过程条件下柔性密封套的体积。

进一步，机身上搭载有惯性测量单元和气压传感器，惯性测量单元和气压传感器分别与飞行控制计算机电连接；

惯性测量单元，用于确定无人机的姿态，并测量无人机相对磁场的航向；

气压传感器，将测量的环境气压数据发送给飞行控制计算机进行解算确定无人机的海拔高度。

进一步，机身上还搭载有外置存储模块，惯外置存储模块与飞行控制计算机电连接；外置存储模块，用于保存无人机飞行过程中的姿态和位置信息，方便离线分析无人机飞行数据，调整参数。

进一步，机身上还搭载有视觉模块，视觉模块与飞行控制计算机电连接；视觉模块，将图像信息发送给飞行控制计算机，飞行控制计算机根据图像信息识别空中飞行物体，同时解算出目标相对无人机本身的位置及速度信息，用于引导无人机对目标进行追踪。

本发明的有益效果：本发明采用无线通讯可完成无人机与地面远程基站的实时数据传输，可通过接收地面远程基站的遥控指令控制螺旋桨推进器的转速，使无人机落入水面，并采用水压传感器实现在无人机机身底部与水面接触瞬间，自动实现机身两侧的支撑架转动至水平状态，以及气囊垫的充气，使无人机转为水上行驶状态，然后通过喷水推进器驱动无人机在水上行驶，并根据指令行驶到指定地点。水平状态下支撑架配合支撑架上的气囊垫既能起到增大机身浮力的作用，又能起到平衡机身的作用，使得无人机水上行驶时更加平稳和安全；初始状态下支撑架配合支撑架上的支撑脚板能起到无人机在外部地面站立时支撑机身的作用，进而实现支撑架的一物两用。

附图说明

图1是本发明水面行驶状态下的结构示意图；

图2是本发明水面行驶状态下的横向剖面图；

图3是本发明水面行驶状态下的纵向剖面图；

图4是本图2中A处局部放大图；

图5是本发明地面停止状态下的结构示意图；

图6是本发明地面停止状态下的侧视图；

图7是本发明实施例的结构框图；

其中，机身1、机舱101、漂浮舱102、机臂2、螺旋桨推进器3、喷水推进器4、水压传感器5、支撑架6、支撑脚板7、开口8、柔性密封套9、气缸10、控制杆11、气囊垫12、充气机13、软管14、控制箱15、电源组16、安装架17、滑杆18、容置腔19、卷簧20、滑槽21、连接杆22、套筒23、限位杆24。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明进行详细说明：

如图1-图7所示

一种具有水面行驶平衡驱动***的水上无人机，包括机身1、对称设置在机身1的上部两侧的机臂2和螺旋桨推进器3，螺旋桨推进器3安装在机臂2远离机身1的一端上，机身1由机舱101和位于机舱101下方的漂浮舱102构成，漂浮舱102的尾部设有喷水推进器4，漂浮舱102的外底部设有水压传感器5，漂浮舱102两侧的中部分别平行设置有两根支撑架6，漂浮舱102同一侧两根支撑架6远离漂浮舱102的一端连接有支撑脚板7，漂浮舱102上开设有贯穿漂浮舱102的开口8，支撑架6转动连接在开口8内，支撑架6与漂浮舱102的连接处设置有用于密封开口8的柔性密封套9，支撑架6靠近漂浮舱102的一端延伸至漂浮舱102内，漂浮舱102内顶部的两侧分别设置有气缸10，气缸10的气缸轴上垂直连接有控制杆11，气缸10的气缸轴与控制杆11的中部转动连接，控制杆11的两端分别与漂浮舱102内同一侧两根支撑架6的端部连接，漂浮舱102外同一侧两根支撑架6之间分别设置有气囊垫12，漂浮舱102内设有充气机13，气囊垫12的充气口通过软管14与充气机13连接，漂浮舱102内还安装有控制箱15和电源组16，控制箱15内安装有飞行控制计算机、GPS差分定位***、无线收发装置以及与气缸10电连接的气缸控制装置，螺旋桨推进器3、喷水推进器4、水压传感器5、GPS差分定位***、无线收发装置及气缸控制装置分别与飞行控制计算机电连接，电源组16用于给螺旋桨推进器3、喷水推进器4、水压传感器5、GPS差分定位***、无线收发装置、气缸控制装置及飞行控制计算机供电。其中，GPS差分定位***用于将测量数据发送给飞行控制计算机，飞行控制计算机进行解算确定无人机的空间位置信息和速度信息；无线收发装置用于在人工模式下接收遥控器的命令，通知飞行控制计算机完成命令对应的动作。

采用无线通讯可完成无人机与地面远程基站的实时数据传输，可通过接收地面远程基站的遥控指令控制螺旋桨推进器的转速，使无人机落入水面，并采用水压传感器5实现在无人机机身1底部与水面接触瞬间，自动实现机身1两侧的支撑架6转动至水平状态，以及气囊垫12的充气，使无人机转为水上行驶状态，然后通过喷水推进器4驱动无人机在水上行驶，并根据指令行驶到指定地点。水平状态下支撑架6配合支撑架6上的气囊垫12既能起到增大机身1浮力的作用，又能起到平衡机身1的作用，使得无人机水上行驶时更加平稳和安全；初始状态下支撑架6配合支撑架6上的支撑脚板7能起到无人机在外部地面站立时支撑机身1的作用。

漂浮舱102同一侧两根支撑架6之间平行设置有两根安装架17，每个安装架17分别安装在每根支撑架6上，两根安装架17之间平行设置有两根滑杆18，两根滑杆18与两根安装架17垂直设置，两根安装架17靠近漂浮舱102的一端对称开设有容置腔19，其中一根滑杆18的两端分别转动连接在容置腔19内，容置腔19设置有卷簧20，卷簧20套装在滑杆18上，卷簧20的内侧一端与滑杆18固定连接，卷簧20的外侧一端与容置腔19内壁固定连接，两根安装架17远离支撑架6的一侧均开设有滑槽21，另一根滑杆18的两端分别滑动连接在滑槽21内，气囊垫12的两端分别固定在两根滑杆18上。此种设计可以在无人机飞行过程中将气囊垫12自动卷收在滑杆18上，以减小无人机飞行过程中的阻力。

两根安装架17靠近支撑架6的一侧均设有多根连接杆22，支撑架6对应的位置上设有与多根连接杆22相匹配的套筒23，当安装架17安装在支撑架6上时，多根连接杆22分别与嵌入套筒23内并通过螺栓固定。通过连接杆22与套筒23的配合可以快速实现安装架17的定位安装，保证两侧安装架17的对称性，且方便于拆卸。

漂浮舱102同一侧两根支撑架6的外侧设置有多根限位杆24，多根限位杆24的两端可拆卸地安装在两根支撑架6上。多根限位杆24可以起到限制气囊垫12的作用，进而减小两根滑杆18的受力，并可减小气囊垫12在水面的波动，提高无人机水面行驶的平稳性。

柔性密封套9为可伸缩的波纹状结构。可伸缩的波纹状结构既能起到良好的密封作用，又能减小适应支撑架6转动过程条件下柔性密封套9的体积。

机身1上搭载有惯性测量单元和气压传感器，惯性测量单元和气压传感器分别与飞行控制计算机电连接；惯性测量单元用于确定无人机的姿态，并测量无人机相对磁场的航向；气压传感器用于将测量的环境气压数据发送给飞行控制计算机进行解算确定无人机的海拔高度。

机身1上还搭载有外置存储模块，惯外置存储模块与飞行控制计算机电连接；外置存储模块用于保存无人机飞行过程中的姿态和位置信息，方便离线分析无人机飞行数据，调整参数。

机身1上还搭载有视觉模块，视觉模块与飞行控制计算机电连接；视觉模块，将图像信息发送给飞行控制计算机，飞行控制计算机根据图像信息识别空中飞行物体，同时解算出目标相对无人机本身的位置及速度信息，用于引导无人机对目标进行追踪。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (8)

1.一种具有水面行驶平衡驱动***的水上无人机，包括机身、对称设置在机身的上部两侧的机臂和螺旋桨推进器，所述螺旋桨推进器安装在机臂远离机身的一端上，其特征在于，所述机身由机舱和位于机舱下方的漂浮舱构成，所述漂浮舱的尾部设有喷水推进器，所述漂浮舱的外底部设有水压传感器，所述漂浮舱两侧的中部分别平行设置有两根支撑架，所述漂浮舱同一侧两根支撑架远离漂浮舱的一端连接有支撑脚板，所述漂浮舱上开设有贯穿漂浮舱的开口，所述支撑架转动连接在开口内，所述支撑架与漂浮舱的连接处设置有用于密封开口的柔性密封套，所述支撑架靠近漂浮舱的一端延伸至漂浮舱内，所述漂浮舱内顶部的两侧分别设置有气缸，所述气缸的气缸轴上垂直连接有控制杆，所述气缸的气缸轴与控制杆的中部转动连接，所述控制杆的两端分别与漂浮舱内同一侧两根支撑架的端部连接，所述漂浮舱外同一侧两根支撑架之间分别设置有气囊垫，所述漂浮舱内设有充气机，所述气囊垫的充气口通过软管与充气机连接，所述漂浮舱内还安装有控制箱和电源组，所述控制箱内安装有飞行控制计算机、GPS差分定位***、无线收发装置以及与气缸电连接的气缸控制装置，所述螺旋桨推进器、喷水推进器、水压传感器、GPS差分定位***、无线收发装置及气缸控制装置分别与飞行控制计算机电连接，所述电源组用于给螺旋桨推进器、喷水推进器、水压传感器、GPS差分定位***、无线收发装置、气缸控制装置及飞行控制计算机供电。

2.根据权利要求1所述的一种具有水面行驶平衡驱动***的水上无人机，其特征在于，所述漂浮舱同一侧两根支撑架之间平行设置有两根安装架，每个安装架分别安装在每根支撑架上，两根安装架之间平行设置有两根滑杆，两根所述滑杆与两根安装架垂直设置，两根所述安装架靠近漂浮舱的一端对称开设有容置腔内，其中一根所述滑杆的两端分别转动连接在容置腔，所述容置腔设置有卷簧，所述卷簧套装在滑杆上，卷簧的内侧一端与滑杆固定连接，卷簧的外侧一端与容置腔内壁固定连接，两根所述安装架远离支撑架的一侧均开设有滑槽，另一根滑杆的两端分别滑动连接在滑槽内，所述气囊垫的两端分别固定在两根滑杆上。

3.根据权利要求2所述的一种具有水面行驶平衡驱动***的水上无人机，其特征在于，两根所述安装架靠近支撑架的一侧均设有多根连接杆，所述支撑架对应的位置上设有与多根连接杆相匹配的套筒，当安装架安装在支撑架上时，多根所述连接杆分别与嵌入套筒内并通过螺栓固定。

4.根据权利要求3所述的一种具有水面行驶平衡驱动***的水上无人机，其特征在于，所述漂浮舱同一侧两根支撑架的外侧设置有多根限位杆，多根限位杆的两端可拆卸地安装在两根支撑架上。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种具有水面行驶平衡驱动***的水上无人机，其特征在于，所述柔性密封套为可伸缩的波纹状结构。

6.根据权利要求5所述的一种具有水面行驶平衡驱动***的水上无人机，其特征在于，所述机身上还搭载有惯性测量单元和气压传感器，所述惯性测量单元和气压传感器分别与飞行控制计算机电连接；

所述惯性测量单元，用于确定无人机的姿态，并测量无人机相对磁场的航向；

所述气压传感器，将测量的环境气压数据发送给飞行控制计算机进行解算确定无人机的海拔高度。

7.根据权利要求6所述的一种具有水面行驶平衡驱动***的水上无人机，其特征在于，所述机身上还搭载有外置存储模块，所述惯外置存储模块与飞行控制计算机电连接；

所述外置存储模块，用于保存无人机飞行过程中的姿态和位置信息，方便离线分析无人机飞行数据，调整参数。

8.根据权利要求7所述的一种具有水面行驶平衡驱动***的水上无人机，其特征在于，所述机身上还搭载有视觉模块，视觉模块与飞行控制计算机电连接；

所述视觉模块，将图像信息发送给飞行控制计算机，飞行控制计算机根据图像信息识别空中飞行物体，同时解算出目标相对无人机本身的位置及速度信息，用于引导无人机对目标进行追踪。

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