一种水空两用无人机的制作方法

2021-02-15 06:02:59|

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本实用新型涉及无人机技术领域，尤其涉及一种水空两用无人机。

背景技术：

随着无人机技术的成熟，越来越多的领域用到无人机，而水空两用无人机还存在技术空白，目前比较成熟的方案有斯威普公司生产的雨燕两栖无人机，其机身通过整体式设计解决密封防水问题，广泛应用于水面以上的航拍，运用在冲浪、婚庆、野外游玩等一系列活动上。

但是由于无人机广泛依靠无线电传输，而水下对无线电信号影响较大，所以这种无人机虽然解决了防水问题但依然无法在水下使用，不能满足一些特种领域的使用需求，如堤坝检测、水上水下救援等。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种能够在空中飞行和水下航行的水空两用无人机。

本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种水空两用无人机，包括从上到下依次设置的天线模块、核心舱和真空舱；所述核心舱内包括固定无人机飞行控制元件和传感器的飞控空间和卷收有线缆的集线空间；所述飞控空间与集线空间相互密封隔离；所述线缆一端连接无线模块另一端连接核心舱内的控制元件，所述天线模块通过所述线缆与无人机通信连接，所述天线模块能够浮在水面；所述真空舱具有容纳水或空气的腔体，所述无人机还包括与真空舱配合的潜水系统和相对于真空舱周向均匀设置的多个旋翼。

本实用新型提供的水空两用无人机，通过线缆通信连接无线模块和核心舱，在水下作业时令无线模块浮在水面，从而与地面控制终端保持无线通讯，并保证信号不受水的影响，实现了无人机的水下作业，扩展了无人机的应用空间。

优选的，所述天线模块包括沿轴向装配的天线底座和天线罩，所述天线底座上固定有天线安装支架，所述天线安装支架上安装有与地面无线通信的天线，所述线缆穿过天线底座与天线电连接，天线底座与天线罩和线缆与天线底座均密封连接。

优选的，所述核心舱包括沿轴向密封连接的核心舱壳体和天线基座，所述天线基座的形状与天线底座适应性配合；所述天线基座与核心舱壳体之间设置有将核心舱内部沿轴向分隔的核心端盘，天线基座一侧设置有与核心端盘固定连接的集线盘，所述线缆能够缠绕在集线盘上，核心端盘上还设置有驱动线缆收放的集线电机。

优选的，所述集线电机上设置有转轴与集线盘同轴的集线臂，所述集线臂端部设置有处于集线盘绕线面外侧的引线孔，所述线缆自由穿过引线孔；天线基座表面设置有供线缆自由穿过的线缆孔。

优选的，所述线缆通过防水接头与核心端盘上的接口电连接；或者线缆穿过核心端盘与控制元件电连接，线缆穿过核心端盘的位置进行密封设置。

优选的，所述核心舱壳体内沿轴向从下至上依次设置有单片机支架、第一飞控支架和第二飞控支架，所述单片机支架通过螺栓与核心舱壳体的底部固定配合，单片机支架上固定有单片机；所述第一飞控支架通过螺栓与核心舱壳体底部或单片机支架固定配合，第二飞控支架通过减震球与第一飞控支架固定配合；控制元件固定于第一飞控支架上，传感器固定于第二固定支架上。

优选的，所述核心舱壳体的外部还设置有与控制元件电连接的防水电缆接头以及深度计。

优选的，所述真空舱为环形腔体，真空舱的腔体内部设置有连接两个环形面的加强部；其环形空间内还容置有电池舱，所述核心舱壳体与电池舱沿轴向通过中空的连接轴连接，连接轴内部通过线缆连接电池舱和核心舱内部的元器件。

优选的，所述电池舱上表面与真空舱上表面电池舱之间沿周向均匀固定有至少两个起落架。

优选的，所述真空舱上表面均匀设置有两个沿径向突出的固定耳，电池舱上表面设置有电池舱法兰盘，起落架固定座沿轴向分别与固定耳和电池舱法兰盘固定配合。

优选的，所述真空舱外表面还固定设置有与电池舱法兰盘平行的真空舱法兰盘，所述起落架固定座还与真空舱法兰盘固定配合。

优选的，所述起落架包括与起落架固定座固定配合的连接管和与连接管配合的支撑管，所述连接管与真空舱轴线共面，所述连接管与起落架固定座的连接处能够转动调整与真空舱轴向的夹角，所述连接管端部设置有三通管夹，所述支撑管沿轴向穿设于三通管夹内并相对于连接管对称。

优选的，所述支撑管两端包覆有减震海绵。

优选的，所述起落架固定座包括分别与电池舱法兰盘和真空舱法兰盘固定配合的固定块、分置于固定块两侧连接两个固定块的夹板；所述夹板与两个固定块的配合区域之间具有避让固定耳形成的c型槽；两个夹板之间通过一光杆夹持有一管夹，所述管夹通过轴向与夹板平行的管夹螺栓与连接管端部固定配合；所述夹板上具有以光杆为圆心的弧形槽，所述弧形槽上还沿径向设置有多个指向光杆的限位槽，两个夹板的弧形槽内设置有一穿过连接管的调整杆，所述调整杆与光杆通过处于连接管内部并分置于管夹螺栓两侧的弹簧拉紧，所述连接管与调整杆配合的位置设置有沿连接管长度方向的腰型孔。

优选的，所述潜水系统包括与真空舱轴向平行固定于真空舱法兰盘上的电磁阀和固定在连接管上的真空泵，所述电磁阀的进水口直接与外界连通，出水口通过管道与真空舱的进水口连通，真空舱的出水口与真空泵的进水口连通，真空泵的出口与外界直接连通。

优选的，所述潜水系统包括与真空舱轴向平行固定于真空舱法兰盘上的电磁阀和固定在连接管上的真空泵，所述核心舱壳体上还设置有至少一组进水接头和出水接头；

所述电磁阀的进水口直接与外界连通，出水口通过管道与进水接头连通，所述进水接头和出水接头通过核心舱壳体内的管道连通，出水接头与真空舱的进水口连通，真空舱的出水口与真空泵的进水口连通，真空泵的出口与外界直接连通。

优选的，所述核心舱壳体底部具有与电池舱法兰盘平行的核心舱法兰盘，旋翼固定座分别与电池舱法兰盘和核心舱法兰盘固定连接，沿真空舱周向均匀固定有四个所述旋翼固定座。

优选的，所述旋翼包括与旋翼固定座固定配合的套筒，所述套筒内套设有旋翼臂，套筒上还设置有固定旋翼臂的螺栓，旋翼臂另一端固定有安装座，螺旋桨固定于安装座上。

优选的，所述安装座包括至少两个与旋翼臂固定配合的c型卡箍和与c型卡箍固定连接的安装板，所述c型卡箍包括两个具有半圆形缺口的卡板，缺口两侧分别设置有与安装板垂直的装配孔，安装板通过固定螺栓穿过两个的卡板的装配孔将c型卡箍与旋翼臂固定连接。

优选的，所述安装板通过螺栓连接电机，电机的输出轴与螺旋桨固定配合，所述旋翼臂沿轴向贯通，供电电缆穿设于旋翼臂内与电机通过防水接头电连接。

优选的，所述套筒能够相对旋翼固定座转动改变角度。

优选的，述连接轴具有外螺纹，所述核心舱底部和电池舱顶部的中间分别设置有具有内螺纹的通孔，所述连接轴一端具有端板，连接轴与电池舱螺接配合使端板处于电池舱内部，端板与电池舱之间还限制有密封圈，核心舱内部还具有与连接轴端部螺接配合的密封螺母，密封螺母与核心舱之间还设置有密封圈。

优选的，所述连接轴上还螺接有两端分别与电池舱和核心舱抵接的外螺母，所述外螺母与电池舱和核心舱之间分别限制有密封圈。

优选的，所述电池舱底部还固定有处于真空舱下方的监视舱，所述监视舱包括与电池舱密封连接的云台座和与云台座密封连接的半球罩，所述半球罩由透明材料制成；云台座上固定有云台，云台上固定有处于半球罩内部的相机。

优选的，所述云台座内固定有云台法兰，所述云台包括固定在云台法兰上的主电机、l架、副电机；所述l架的两个垂直面分别与主电机和副电机配合，主电机固定于云台法兰上，副电机与相机固定配合。

优选的，所述真空舱法兰盘上还固定有灯座，所述灯座端部铰接有一能够在真空舱轴线所在的平面内摆动的摆动头，所述摆动头上安装有探照灯，所述探照灯能够跟随摆动头摆动。

本实用新型提供的水空两用无人机的优点在于：通过线缆通信连接无线模块和核心舱，在水下作业时令无线模块浮在水面，从而与地面控制终端保持无线通讯，保证信号不受水的影响，实现了无人机的水下作业，扩展了无人机的应用空间；通过深度计和集线电机的配合方便根据下潜深度调整线路释放长度；通过云台和探照灯的设置，确保相机在水下能够获取多角度清晰的图像，大量的电缆、水管接头均采用标准件，能够直接买到，降低硬件成本；通过连接轴连接核心舱、电池舱和真空舱，使内部线缆不需要从外部进行连接，降低线缆损坏风险。

附图说明

图1为本实用新型的实施例提供的水空两用无人机的示意图；

图2为本实用新型的实施例提供的水空两用无人机的天线模块的示意图；

图3为本实用新型的实施例提供的水空两用无人机的核心舱破开视图；

图4为本实用新型的实施例提供的水空两用无人机的集线空间示意图；

图5为本实用新型的实施例提供的水空两用无人机的核心舱、电池舱和真空舱的配合结构示意图；

图6为本实用新型的实施例提供的水空两用无人机的真空舱示意图；

图7为本实用新型的实施例提供的水空两用无人机的真空舱与电池舱的配合形态示意图；

图8为本实用新型的实施例提供的水空两用无人机的起落架固定座示意图；

图9为本实用新型的实施例提供的水空两用无人机的旋翼示意图；

图10为本实用新型的实施例提供的水空两用无人机的连接轴示意图；

图11为本实用新型的实施例提供的水空两用无人机的监视舱示意图；

图12为本实用新型的实施例提供的水空两用无人机的探照灯示意图；

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1所示，本实施例提供了一种水空两用无人机，包括从上到下依次设置的无线模块1、核心舱2和真空舱3，结合图3，所述核心舱2内包括用于固定无人机飞行控制元件和各类传感器的飞控空间201和卷收有线缆(图未示)的集线空间202，所述飞控空间201与集线空间202相互密封隔离，所述线缆一端连接无线模块1，另一端连接核心舱2内的控制元件，所述天线模块1通过无线通信方式与控制终端通信连接，并通过线缆传递给无人机，所述无人机主要采用潜艇的原理实现水下浮沉操作，真空舱3作为无人机的储水空间，无人机还包括与真空舱3连通为真空舱3排水和注水的潜水系统和相对于真空舱3周向均匀设置的多个旋翼5；通过旋翼5实现空中飞行，通过潜水系统实现水下作业。

本实施例提供的水空两用无人机，通过线缆通信连接无线模块1和核心舱2，在水下作业时令无线模块1浮在水面，从而与地面控制终端保持无线通讯，并保证信号不受水的影响，实现了无人机的水下作业，扩展了无人机的应用空间。

另外，在作业时可根据使用需求为无人机配置相应的探测设备，如本实施例中在真空舱3下方还设置有监视舱6用来获取水下视频资料。

参考图2，所述天线模块1包括沿轴向装配的天线底座11和天线罩12，所述天线底座11上固定有天线安装支架13，所述天线安装支架13上安装有与地面无线通信的天线(图未示)，本实施例中所述天线底座11为圆锥形结构，所述天线罩12为弧顶结构，天线底座11与天线罩12之间还设置有天线密封圈14，线缆穿过天线罩11尖端部并与天线罩11密封配合，保证天下模块1浮在水面时，水不会进入到天线模块1内部。

参考图3，所述核心舱2包括沿轴向装配的核心舱壳体21和天线基座22，所述天线基座22的形状与天线底座11适应性配合，本实施例中天线基座22上表面的中心区域呈圆锥状下凹，天线基座22上表面的中心具有供线缆自由穿过的线缆孔221；所述天线基座22与核心舱壳体21之间设置有将核心舱2内部沿轴向分隔的核心端盘23，天线基座22一侧设置有与核心端盘23通过螺栓固定连接的集线盘231，线缆缠绕在所述集线盘231表面，集线盘231中间固定有一个集线电机232，所述集线电机232上设置有转轴与集线盘231同轴的集线臂233，所述集线臂233包括竖直设置的转轴2331、沿径向延伸到集线盘231表面的连杆2332和与连杆2331连接竖直向下设置的引线杆2333，所述引线杆2333端部固定有处于集线盘231绕线面外侧的引线孔2334，所述引线孔2334的轴向与转动方向垂直；无人机在水中下潜时，可通过转动集线臂233释放缠绕在集线盘231上的线缆，线缆依次穿过引线孔2334和线缆孔221；无人机在水中上升时，由于天线模块1始终浮在水面，因此需及时将线缆回收缠绕在集线盘231上，此时可通过转动集线臂233，令引线孔2334相对于集线盘231表面转动缠绕线缆。在集线盘轴向高度较大时，还可以集线臂233设置为能够沿轴向调整高度，从而均匀的将线缆缠绕在集线盘231表面，具体可通过增加直线往复驱动电机或适应性的设置斜齿轮传动实现集线臂233在竖直高度范围内的往复运动。

由于线缆与线缆孔221的配合是自由的，此处的防水效果不佳，在水下工作时，集线空间202内必然会进水，为了防止飞控空间201进水，所述核心端盘23与核心舱壳体21和天线基座22的配合面均使用密封圈密封，同时还可以将核心端盘23与核心舱壳体21的配合面设置为异形面增加防水效果，核心端盘23与核心舱壳体21通过螺纹拧紧配合。

缠绕在集线盘233上的线缆需要与飞控空间201内的控制元件通信，为了确保防水效果，可以在核心端盘233上设置与控制元件通信连接的接口，在线缆端部设置防水接头与接口配合，防水接头和适配的接口可直接购买，也可以让线缆穿过核心端盘23直接与控制元件连通，只需要在线缆与核心端盘23的配合位置进行密封处理即可。

所述核心舱壳体21内沿轴向从下至上依次设置有单片机支架211、第一飞控支架212和第二飞控支架213，所述单片机支架211通过螺栓与核心舱壳体21的底部固定配合，单片机支架211用于固定单片机，本实施例中选用的单片机为stm32单片机；所述第一飞控支架212通过螺栓与核心舱壳体21底部或与单片机支架211固定配合，第二飞控支架213通过减震球214与第一飞控支架212固定配合，其中第一飞控支架212主要用来固定控制元件，第二飞控支架213主要用来固定一些精密传感器和紧密部件，减震球214能够提高第二飞控支架213的稳定性，保护精密部件，提高传感器检测数据的精度；所述减震球214通过尼龙等柔性材料制作，可直接市购。

为了提高整个结构的抗压能力，避免应力集中，所述无人机的外部结构基本采用曲线结构，结合图4，本实施例中所述核心舱壳体21整体呈鼓状结构，底面大致平整，所述核心舱壳体21的侧面还固定有防水电缆接头215，从而与其他的元器件连接进行供电和信号传递；核心舱壳体21上还设置有用于检测下潜深度的深度计216；结合深度计控制线缆的收放长度，从而驱动集线电机232进行正反转，确保天线模块1不会被拉入是水下，保证通信稳定。

结合图1、图5和图6，所述真空舱3为环形腔体，真空舱3的腔体内部设置有连接两个环形面的加强部31，真空舱3的环形空间内还容置有电池舱4，所述核心舱壳体21与电池舱4沿轴向通过中空的连接轴41连接，所述连接轴41内部供线缆通过可连通电池舱4和核心舱2。

参考图6，所述真空舱3上表面均匀设置有两个沿径向突出的固定耳32，结合图5，电池舱4上表面设置有电池舱法兰盘42，无人机还设置有起落架7，所述起落架7包括与被夹持真空舱3和电池舱4之间并分别与固定耳32和电池舱法兰盘42固定配合的起落架固定座71；从而通过起落架固定座71实现电池舱4与真空舱3的固定配合。参考图7，真空舱3的外表面还固定有与电池舱法兰盘42平行的真空舱法兰盘33，所述起落架固定座71还与真空舱法兰盘33固定配合，所述真空舱法兰盘33可通过焊接套设在真空舱3外部，所述电池舱法兰盘42可直接与电池舱4一体构造得到，本实施例中电池舱法兰盘42与电池舱4的上表面通过螺栓固定连接。

参考图5，所述起落架7还包括与起落架固定座71固定配合的连接管72和与连接管72配合的支撑管73，所述连接管72与真空舱3的轴线共面，所述连接管72与起落架固定座72的连接处能够转动调整与真空舱3轴向的夹角，通过调整两侧的起落架7的倾斜角，能够让飞行器在高低不平的底面保持平衡。所述连接管72端部设置有三通管夹74，所述支撑管73沿轴向穿设于三通管夹74内并相对于连接管72对称分布，支撑管73两端包覆有减震海绵，在落地时进行缓冲。

参考图8，所述起落架固定座71包括分别与电池舱法兰盘42和真空舱法兰盘33固定配合的固定块711、分置于固定块711两侧连接连个固定块711的夹板712；所述夹板712与两个固定块711的配合区域之间具有避让固定耳32形成的c型槽(图未示)，上方的固定孔711通过螺栓与电池舱法兰盘42和固定耳32固定连接，下方的固定孔711通过螺栓与真空舱法兰盘33固定连接，两个夹板712分别通过螺栓从侧面与固定块711固定连接；两个夹板712之间通过一光杆713夹持有一管夹714，连接管72端部插入管夹714内，管夹714上设置有轴向与夹板712平行的管夹螺栓715，管夹螺栓715将管夹712和连接管72固定连接；所述夹板712上具有以光杆714为圆心的弧形槽716，管夹714处于光杆713和弧形槽716之间，所述弧形槽716上还沿径向设置多个指向光杆713的限位槽717，连接管72上还设置有连接两侧弧形槽716的调整杆718，所述光杆713上设置有两个处于连接管72内部并分置于管夹螺栓715两侧的弹簧719，两个弹簧719呈拉紧状态与调整杆718配合，连接管72上设置有沿长度方向的腰型孔721，调整杆718被限制在腰型孔721内。

固定块711和夹板712相对于无人机固定，需要调整连接管72的角度时，将调整杆718拉至弧形槽716上然后转动调整与调整杆718配合的限位槽717即可，为了方便操作，所述调整杆718可沿轴向向外延伸设置调节手柄(图未示)。

结合图1和图7，所述核心舱壳体21底部还具有与电池舱法兰盘42平行的核心舱法兰盘24，本实施例中核心舱法兰盘24通过螺栓固定在核心舱壳体21下方，结合图9，所述旋翼5包括分别与电池舱法兰盘42和核心舱法兰盘24固定连接的旋翼固定座51，本实施例中沿真空舱3周向均匀设置有四个旋翼5。

参考图9，所述旋翼5还包括与旋翼固定座51固定配合的套筒52，所述套筒52内套设有旋翼臂53，所述旋翼臂53另一端固定有安装座54，安装座54上固定有螺旋桨55；所述旋翼臂53与套筒52通过螺栓锁紧。所述安装座54包括至少两个与旋翼臂53固定配合的c型卡箍541和与c型卡箍541固定连接的安装板542，具体的，所述c型卡箍541通过两个具有半圆形缺口的卡板(图未示)拼合得到，卡板的缺口朝向或背向安装板542，旋翼臂53被两个卡板卡合限位后通过螺栓将安装板542和卡板固定实现旋翼臂53与安装座54的固定连接。所述安装板542上通过螺栓固定有电机56，电机56的输出轴与螺旋桨55固定配合，所述旋翼臂53沿轴向贯通，旋翼臂53穿设有连接核心舱壳体21上的防水电缆接头215和电机56的线缆。为了减小储存是占用的空间，所述套筒52与旋翼固定座51能够相对转动，在收纳时松开螺丝即可让旋翼臂53下垂，使用时拧紧螺丝即可；也可以使用多个螺栓固定，在收纳时仅保留一个作为转轴即可。

参考图10，所述连接轴41为具有外螺纹的空心结构，所述核心舱壳体21的底部和电池舱4的顶部中间位置分别设置有具有内螺纹的通孔(图未示)，连接轴41一端具有端板411，连接轴41与电池舱4螺接配合使端板处于电池舱4内部，端板411与电池舱4之间还限制有密封圈，核心舱壳体21内部具有与连接轴41端部螺接配合的密封螺母412，密封螺母412与核心舱壳体21的底面之间也设置有密封圈。所述连接轴41上还螺接有分别与电池舱4和核心舱壳体21抵接的外螺母413，外螺母与电池舱4和核心舱壳体21之间分别限制有密封圈。

参考图1，所述电池舱4底部通过螺栓固定连接有处于真空舱3下方的监视舱6，结合图11，所述监视舱6包括与电池舱4密封连接的云台座61和与云台座61密封连接的半球罩(图未示)，半球罩有透明材料制成，本实施例中选用透明亚克力。所述云台座61上固定有云台法兰62，云台法兰62与处于半球罩内的云台(图未示)固定连接，云台上固定相机63，云台可驱动相机63在云台座61内改变角度。

具体的，所述云台包括主电机64、l架65和副电机66，所述l架65的两个垂直面分别与主电机64和副电机66配合，主电机64固定在云台法兰62上，驱动l架在水平面内运动；副电机55与相机63固定配合，驱动相机63在竖直面内转动，相机63的视角与副电机66的转轴垂直。

结合图12，为了提高水下视觉条件，所述真空舱法兰盘33上还固定有灯座34，灯座34端部铰接有一能够在真空舱3轴线所在的平面内摆动的摆动头35，所述摆动头35上安装有探照灯36，等过摆动头35带动探照灯36摆动改变照明角度，可为相机63提供良好的照明条件。

本实施例中所述摆动头35为c型卡箍，其开口端大致沿径向延伸形成互相平行的夹持板351，灯座34的端部处于夹持板351中间，通过螺栓连接灯座34和夹持板351，所述夹持板351的间距大于灯座34端部的厚度，夹持板351与灯座34配合的位置均设置有呈散射状的凸齿，需要调整摆动头35相对灯座34的夹角时，可通过松开连接灯座34与夹持板351的螺栓，改变夹持板351与灯座34配合的凸齿位置，从而调整摆动头35相对灯座34的角度，被夹紧固定在摆动头35上的探照灯36跟随改变角度。

再参考图1，本实施例提供的潜水系统包括固定在真空舱法兰盘33上的电磁阀37和固定在连接管72上的真空泵75，结合图5，真空泵75通过u型管箍76与连接管72固定配合，结合图6，真空舱3的底部分别设置有进水口和出水口，所述电磁阀37的进水口直接与外界连通，出水口通过管道与真空舱的进水口连通，真空舱的出水口与真空泵75的进水口连通，真空泵75的出口直接与外界连通；在潜水时通过真空泵75提供负压将真空舱3内的气体排出并将水抽进真空舱3内，当无人机的重力超过浮力时无人机会下沉；到达指定高度时，保持电磁阀37关闭，通过真空泵75将真空舱3内的部分水排出，保持无人机的重力与浮力相同，需要上升时通过排水让浮力大于重力即可；另外也可以通过四旋翼飞行器的飞行控制方式调整无人机在水下的运动。

本申请中还在核心舱壳体21上设置有至少一组进水接头217和出水接头218，所述电磁阀37的出水口直接与进水接头217连通，进水接头217通过处于核心舱2内部的管道与出水接头218连通，出水接头218再与真空舱3的进水口连通，通过流水对核心舱2内的电子器件进行冷却。

本实施例中在两个起落架7上均固定有真空泵75，同时在核心舱壳体21上设置有两组进水接头217和出水接头218，真空舱3上也设置两组进水口和出水口，因此电磁阀37的出水口通过三通接头分别连接核心舱壳体21上的两个进水接头217，两个出水接头218分别连接真空舱3的两个进水口，两个出水口分别与两个真空泵75连通，从而提高进出水速度。

另外，为了降低这个无人机的重量，可以在不影响密封性和结构强度的情况下设置一些减重孔，如各种法兰盘结构均设置有很多减重孔。

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