一种高稳定性的水空两栖无人载具制造技术

本发明专利技术公开了一种高稳定性的水空两栖无人载具。由空中飞行动力系统、水面航行动力系统、一体化机架、双体船硬质浮筒、超视距作业系统、控制系统和动力电池组成。空中飞行动力系统提供空中飞行所需动力；水面航行动力系统提供水面航行所需动力；一体化机架承载各部分系统，提供结构支撑；双体船硬质浮筒在载具落水后提供浮力；超视距作业系统负责图像采集，图像和数据传输；控制系统负责系统飞行和航行时位置、速度和加速度的控制，使得系统可以按照期望状态进行工作；动力电池提供所需能量。本发明专利技术采用一体化设计思路，综合考虑了载具的重心、稳心、浮心、排水量等因素，载具具有优异的稳定性，可以在水面风、雨、浪、流等干扰环境下稳定工作。稳定工作。稳定工作。

【技术实现步骤摘要】
一种高稳定性的水空两栖无人载具


[0001]本专利技术属于无人系统设计和
，具体地涉及一种结合无人机和无人船优点的高稳定性的水空两栖无人载具。

技术介绍

[0002]水质评价是环境质量评价的重要组成部分，中国疆域辽阔，河湖众多，目前传统人工取样监测、固定点位监测均为点状采样，存在劳动量大、覆盖范围不足、智能化水平不高等问题；新型无人机采样方式受限于无人机续航时间，一次飞行只能获取有限点位水质样本；无人船续航时间长，但是机动性较差，无法自主出入水，在壕沟、湿地等非联通水域无法自主切换采样水域。
[0003]将多旋翼无人机与无人船进行结合，使得无人载具同时具备飞行和航行能力即可解决上述问题。无人载具飞行动力系统采用多旋翼构型，具备原地起降和悬停能力，在飞行模式时无人载具可以自主起飞降落、跨越障碍、进行长距离机动。当需要执行取水、接触式水质监测等水面任务是时，无人载具切换为水面漂浮模式，依赖浮筒浮力平衡无人载具重量，将极大地延长其续航时间。无人载具水面动力系统采用中置双螺旋桨左右差动推进方式，双螺旋桨均可正转和反转，推动载具在水面前进和倒退，使得无人载具具备水面机动能力。该创新性设计兼具无人机机动性高、无人船续航时间长的有点，使得该载具在水质监测、水生动植物考察、水上打捞搜救等领域有着广泛的应用空间。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种高稳定性的水空两栖无人载具。
[0005]本专利技术采用的技术方案具体如下：
[0006]一种高稳定性的水空两栖无人载具，包含飞行动力系统、水面航行动力系统、双体船硬质浮筒、一体化机架、超视距作业系统、控制系统和动力电池；其中，所述飞行动力系统设置于一体化机架上部，提供飞行能力；水面航行动力系统设置于一体化机架底部，提供航行能力；双体船硬质浮筒对称设置于一体化机架底部左右两侧，提供所述载具在水面漂浮所需浮力；所述双体船硬质浮筒采用碳纤维超轻材料且为密封结构，减小浮筒结构重量对系统飞行续航时间的影响，双体船硬质浮筒的重量不超过所述载具重量的1/10；控制系统与飞行动力系统、水面航行动力系统和超视距作业系统连接，用于控制飞行动力系统、水面航行动力系统和超视距作业系统运行；所述动力电池与飞行动力系统、水面航行动力系统和超视距作业系统连接用于提供飞行动力系统、水面航行动力系统和超视距作业系统运行所需能量，所述动力电池置于双体船硬质浮筒内；所述载具的重心位于吃水线以上，距离吃水线的距离不超过为浮筒长度的1/6；超视距作业系统设置于一体化机架上部前端，用于提供载具前进方向第一视角实时画面，实现超视距作业。
[0007]本专利技术的无人载具将电池放置在中空的浮筒中以降低重心，在此种配置下，本载具的重心CG位于吃水线以上，距离吃水线的距离不超过为浮筒长度的1/6，处于较低位置。
同时由于双体船硬质浮筒采用密封设计，当载具纵向倾斜时，双体船硬质浮筒和载具其他部分避免水进入内部，载具重量和重量分配未发生变化，仍然可以保持稳定平衡，具备快速恢复到初始平衡位置的能力。
[0008]进一步地，所述一体化机架由连接和支撑飞行动力系统的机臂、一体化成型机壳、设置于一体化成型机壳上方的机壳上盖、机壳支撑柱、机臂支撑柱、横向水平连接杆、纵向水平连接杆和一端设置固定于纵向水平连接杆中部的水面航行动力系统支架组成；其中，机臂一端与一体化成型机壳固连，机壳支撑柱上端与一体化成型机壳固连，机臂支撑柱上端与机臂固连，机壳支撑柱、机臂支撑柱下端与横向水平连接杆和纵向水平连接杆固连形成整体稳定机架。
[0009]进一步地，所述飞行动力系统采用多旋翼电动无人机构架，由四个分别安装在机臂末端的电机和与电机固连的螺旋桨组合而成，电机带动螺旋桨转动，提供载具飞行所需动力；可在陆地和水面垂直起飞降落，同时具备在空中机动飞行的能力。
[0010]进一步地，所述水面航行动力系统采用中置双螺旋桨推进器，双螺旋桨均能正转和反转，左螺旋桨位于载具左侧中部，右螺旋桨位于载具右侧中部。
[0011]进一步地，螺旋桨推力中心靠近载具整体重心位置（中置双螺旋桨推进器螺旋桨推力中心与载具整体重心在水平面投影位置一致；中置双螺旋桨推进器螺旋桨推力中心与载具整体重心在垂直平面投影位置之间距离不超过双体船硬质浮筒长度的1/3），无人载具在加、减速时推力变化对俯仰角影响较小，左右中置布局配合螺旋桨正反转运动可以实现无人载具前进后退，两螺旋桨差动可实现载具原地掉头。
[0012]进一步地，所述双体船硬质浮筒采用流线型设计结构。
[0013]进一步地，所述双体船硬质浮筒内还放置控制系统、动力系统等载具运行所必须的零部件，避免精密零部件暴露在水中造成损坏。
[0014]本专利技术的有益效果是：
[0015]（1）水空两栖无人载具将多旋翼无人机与无人船进行结合，使得无人载具同时具备高机动空中飞行能力和长续航水面作业能力。
[0016]（2）旋翼无人机具备原地起降和悬停能力，无人载具可以自主起飞降落、跨越障碍、进行长距离机动，突破传统无人船需要码头或母船放置的缺陷，自主入水、自主出水，节约了码头建设和母船购买的成本。
[0017]（3）在水面作业时，如进行取水或者水质监测时无人载具切换为水面漂浮模式，依赖浮筒浮力平衡无人载具重量，极大地延长其续航时间，解决了传统主流无人机续航时间这一难题，将综合工作时间由半小时左右提升至十小时左右。
[0018]（4）无人机遇到遮挡超出视距范围时可由超视距作业系统提供第一视角实时画面，方便远距离操作。
[0019]（5）无人载具水面动力系统采用中置双螺旋桨左右差动推进方式，双螺旋桨均可正转和反转，推动载具在水面前进和倒退，使得无人载具具备水面机动能力。
[0020]（6）无人载具水面动力系统采用中置双螺旋桨左右差动推进方式，结合控制算法，使得无人载具在有风、浪、流等干扰条件下仍具备水面定位能力。
[0021]（7）本专利技术所涉及的无人载具具备高纵摇稳定性和横摇稳定性，在风、浪、流等干扰条件下该载具仍然可以正常工作。且此稳定性属于被动稳定，为载具本身机械结构决定，
无需主动，节省能量，省力省心。
[0022]（8）本专利技术所涉及的无人载具具备空中机动和水面驻留功能，在水质监测、水生动植物考察、水上打捞搜救等领域有着广泛的应用空间。
附图说明
[0023]图1为本专利技术一种高稳定性的水空两栖无人载具的结构示意图；
[0024]图2为本专利技术一种高稳定性的水空两栖无人载具纵向稳定性示意图；
[0025]图3为本专利技术一种高稳定性的水空两栖无人载具横向稳定性示意图；
[0026]图中：飞行动力系统1、水面航行动力系统2、双体船硬质浮筒3、一体化机架4、超视距作业系统5、吃水线6、无人载具整体重心7、机臂8、一体化成型机壳9、机壳上盖10、机壳支撑柱11、机臂支撑柱12、纵向水平连接杆13、横向水平连接杆14、水面航行动力系统支架15、浮筒固定件16、机臂支撑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高稳定性的水空两栖无人载具，其特征在于，包含飞行动力系统（1）、水面航行动力系统（2）、双体船硬质浮筒（3）、一体化机架（4）、超视距作业系统（5）、控制系统和动力电池；其中，所述飞行动力系统（1）设置于一体化机架（4）上部，提供飞行能力；水面航行动力系统（2）设置于一体化机架（4）底部，提供航行能力；双体船硬质浮筒（3）对称设置于一体化机架（4）底部左右两侧，提供所述载具在水面漂浮所需浮力；所述双体船硬质浮筒（3）采用碳纤维超轻材料且为密封结构，双体船硬质浮筒（3）的重量不超过所述载具重量的1/10；控制系统与飞行动力系统（1）、水面航行动力系统（2）和超视距作业系统（5）连接，用于控制飞行动力系统（1）、水面航行动力系统（2）和超视距作业系统（5）运行；所述动力电池与飞行动力系统（1）、水面航行动力系统（2）和超视距作业系统（5）连接，用于提供飞行动力系统（1）、水面航行动力系统（2）和超视距作业系统（5）运行所需能量，所述动力电池置于双体船硬质浮筒（3）内；所述载具的重心位于吃水线以上，距离吃水线的距离不超过双体船硬质浮筒（3）长度的1/6；超视距作业系统（5）设置于一体化机架（4）上部前端，用于提供载具前进方向第一视角实时画面，实现超视距作业。2.根据权利要求1所述的高稳定性的水空两栖无人载具，其特征在于，所述一体化机架（4）由连接和支撑飞行动力系统（1）的机臂（8）、一体化成型机壳（9）、...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱灶旭，余翔，郭雷，
申请(专利权)人：北京航空航天大学杭州创新研究院，
类型：发明
国别省市：