矢量推进的摆线式变构型水陆空三栖无人机及工作方法技术

本发明专利技术涉及一种矢量推进的摆线式变构型水陆空三栖无人机，包括基座、第一转动件、第二转动件、第一摆线推进器和第二摆线推进器，第一转动件和第二转动件能分别以基座为中心进行旋转；第一转动件的两端各连接一个第一摆线推进器，第二转动件的两端各连接一个第二摆线推进器，通过调整第一转动件与第二转动件、摆线推进器与转动件之间的相对位置，使无人机形成X构型、H构型、或N+1构型。本发明专利技术还涉及一种工作方法，通过变换三种构型以适应水陆空环境，操纵简单且机动性好。操纵简单且机动性好。操纵简单且机动性好。

【技术实现步骤摘要】
矢量推进的摆线式变构型水陆空三栖无人机及工作方法


[0001]本专利技术涉及水陆空三栖装置
，尤其是一种矢量推进的摆线式变构型水陆空三栖无人机及工作方法。

技术介绍

[0002]无人机可用于水陆空三个领域的探测、搜寻、救援、运输等活动。传统的无人机只适用于某一固定领域，如果想在两个以上的复合领域进行活动需要匹配多台无人机，这将造成成本和资源的极大浪费，三栖无人机便应运而生。
[0003]现有技术中，大多数水陆空三栖无人机是将空中推进系统(如旋翼式、喷气式)、陆上推进系统(如轮式、履带式)与水域推进系统(如螺旋桨式、喷射流式)结合起来，这种设计不仅结构复杂，而且在空中、陆地或水域中同时只有一种推进系统工作，造成了无人机结构的冗余。
[0004]摆线推进器又称直翼推进器，推进力的大小和方向在平面内可以进行矢量调节，具有良好的操纵性能、响应性能以及机动性能，在水中和空气中都具有较高的推进效率，且在陆地上可作为叶片轮行驶。然而，采用摆线推进器的无人机在水陆空不同场景下工作所需的构型不同，因此，亟待设计一款以摆线推进器为推进装置，且构型可变，以适应水陆空多场景的无人机。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种矢量推进的摆线式变构型水陆空三栖无人机及工作方法，目的是简化无人机的结构并提供较强的机动性能。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种矢量推进的摆线式变构型水陆空三栖无人机，包括基座、第一转动件、第二转动件、第一摆线推进器和第二摆线推进器，所述第一转动件和所述第二转动件能分别以所述基座为中心进行旋转；
[0008]所述第一转动件的结构包括中心段，所述中心段两端分别与一径向旋转段的一端相连，使径向旋转段能以中心段的轴线为轴旋转，两个径向旋转段的另一端分别与一周向旋转段的一端转动连接，两个周向旋转段的另一端分别与一个所述第一摆线推进器转动连接，所述第二转动件的两端分别与一个所述第二摆线推进器转动连接，第一摆线推进器和第二摆线推进器的结构相同，用于相互配合提供航行动力和改变航向；
[0009]无人机能形成X构型、H构型或N+1构型：
[0010]X构型下，第一转动件和所述第二转动件之间夹角不为零，第一摆线推进器与第二摆线推进器的空间位置处于同一平面内；
[0011]H构型下，第一转动件和所述第二转动件之间夹角为零，第一摆线推进器与第二摆线推进器的空间位置处于同一平面，且第一摆线推进器与周向旋转段之间成90
°
角、第二摆线推进器与第二转动件之间成90
°
角；
[0012]N+1构型下，第一转动件和所述第二转动件之间夹角不为零，且第一摆线推进器与第二摆线推进器的空间位置所处的平面相互垂直。
[0013]进一步技术方案为：
[0014]所述第一转动件与所述第二转动件的长度相同。
[0015]所述径向旋转段以中心段的轴线为轴旋转的角度为0～360
°
。
[0016]所述周向旋转段相对于径向旋转段旋转的角度为
‑
90
°
～90
°
。
[0017]所述第一摆线推进器相对于周向旋转段旋转的角度为
‑
135
°
～135
°
，所述第二摆线推进器相对于所述第二转动件旋转的角度为
‑
135
°
～135
°
。
[0018]所述中心段的两端各安装一个电机三，电机三的输出轴沿中心段轴线方向设置，并与所述径向旋转段一端相连；
[0019]所述径向旋转段的另一端装有电机一，电机一的输出轴垂直于中心段轴线，并与所述周向旋转段一端固连，周向旋转段的另一端装有电机二，电机二的输出轴垂直于周向旋转段轴线，并与第一摆线推进器相连；
[0020]所述第二转动件的两端各安装一个电机四，两个电机四的输出轴垂直于第二转动件的轴线，并与第二摆线推进器相连。
[0021]所述基座上设有双头电机，所述双头电机的输出轴沿基座所在平面的法向设置，输出轴的两个输出端分别与第一转动件的中心和第二转动件的中心相连，驱动两个转动件以输出轴为中心同步反向旋转。
[0022]所述基座的结构包括托盘，其内形成有装载物品的空间，所述双头电机设置在所述托盘的底部。
[0023]所述第一摆线推进器和第二摆线推进器的结构为：包括框架、设于框架内的四五杆混合机构、设于框架两端的公转驱动电机和舵机；
[0024]所述四五杆混合机构的结构包括叶片架，所述叶片架为中心对称结构，若干所述叶片的公转轴沿叶片架的圆周均匀设置，且分别通过轴承与叶片架相连，公转驱动电机的输出轴与叶片架固连，使叶片架能以其中轴线为中心转动从而带动叶片做公转运动；
[0025]叶片架的中心位置内套设有可独立转动的控制轴，所述控制轴输入端与舵机输出端相连，所述控制轴输出端偏心连接一连接圆盘，所述连接圆盘上沿圆周均匀设置若干连杆，若干连杆中的一个与连接圆盘固连，其余的与连接圆盘铰接，若干连杆的另一端分别与若干所述叶片的摆动轴铰接，所述连接圆盘的中垂线即为摆线推进器的偏心轴线，控制轴旋转后可改变所述偏心轴线的位置进而改变叶片公转产生的位于其横截面内的合力方向。
[0026]一种无人机的工作方法，利用所述的矢量推进的摆线式变构型水陆空三栖无人机形成的三种构型，分别适用于水、陆、空应用场景：
[0027]在空中时呈X构型，四个摆线推进器产生相同的向上升力，当升力合力大于无人机自重时，无人机上升，当升力合力等于自重时，无人机悬停，当升力合力小于自重时，无人机下降，四个摆线推进器在产生升力的同时，产生水平面中的分力，各摆线推进器产生的水平分力进行矢量叠加，能使无人机做出前进、横移或原地转向动作；
[0028]在陆地时呈H构型，四个摆线推进器作为叶片轮在陆地行驶，使无人机做出前进、斜向前进、原地转向动作；
[0029]在水下时呈N+1构型，两个第二摆线推进器位于水平面内，用于产生竖直方向的
力，两个第一摆线推进器位于竖直平面内，用于产生水平方向力与竖直方向力的合力；当竖直方向上合力大于其自重时，无人机上浮；当竖直方向上合力等于其自重时，无人机悬停；当竖直方向上合力小于其自重时，无人机下潜，两个第一摆线推进器产生的水平分力进行矢量叠加，使无人机做出前进、横移、斜向前进或原地转向动作。
[0030]本专利技术的有益效果如下：
[0031]本专利技术采用变构型设计来改变摆线推进器的布局，以适应不同的工作场景。
[0032]本专利技术在水陆空三种环境下均能实现多种运动方式，具有较高的机动性能。
[0033]本专利技术采用摆线叶片轮作为推进装置，在水陆空三种环境下均具有较高的推进效率。
[0034]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矢量推进的摆线式变构型水陆空三栖无人机，其特征在于，包括基座(1)、第一转动件(2)、第二转动件(3)、第一摆线推进器(4)和第二摆线推进器(14)，所述第一转动件(2)和所述第二转动件(3)能分别以所述基座(1)为中心进行旋转；所述第一转动件(2)的结构包括中心段(8)，所述中心段(8)两端分别与一径向旋转段(9)的一端相连，使径向旋转段(9)能以中心段(8)的轴线为轴旋转，两个径向旋转段(9)的另一端分别与一周向旋转段(10)的一端转动连接，两个周向旋转段(10)的另一端分别与一个所述第一摆线推进器(4)转动连接，所述第二转动件(3)的两端分别与一个所述第二摆线推进器(14)转动连接，第一摆线推进器(4)和第二摆线推进器(14)的结构相同，用于相互配合提供航行动力和改变航向；无人机能形成X构型、H构型或N+1构型：X构型下，第一转动件(2)和所述第二转动件(3)之间夹角不为零，且第一摆线推进器(4)与第二摆线推进器(14)的空间位置处于同一平面内；H构型下，第一转动件(2)和所述第二转动件(3)之间夹角为零，第一摆线推进器(4)与第二摆线推进器(14)的空间位置处于同一平面，且第一摆线推进器(4)与周向旋转段(10)之间成90
°
角、第二摆线推进器(14)与第二转动件(3)之间成90
°
角；N+1构型下，第一转动件(2)和所述第二转动件(3)之间夹角不为零，且第一摆线推进器(4)与第二摆线推进器(14)的空间位置所处的平面相互垂直。2.根据权利要求1所述的矢量推进的摆线式变构型水陆空三栖无人机，其特征在于，所述第一转动件(2)与所述第二转动件(3)的长度相同。3.根据权利要求1所述的矢量推进的摆线式变构型水陆空三栖无人机，其特征在于，所述径向旋转段(9)以中心段(8)的轴线为轴旋转的角度为0～360
°
。4.根据权利要求1所述的矢量推进的摆线式变构型水陆空三栖无人机，其特征在于，所述周向旋转段(10)相对于径向旋转段(9)旋转的角度为
‑
90
°
～90
°
。5.根据权利要求1所述的矢量推进的摆线式变构型水陆空三栖无人机，其特征在于，所述第一摆线推进器(4)相对于周向旋转段(10)旋转的角度为
‑
135
°
～135
°
，所述第二摆线推进器(14)相对于所述第二转动件(3)旋转的角度为
‑
135
°
～135
°
。6.根据权利要求1所述的矢量推进的摆线式变构型水陆空三栖无人机，其特征在于，所述中心段(8)的两端各安装一个电机三(13)，电机三(13)的输出轴沿中心段(8)轴线方向设置，并与所述径向旋转段(9)一端相连；所述径向旋转段(9)的另一端装有电机一(11)，电机一(11)的输出轴垂直于中心段(8)轴线，并与所述周向旋转段(10)一端固连，周向旋转段(10)的另一端装有电机二(12)，电机二(12)的输出轴垂直于周...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏丹，杨光宗，闫寒，周紫龙，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：