一种涵道式三栖无人机的制作方法

本实用新型涉及无人机设计生产技术领域，特别涉及一种涵道式三栖无人机。

背景技术：

涵道式无人机由于体积小、重量轻、便于携带，因此得到了非常广泛的应用，传统涵道式无人机在执行任务时均是在空中飞行，并根据需要在空中对地面、水面或空中的影像进行获取，或者对地面目标进行攻击。

然而在一些情况下，可能需要无人机对地面或水面上的目标进行更近距离的拍照甚至是对目标进行采样，因此能够在地面上行走以及能够在水面上进行浮渡就成为了对于涵道式无人机的迫切需求。

为了满足上述需求，目前市面上的一些涵道式无人机在壳体的下部安装了浮板或者浮球等装置，这些装置虽然能够保证涵道式无人机在水面上漂浮，但是该种涵道式无人机在水面以及地面上却基本没有机动能力，因此如何提供一种能够在空中、水面和地面运行的涵道式三栖无人机是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

为了能够实现涵道式无人机在空中、水面和地面运行，本实用新型中公开了一种涵道式三栖无人机，该涵道式三栖无人机包括开设有涵道孔的壳体和设置在所述涵道孔内的涵道风扇，所述壳体的底部还设置有能够支撑所述壳体在地面行走以及在水面前行的明轮，所述明轮由内置在所述壳体中的驱动装置驱动，且所述明轮上设置有跟随所述明轮转动并用于拨水的蹼板。

优选的，所述明轮由相对设置的两块圆板构成明轮主体，两块所述圆板之间设置有多个所述蹼板，任意一所述蹼板均与所述圆板垂直，且任意一所述蹼板的内端均位于所述明轮的中心，外端均朝向所述明轮的外缘延伸，多个所述蹼板在所述明轮的周向上呈放射状分布。

优选的，所述蹼板的外端与所述明轮的外缘平齐。

优选的，所述壳体包括由发泡材料形成的外壳和内置在所述外壳中的硬质承载骨架，所述外壳包括上侧发泡外壳和下侧发泡外壳，且在所述上侧发泡外壳和所述下侧发泡外壳扣合后，所述外壳的内部形成与所述硬质承载骨架形状适配的安装腔体。

优选的，所述外壳呈长方形平板状，所述硬质承载骨架包括：

沿无人机的纵向延伸的机身骨架；

沿所述无人机的横向，对称设置在所述机身骨架两侧的涵道支撑环，所述涵道支撑环连接于所述机身骨架上；

设置在所述涵道支撑环内，且用于安装电机的电机支撑架；

其中，所述外壳厚度方向上的顶面和底面与所述涵道支撑环对应的位置开设有所述涵道孔。

优选的，所述涵道支撑环与所述涵道孔无缝对接。

优选的，所述机身骨架任意一侧的所述涵道支撑环均包括多个，并且同一侧的所述涵道支撑环的中心均位于同一直线上，或者同一侧的所述涵道支撑环中的大部分涵道支撑环的中心位于同一直线上，所述直线与所述无人机的纵向平行。

优选的，所述涵道支撑环为圆环，所述电机支撑架包括电机承载套和多根支杆，所述电机承载套位于所述涵道支撑环的中心，所述支杆沿周向分布在所述涵道支撑环内，所述支杆的一端与所述涵道支撑环的内壁相连，另一端与所述电机承载套相连。

优选的，所述机身骨架两侧的所述涵道支撑环借助穿过所述机身骨架的连接杆相连。

优选的，所述连接杆与所述机身骨架垂直。

优选的，所述明轮通过明轮电机驱动，所述明轮电机嵌装在所述下侧发泡外壳的安装孔内，且所述明轮驱动电机的输出轴与所述明轮相连。

优选的，所述壳体的侧面或底面上还开设有多个安装口，所述安装口内设置有红外照明灯以及用于进行图像采集的摄像头。

由以上技术方案可以看出，本实用新型所公开的涵道式三栖无人机，包括开设有涵道孔的壳体和设置在涵道孔内的涵道风扇，在此基础上，该涵道式三栖无人机增设了明轮，并且明轮由内置在壳体中的驱动装置驱动，明轮上设置有用于拨水的蹼板，明轮的作用在于支撑壳体在地面上行走或者在水面上前行。

涵道风扇可以为无人机提供空中飞行动力，使整个无人机实现空中运行；当无人机降落在地面上之后，整个壳体将由明轮支撑，在驱动装置的驱动下，明轮可带动整个无人机自由行进；当无人机降落在水面上时，整个无人机将漂浮于水面上，并且在驱动装置的驱动下，明轮在水中转动，从而带动设置在明轮上的蹼板拨水，这就为整个无人机提供了在水中自由行进的动力。

由此可见，本实用新型中所公开的涵道式三栖无人机不仅能够在空中飞行，而且在地面以及水面上也可以自由行进，使得无人机可以在空中、地面以及水面上完成取样、监测等特定任务，大大提高了涵道式无人机的应用范畴。

附图说明

图1为本实用新型实施例中所公开的涵道式三栖无人机一种角度的整体结构示意图；

图2为图1所公开的涵道式三栖无人机的俯视示意图；

图3为图1所公开的涵道式三栖无人机的侧视示意图；

图4为图2中的A-A向剖视示意图；

图5为图3中的B-B向剖视示意图；

图6为明轮去除其中一个圆板后的结构示意图；

图7为图1的左侧结构示意图；

图8为本实用新型实施例中所公开的硬质承载骨架的结构示意图。

其中，1为涵道孔，2为涵道风扇，3为涵道尾椎，4为风扇电机，5为支杆，6为风扇固定螺母，7为下侧发泡外壳，8为上侧发泡外壳，9为明轮，10为摄像头，11为红外照明灯，12为明轮电机，13为输出轴，14为机身骨架，15为涵道支撑环，16为圆板，17为蹼板，18为连接杆。

具体实施方式

本实用新型的核心之一是提供一种涵道式三栖无人机，以便使得涵道式无人机能够在空中、水面和地面运行，增大涵道式无人机的应用范畴。

请参考图1至图8中所示，本实用新型所公开的涵道式三栖无人机，包括壳体和涵道风扇2，与目前传统的涵道式无人机一致，壳体上也开设有涵道孔1，涵道风扇2安装在涵道孔1内，涵道风扇2的转轴平行于壳体的厚度方向，或者与壳体的厚度方向存在着较小的夹角(如不大于5°)，各个涵道风扇2的转轴均相互平行设置，除此之外，本实施例中所公开的涵道式三栖无人机的底部还设置有明轮9，明轮9能够支撑壳体在地面行走以及在水面上前行，明轮9由内置在壳体中的驱动装置驱动，并且明轮9上设置有跟随明轮9转动并用于拨水的蹼板17。

需要进行说明的是，本实用新型中所公开的涵道式三栖无人机对于整机的密度有一定要求，整机的平均密度应当小于水的密度，以保证该涵道式三栖无人机能够漂浮在水面上。

涵道风扇2可以为无人机提供空中飞行动力，使整个无人机实现空中运行；当无人机降落在地面上之后，整个壳体将由明轮9支撑，在驱动装置的驱动下，明轮9可带动整个无人机自由行进；当无人机降落在水面上时，整个无人机(涵道式三栖无人机)将漂浮于水面上，并且在驱动装置的驱动下，明轮9在水中转动，从而带动设置在明轮9上的蹼板17拨水，这就为整个无人机提供了在水中自由行进的动力。

由此可见，上述实施例中所公开的涵道式三栖无人机不仅能够在空中飞行，而且在地面以及水面上也可以自由行进，使得无人机可以在空中、地面以及水面上完成取样、监测等特定任务，大大提高了涵道式无人机的应用范畴。

一些极端情况下，例如无人机的续航里程达到极限时，无人机的控制系统可控制无人机降落在水面上，以保证安全；执行特殊任务时，无人机可以在水面上浮渡，浮渡过程中遇到障碍物时，可以通过控制系统控制飞离水面，当越过障碍物之后，可以再次降落到水面中进行浮渡。

明轮9的构成方式并不受限制，如图6中所示，在一种实施例中，明轮9由相对设置的两块圆板16构成明轮主体，两块圆板16之间设置有多个蹼板17，并且每一个蹼板17均与圆板16垂直设置，每一个蹼板17的内端均位于明轮9的中心，外端朝向明轮9的外缘延伸，两块圆板16之间的蹼板17呈放射状分布在明轮9的周向上。

作为优选的方式，相邻两个蹼板17之间的夹角相等，为了保证明轮9在地面上平稳运行，蹼板17的外端不应当超出明轮9的外缘，而为了给整个无人机提供充足的水上动力，蹼板17的长度应当足够大，为此本实施例中的蹼板17的外端与明轮9的外缘平齐。

当然，明轮9也可以仅由一块圆板16构成，蹼板17呈放射状固定设置在明轮9的圆盘面上即可。

不难理解的是，涵道式三栖无人机中壳体的类型以及材质也并不受限制，在一种实施例中，壳体包括由发泡材料形成的外壳和内置在外壳中的硬质承载骨架，如图1中所示，外壳包括上侧发泡外壳8和下侧发泡外壳7，并且上侧发泡外壳8和下侧发泡外壳7扣合后，外壳的内部形成与硬质承载骨架形状适配的安装腔体，上侧发泡外壳8与下侧发泡外壳9通过紧固件连接，或者相互卡接，或者粘接等。硬质承载骨架保证整个壳体的强度，无人机重量较大的动力电机、飞行控制器以及电子调速器等部件均安装在硬质承载骨架上；发泡外壳主要用于填充壳体的外形结构，并保证涵道孔气动外形的精确度，也可用于安装一些重量较轻的附属部件。

该种壳体不仅达到了涵道式无人机对壳体强度的要求，同时还有效降低了整体重量，在电池容量不变的情况下，可有效提高无人机的续航里程，同时其生产工艺简单、生产成本低，符合大批量生产的工艺要求。

应当说明的是，外壳的形状不受限制，为了提高涵道式无人机通过狭窄空间的能力，本实施例中的外壳的形状优选的呈长方体状(或称为长方形平板状)。

在本实用新型实施例中，无人机的纵向是指无人机在飞行时的前进方向，无人机的横向是指与前进方向相垂直的方向。

由涵道孔1所构成的涵道队列可以为一排也可以为多排，本实施例中所公开的涵道式三栖无人机中，涵道孔1构成多排沿无人机纵向延伸的涵道队列，当涵道队列为奇数时，中间的一排涵道队列应当正好位于壳体的纵向中轴线上，其余的涵道队列对称的分置在纵向中轴线的两侧；当涵道队列为偶数时，所有涵道队列均对称的分置在纵向中轴线的两侧，所谓壳体的纵向中轴线就是指该中轴线平行于壳体的纵向，并且过外壳的中心。

请参考图5和图8，本实施例中所公开的硬质承载骨架包括机身骨架14、涵道支撑环15以及电机支撑架，机身骨架14沿无人机的纵向延伸，机身骨架14的作用在于为整个硬质承载骨架提供强度支撑，同时为其他构件提供安装基础，涵道支撑环15沿无人机的横向对称设置在机身骨架14的两侧，并且涵道支撑环15连接在机身骨架14上，电机支撑架的作用在于为风扇电机4提供安装基础，电机支撑架设置在涵道支撑环15内，外壳在厚度方向上的顶面和底面上开设有涵道孔1，涵道孔1与涵道支撑环15一一对应设置，尤其需要强调的是，在上侧发泡外壳8和下侧发泡外壳7扣合后所形成的涵道孔1应当与涵道支撑环15之间无缝对接，意即涵道孔1与涵道支撑环15之间应当紧密压合，以保证涵道式无人机具有优异的气动性能。

机身骨架14的任意一侧的涵道支撑环15均设置有多个，并且位于同一侧的涵道支撑环15的中心均位于同一条直线上，该直线与无人机的纵向平行；当然，也可以是同一侧的涵道支撑环15中的大部分位于同一条直线上。涵道支撑环15可以为方环、多边形环等等，本实施例中的涵道支撑环15具体为圆环，电机支撑架包括电机承载套和多根支杆5，电机承载套位于涵道支撑环15的中心，以保证风扇电机4的轴心与涵道支撑环15的轴心同心设置，支杆5沿周向分布在涵道支撑环15内，并且支杆5的一端与涵道支撑环15的内壁相连，另一端与电机承载套相连，以便将电机承载套稳固支撑在涵道支撑环15的中心。

如图1中所示，风扇电机4内置在电机承载套中，风扇电机4的输出轴上安装有涵道风扇2，并通过风扇固定螺母6将涵道风扇2紧固在风扇电机输出轴上，风扇电机4的尾端安装有涵道尾椎3。

本实施例中，在同一个涵道支撑环15内，任意相邻的两根支杆5之间的夹角均相等，即，支杆5在涵道支撑环15内均匀分布，更为具体的，每一个涵道支撑环15内均设置有四根支杆5，其中，两根支杆5构成穿过涵道支撑环中心并且平行于壳体(或无人机)纵向的纵向直径杆，另外两根支杆5构成穿过涵道支撑环15中心，并垂直于壳体(或无人机)纵向的横向直径杆，每一个涵道支撑环15内的纵向直径杆和横向直径杆连为一体式结构，位于机身骨架14同一侧的涵道支撑环15内的纵向直径杆将同一侧的涵道支撑环15连为一体式结构，除此之外，该壳体还包括沿无人机的横向延伸的连接杆18，机身骨架两侧的涵道支撑环15借助穿过机身骨架的连接杆18相连，连接杆18与机身骨架之间的夹角不受限制，考虑到无人机机身整体结构布局的便利性，连接杆18与机身骨架之间的夹角优选的为90°。

当然，根据实际需要还可将每个涵道支撑环15内设计3根、5根、6根等其他数量的支杆5，只要能够稳定支撑电机承载套，并不与其他构件产生干涉即可。

由图5和8可以看出，涵道支撑环15被机身骨架14分隔为两组，位于机身骨架14同一侧的涵道支撑环15构成一组，在每一组中，相邻两根涵道支撑环15的外缘彼此固连为一体，并且在同一组涵道支撑环15中，涵道支撑环15关于机身骨架14的横向中分轴对称。所谓横向中分轴具体是指该中分轴沿无人机的横向延伸，并过机身骨架14的中点；至此，涵道支撑环15不仅关于无人机的纵向对称设置，而且还关于无人机的横向对称设置。

请参考图8，本实用新型实施例中的机身骨架14的横截面呈矩形，机身骨架14的上端和下端呈开口状。机身骨架14由相对设置并通过紧固件刚性连接的竖直孔板构成，在骨架的内侧，控制器(未示出)安装在中间，电池(未示出)安装在控制器的两端，控制器控制无人机的飞行、水面和地面上的行进及转向，电池用于为风扇电机4及明轮电机12提供电力。

根据无人机具体规格、载重量和飞行速度的要求，涵道孔1以及涵道风扇2的数量可以进行适应性变化，本实施例中，位于机身骨架14同一侧的涵道支撑环15具体为三个，并且在这三个涵道支撑环15中，位于中间的涵道支撑环15的中心位于壳体的横向中分轴上，壳体的横向中分轴与机身骨架14的横向中分轴为同一条直线。

与此同时，外壳上应当开设有与涵道支撑环15相对应的六个涵道孔1，六个涵道孔1构成两排平行于壳体纵向的涵道孔队列，并且外壳的四角部位被圆化，以降低飞行过程中的风阻，并提高无人机的美观性。

如图1至图7中所示，本实施例中所公开的涵道式三栖无人机具体设置有四个明轮9，四个明轮9分别位于无人机外壳的四角部位，每个明轮9分别对应有一个明轮电机12(明轮电机需做防水处理)，明轮电机12嵌装在下侧发泡外壳7的安装孔内，并且明轮电机12的输出轴13平行于外壳的横向，明轮9上设置有轴孔，明轮电机12的输出轴13穿入轴孔内实现两者的连接，完成安装后需保证明轮9的一部分低于下侧发泡外壳7的底面。当然，根据实际需要，明轮电机12与明轮9之间还可以设置减速器等传动机构，明轮电机12的输出轴13与明轮9之间可以直接相连，也可以通过传动轮等部件间接相连。

明轮9以及蹼板17的材质不受限制，可以为工程塑料、密度较小且强度足够的金属材料(如铝合金)，或者为满足承重要求的泡沫板等。

本实用新型中所公开的壳体，发泡材料可为泡沫，硬质承载骨架可以为工程塑料，也可为密度较小的且强度足够的金属材料(如铝合金)，还可以是碳纤维，玻璃纤维等，该壳体不仅达到了涵道式无人机对壳体强度的要求，同时还有效降低了整体重量，在电池容量不变的情况下，可有效提高无人机的续航里程，同时其生产工艺简单、生产成本低，符合大批量生产的工艺要求。

如图7中所示，该涵道式三栖无人机中，壳体的侧面上开设有多个安装口，安装口内设置有红外照明灯11以及用于进行图像采集的摄像头10，摄像头10和红外照明灯11的数量、设置位置等均不受限制，可以根据无人机的实际用途进行适应性设计，在本实施例中，红外照明灯11和摄像头10设置在外壳的侧面或者底面，如图7中所示，摄像头10靠近纵向中轴线设置或者位于纵向中轴线上，红外照明灯11具体为两个，分别位于摄像头10的两侧。

以上对本实用新型所提供的涵道式三栖无人机及其壳体进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。