一种鸭蹼式水陆两栖无人装置及其使用方法与流程

本发明涉及无人装置技术领域，尤其涉及一种鸭蹼式水陆两栖无人装置及其使用方法。

背景技术：

在洪涝、地震、山区等复杂的环境中，非常需要无人装置去完成自然探测、野外救援等富有危险性、紧急性的工作，但是当前的无人装置例如无人艇、无人车等都无法同时应对水域、沼泽地和陆地的复杂环境，难以实现水陆两栖的功能，同时也不具备快速搭建能够提供安全救援通道的临时浮桥的功能。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种鸭蹼式水陆两栖无人装置及其使用方法。

为实现上述目的，本发明的一种鸭蹼式水陆两栖无人装置，包括船体，所述船体的前部设置有前向摄像头，所述船体的后部设置有安装平台，所述船体的前后两端均设置有gnss定位仪，所述船体的两侧均设置有若干个连接部，相邻的两个连接部之间设置有辅助侧向摄像头，所述船体的底部设置有鸭蹼推进装置，所述船体内设置有伺服电机、控制盒与锂电池，所述伺服电机的输出端驱动连接有螺旋桨，所述控制盒包括控制器、总线模块、图像处理模块、无线传输模块和电机驱动器，所述总线模块与图像处理模块电连接，所述控制器分别与图像处理模块、无线传输模块和电机驱动器电连接，所述前向摄像头、gnss定位仪、连接部、辅助侧向摄像头、鸭蹼推进装置、伺服电机均与控制器电连接，所述前向摄像头、gnss定位仪、连接部、辅助侧向摄像头、鸭蹼推进装置、伺服电机、控制盒均与锂电池电连接。

优选的，所述鸭蹼推进装置设置有若干个鸭蹼驱动部，所述船体的底部设置有用于藏置鸭蹼驱动部的收纳腔，所述鸭蹼驱动部包括相互连接的第一臂体与第二臂体，所述第一臂体的一端设置有第一旋转关节，所述第一臂体的另一端与第二臂体的一端之间的连接处设置有第二旋转关节，所述第二臂体的另一端设置有鸭蹼关节，所述鸭蹼关节连接有机械鸭蹼，所述机械鸭蹼可活动调节且形状可为竹叶状、菱形、三角形等形状。

优选的，所述连接部包括旋转电机，所述旋转电机的动力输出端驱动连接有套筒，所述套筒内设置有弹簧，所述弹簧的一端连接有连接钩，所述连接钩设置有自锁弹性杆。

优选的，所述船体设置有三轴自稳云台，所述三轴自稳云台与前向摄像头连接。

一种鸭蹼式水陆两栖无人装置的使用方法，包括以下步骤:

（1）当无人装置在运行过程中，前向摄像头可以通过获取到周围环境的视觉信息，进而通过控制盒进行图像处理，判断无人装置所处的环境是水域、沼泽地或者陆地；

（2）当无人装置运行在水域时，鸭蹼驱动部自动藏置于收纳腔内，左右对称设置的两个螺旋桨分别由两个伺服电机驱动旋转，以提供向前直行的动力；

（3）控制盒通过控制伺服电机来调整螺旋桨的转速以实现无人装置的快速移动以及拐弯动作；

（4）当无人装置运行在沼泽地或者陆地时，螺旋桨停止运作，控制盒驱动四个鸭蹼驱动部交替动作以实现无人装置的爬行动作；

（5）多个无人装置可相互配合作业，通过前向摄像头、gnss定位仪和辅助侧向摄像头获知其他无人装置的位置，旋转电机驱动套筒转动再通过弹簧的连接钩相互连接，进而实现临时浮桥的搭建。

优选的，所述步骤（3）中的拐弯动作包括：当右边的螺旋桨转速大于左边的螺旋桨转速，进而使右边的推动力大于左边的推动力，实现无人装置转左，同样道理，当左边的螺旋桨转速大于右边的螺旋桨转速，进而使左边的推动力大于右边的推动力，实现无人装置转右。

优选的，所述步骤（4）中的爬行动作包括：当右侧的两个鸭蹼驱动部每次动作的摆动频率大于左侧的两个鸭蹼驱动部，进而使右侧的作用力大于左侧的作用力，实现无人装置转左，同样道理，当左侧的两个鸭蹼驱动部每次动作的摆动频率大于右侧的两个鸭蹼驱动部，进而使左侧的作用力大于右侧的作用力，实现无人装置转右。

本发明的有益效果：本发明的一种鸭蹼式水陆两栖无人装置及其使用方法，本发明融合了螺旋桨和鸭蹼推进装置的双驱动方式，充分运用鸭蹼步行的工作原理，同时也弥补了单独使用螺旋桨而导致驱动力不足的缺点，通过前向摄像头和gnss定位仪可以检测到无人装置所处环境的图像信息，并发送到图像处理模块进行运算处理，并将得到的环境信息发送到控制系统中，控制系统根据当前的环境信息控制切换相应的驱动方式运行，在处于宽阔的水域时，控制驱动螺旋桨进行高速转动，为无人装置的航行提供强大的动力，在沼泽地和陆地的复杂环境时，控制驱动鸭蹼推进装置来实现无人装置的步行前进。同时控制系统还可以通过无线传输模块接收到远程工作指令，当需要搭建浮桥时，多个无人装置自动检测到周边的其他无人装置并相互靠近，并通过连接部相互配合连接，能够在灾区现场当中第一时间快速搭建临时浮桥，为救援工作提供及时的安全救援通道。本发明智能自动化程度高，使用功能多，有效提高无人装置应对各种环境的工作能力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明船尾的结构示意图。

图3为本发明的俯视结构示意图。

图4为本发明的仰视结构示意图。

图5为本发明控制盒的结构示意图。

图6为本发明搭建浮桥的结构示意图。

附图标记包括：

1——船体2——前向摄像头3——安装平台

4——gnss定位仪

5——连接部51——旋转电机52——套筒

53——弹簧54——连接钩55——自锁弹性杆

6——辅助侧向摄像头

7——鸭蹼推进装置71——鸭蹼驱动部711——第一臂体

712——第二臂体713——第一旋转关节714——第二旋转关节

715——鸭蹼关节716——机械鸭蹼

8——伺服电机

9——控制盒91——控制器92——总线模块

93——图像处理模块94——无线传输模块95——电机驱动器

10——锂电池11——螺旋桨12——收纳腔

13——三轴自稳云台。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细的描述。

如图1至图6所示，本发明的一种鸭蹼式水陆两栖无人装置，包括船体1，所述船体1的前部设置有前向摄像头2，所述船体1的后部设置有安装平台3，所述船体1的前后两端均设置有gnss定位仪4，所述船体1的两侧均设置有若干个连接部5，相邻的两个连接部5之间设置有辅助侧向摄像头6，所述船体1的底部设置有鸭蹼推进装置7，所述船体1内设置有伺服电机8、控制盒9与锂电池10，所述伺服电机8的输出端驱动连接有螺旋桨11，所述控制盒9包括控制器91、总线模块92、图像处理模块93、无线传输模块94和电机驱动器95，所述总线模块92与图像处理模块93电连接，所述控制器91分别与图像处理模块93、无线传输模块94和电机驱动器95电连接，所述前向摄像头2、gnss定位仪4、连接部5、辅助侧向摄像头6、鸭蹼推进装置7、伺服电机8均与控制器91电连接，所述前向摄像头2、gnss定位仪4、连接部5、辅助侧向摄像头6、鸭蹼推进装置7、伺服电机8、控制盒9均与锂电池10电连接。

船体1由轻质、坚硬的防水材料制成，使船体1整体密封性能好，具有良好的防腐蚀性与防水性，位于船体1后部的安装平台3可以搭建高性能摄像头、激光雷达、检测仪、射击武器，有效扩展无人装置的使用范围，锂电池10为其他装置、零部件提供电能支持，传感器系统包括gnss定位仪4和视觉系统，视觉系统包括一个前向摄像头2和两个辅助侧向摄像头6，gnss定位仪4用于检测无人装置当前的位置、航速和航向，视觉系统用于检测无人装置周围的视觉环境信息，其中前向摄像头2用于采集有效稳定的图像信息，辅助侧向摄像头6检测周边的其他无人装置的连接部5的位置情况，用于控制各自的连接部5在相互连接的过程中的视觉反馈，控制盒9由控制器91、总线模块92、图像处理模块93、无线传输模块94和电机驱动器95组成，图像处理模块93可以接收到视觉系统检测到的图像视频数据，并处理得出其他无人装置或者障碍物的所在位置以及自身当前所处的环境信息，最后将得到的环境信息通过总线模块92传输到控制系统，无线传输模块94可以接收到其他无人装置所发出的位置信息和远程指令信息，并发送到控制系统，控制系统可以通过总线模块92分别从图像处理模块93、无线传输模块94所获得的环境数据和指令数据，并通过控制算法得出控制量，最后将控制量通过控制器91分别发送到电机驱动器95、连接部5、鸭蹼推进装置7驱动运作，电机驱动器95根据接收到的控制量控制大功率伺服电机8驱动运作。工作时，无人装置首先通过视觉系统检测其所处的环境是水域、沼泽地或者陆地，当处于水域时，鸭蹼推进装置7收纳藏置于船体1内以减小水阻力，并通过伺服电机8驱动螺旋桨11转动，进而实现无人装置的航行移动；当处于沼泽地或者陆地时，螺旋桨11停止运作，控制器91驱动鸭蹼推进装置7运作，实现无人装置的爬行移动。当接收到连接指令时，通过前向摄像头2、gnss定位仪4、和辅助侧向摄像头6检测到其所处的环境位置，并向周边的其他无人装置移动靠近，通过控制多个连接部5的转动角度，实现多个连接部5的彼此连接，进而完成多个无人装置相互连接而构成链状的人造浮桥，为紧急救援提供安全通道。本发明智能自动化程度高，使用功能多，有效提高无人装置应对各种环境的工作能力。

如图1所示，本实施例的鸭蹼推进装置7设置有若干个鸭蹼驱动部71，所述船体1的底部设置有用于藏置鸭蹼驱动部71的收纳腔12，所述鸭蹼驱动部71包括相互连接的第一臂体711与第二臂体712，所述第一臂体711的一端设置有第一旋转关节713，所述第一臂体711的另一端与第二臂体712的一端之间的连接处设置有第二旋转关节714，所述第二臂体712的另一端设置有鸭蹼关节715，所述鸭蹼关节715连接有机械鸭蹼716，所述机械鸭蹼716可活动调节且形状可为竹叶状、菱形、三角形等形状。具体地，当无人装置运行在水域时，船体1通过收纳腔12收纳藏置鸭蹼驱动部71以减小水阻力；当无人装置运行在沼泽地或者陆地时，螺旋桨11停止运作，控制盒9驱动四个鸭蹼驱动部71交替动作以实现无人装置的爬行动作，控制盒9通过转动第一旋转关节713、第二旋转关节714来控制第一臂体711、第二臂体712的前后摆动，鸭蹼关节715根据第一臂体711、第二臂体712的前后摆动状态来调节机械鸭蹼716的划动方向，以提供向前的动力实现无人装置在沼泽地或者陆地的步行前进，机械鸭蹼716可活动调节，具有实时调节与第二臂体712的夹角，机械鸭蹼716可以是竹叶状、菱形、三角形等多种形状。

如图1和图2所示，本实施例的连接部5包括旋转电机51，所述旋转电机51的动力输出端驱动连接有套筒52，所述套筒52内设置有弹簧53，所述弹簧53的一端连接有连接钩54，所述连接钩54设置有自锁弹性杆55。具体地，旋转电机51带动套筒52做水平旋转，弹簧53安置在套筒52中能有效防止晃动，连接钩54安装在弹簧53的一端可用于与其他无人装置的连接钩54相互连接，再通过自锁弹性杆55达到自锁功能，避免意外脱钩的情况，进而实现多个无人装置的配合连接，完成临时浮桥的搭建。

如图1、图2和图3所示，本实施例的船体1设置有三轴自稳云台13，所述三轴自稳云台13与前向摄像头2连接。具体地，三轴自稳云台13安装在船体1的甲板上，三轴自稳云台13的顶部装设有前向摄像头2，三轴自稳云台13的安装面具有水平保持能力，使前向摄像头2能够保持一致的水平状态，防止图像采集过程中的摇晃震动。

一种鸭蹼式水陆两栖无人装置的使用方法，包括以下步骤：

当无人装置在运行过程中，前向摄像头2可以通过获取到周围环境的视觉信息，进而通过控制盒9进行图像处理，判断无人装置所处的环境是水域、沼泽地或者陆地；

当无人装置运行在水域时，鸭蹼驱动部71自动藏置于收纳腔12内，左右对称设置的两个螺旋桨11分别由两个伺服电机8驱动旋转，以提供向前直行的动力；

控制盒9通过控制伺服电机8来调整螺旋桨11的转速以实现无人装置的快速移动以及拐弯动作，拐弯动作包括：当右边的螺旋桨11转速大于左边的螺旋桨11转速，进而使右边的推动力大于左边的推动力，实现无人装置转左，同样道理，当左边的螺旋桨11转速大于右边的螺旋桨11转速，进而使左边的推动力大于右边的推动力，实现无人装置转右；

当无人装置运行在沼泽地或者陆地时，螺旋桨11停止运作，控制盒9驱动四个鸭蹼驱动部71交替动作以实现无人装置的爬行动作，四个鸭蹼驱动部71以方形结构分布，前左和后右的鸭蹼驱动部71为一组，前右和后左的鸭蹼驱动部71为另一组，两组交替动作，在保持无人装置平衡的同时，也提供向前移动的动力，当右侧的两个鸭蹼驱动部71每次动作的摆动频率大于左侧的两个鸭蹼驱动部71，进而使右侧的作用力大于左侧的作用力，实现无人装置转左，同样道理，当左侧的两个鸭蹼驱动部71每次动作的摆动频率大于右侧的两个鸭蹼驱动部71，进而使左侧的作用力大于右侧的作用力，实现无人装置转右；

多个无人装置可相互配合作业，当接收到连接指令时，无人装置首先通过前向摄像头2、gnss定位仪4和无线传输模块94获知附近无人装置的位置，并根据自身当前的位置通过控制算法来调整螺旋桨11或者鸭蹼推进装置7的移动量，当靠近其他的无人装置时，通过辅助侧向摄像头6获取得到其他无人装置的连接钩54的位置，并根据当前自身连接钩54的位置通过控制算法得出旋转电机51的转动量，进而控制旋转电机51驱动套筒52转动，最终实现自身的连接钩54与其他无人装置的连接钩54相互连接，完成临时浮桥的快速搭建，为救援工作提供及时的安全救援通道。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。