一种带有配重调姿机构的水陆两栖无人机的制作方法

1.本发明涉及无人机设备技术领域，具体为一种带有配重调姿机构的水陆两栖无人机。


背景技术：

2.我国水资源丰富，但同时也在世界上的水流流失排名靠前。为保护水资源、改善水环境，进行水环境监测是非常必要的且基础的工作，由于该工作费时费力且具有一定危险隐患。水陆两栖无人机凭借其优越特性脱颖而出，在水文监测领域的运用逐渐广泛，在水利管理上具体巨大的发展前景。
3.本发明的目的在于提供带有配重调姿机构的水陆两栖无人机，可通过配重作用调整无人机的飞行姿态，保证水陆两栖无人机按照既定路线的平稳运行；另外，不论降落地是水面还是陆地，可实时识别周边环境，达到平稳着陆的目的。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种带有配重调姿机构的水陆两栖无人机，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种带有配重调姿机构的水陆两栖无人机，包括机架、无人机本体和螺旋叶轮，无人机本体设于机架的中心位置，螺旋叶轮转接于机架的顶端，螺旋叶轮分布于无人机本体的四周，螺旋叶轮与无人机本体电连接。水陆两栖无人机包括配重调姿机构和降落保护机构。配重调姿机构位于无人机本体的下方。配重调姿机构设置的目的在于无人机本体飞行过程中发生偏移时，通过配重作用及时对其作出姿态调整，保证水陆两栖无人机按照既定路线的平稳运行。降落保护机构的一端与机架相连，降落保护机构的另一端与配重调姿机构相连。降落保护机构设置的目的在于：一是在水陆两栖无人机飞行与起降过程中，起到一定的减震缓冲作用；二是可根据不同的降落环境及时作出相应调整，达到平稳着陆的效果，避免无人机本体受到外界损害的情况发生。配重调姿机构、降落保护机构与无人机本体之间电连接。
6.进一步的，所述配重调姿机构包括配重环、线圈球、连杆、配重块、第一弹性绳、第二弹性绳、接触片和滑块。配重环以水平方向设置，是配重调姿机构实现作用的基础框架。线圈球中空，线圈球活动且以对称穿设于配重环上。连杆的轴线与配重环的一条直径的位置相重合，连杆的两端分别与配重环的内圆侧壁相连，起到限定配重块的活动轨迹的作用。配重块活动穿设于连杆上，配重块带有磁性，且与通电后线圈球所产生的磁场相互排斥，旨在保持相对位置。第一弹性绳的两端分别线圈球相连，第二弹性绳的一端分别与第一弹性绳的中点位置相连，第二弹性绳的另一端分别与配重块相连。第一弹性绳和第二弹性绳设置的目的在于将线圈球与配重块之间的运动相互联系起来，以此达到配重调姿的目的。配重环的内圆侧壁上设有接触片，接触片对称位于连杆的两侧，与配重块协同起到传递电信号的目的，使线圈球通电后产生磁场实现作用。滑块的一侧固定于配重环的外圆侧壁上，滑
块位于连杆的长轴端的两侧，配重环通过滑块与降落保护机构滑动连接。滑块设置的目的在于实现配重环与降落保护机构之间的活动连接，使得配重调姿机构达到准确找到无人机本体的偏移方向，并及时作出调整的效果。
7.进一步的，所述降落保护机构包括防护环、方向环、支杆和导流板。防护环以水平方向设置，防护环的轴线位置与无人机本体相重合，机架远离无人机本体的一端分别与防护环的内圆侧壁相连接。防护环旨在对无人机本体的周边起到一定的防护作用，避免无人机本体受到外界环境的损害。支杆以竖直方向设置，支杆的一端与防护环相连，支杆的另一端与方向环固定连接。支杆设置的目的在于：一是降落保护机构、配重调姿机构与机架相互联系的桥梁结构；二是对水陆两栖无人机起到一定的减震缓冲作用，保证水陆两栖无人机飞行、起降过程中的平稳状态。导流板以圆周均匀排布于方向环的外圆侧壁上，旨在识别所需降落的水环境的安全程度，并将结果传递至无人机本体，由无人机本体产生相应调整动作。
8.进一步的，所述线圈球的中空位置且远离支杆的一侧设有卡扣块，配重环的外圆侧壁以中轴对称设有卡槽，卡槽的大小、形状与卡扣块相对应。卡扣块、卡槽之间可相互扣合，旨在对线圈球在配重环上的运动位置起到限定作用，以此对配重块起到限定作用，从而实现配重调姿的目的。
9.进一步的，所述支杆包括第一支杆、第二支杆和弹性弹簧。第二支杆中空，第一支杆的一端与防护环相连，第一支杆的另一端延伸至第二支杆的内部。第一支杆起到震动传递的作用，第二支杆起到限定第一支杆运动轨迹的作用。弹性弹簧的一端与第一支杆相连，弹性弹簧的另一端与第二支杆底端的内侧壁相连。弹性弹簧可根据自身弹性特性，作出适应性调整，从而达到一定的减震缓冲作用，延长水陆两栖无人机的使用寿命。
10.进一步的，所述降落保护机构还包括气囊，气囊以圆周均匀排布于方向环的底端，气囊之间以通气管道相连通。设置的目的在于：一是气囊可吸收各机构所产生的震动，对水陆两栖无人机起到缓冲减震的作用，延长使用寿命；二是避免了各机构与降落地之间的直接接触，起到安全防护作用；三是当降落地为水环境时，可为水陆两栖无人机提供浮力，保证水陆两栖无人机的安全；四是当降落地为凹凸不平的陆地环境时，可通过通气管道实现气囊之间的气体传递，保证水陆两栖无人机始终处于水平平衡状态。
11.进一步的，所述降落保护机构还包括海绵块、第一牵引绳和第二牵引绳。海绵块贴设于各气囊的底端，设置的目的在于：一是避免水陆两栖无人机栖息水面后起飞，携带水珠且滴落四溅的现象发生；二是对气囊起到一定的防护作用，避免气囊与外界尖锐物的直接接触而破损。方向环的内侧壁上设有牵引环，对第一牵引绳、第二牵引绳起到限位作用。第一牵引绳的一端延伸至第二支杆的内部并穿过弹性弹簧与第一支杆的底端相连，第一牵引绳的另一端延伸至方向环的内部并穿过牵引环与第二牵引绳的一端相连，第二牵引绳远离第一牵引绳的一端分别穿过方向环的侧壁延伸至气囊内部并与气囊远离方向环一侧的内侧壁的中心位置相连。当水陆两栖无人机由水环境起飞时，第一支杆发生竖直方向上的位移，带动第一牵引绳运动，第一牵引绳带动第二牵引绳运动，第二牵引绳对气囊产生向上的拉力，使得气囊发生形变，将海绵块包裹其中，气囊对海绵块产生挤压作用，从而挤出其中所存水分。
12.进一步的，所述滑块背离配重环的一侧设有凹槽，凹槽的开口大小、形状与方向环
相对应。设置的目的在于实现配重环与方向环之间的活动连接，使得配重块第一时间准确地找到无人机本体的偏移方向，并配合及时作出调整。
13.进一步的，所述防护环的内圆侧壁上设有导轨，机架远离无人机本体的一端设有凸起，凸起的大小、形状与导轨相对应。导轨与凸起实现了防护环与机架之间的活动连接，使得机架可限定防护环于竖直方向和水平方向上的直线位移，但不限定防护环与无人机本体作相对旋转运动。
14.进一步的，所述导流板呈l字型，导流板长轴的一端与方向环的竖直面呈倾斜设置。设置的目的在于使得导流板与水流的运动方向形成夹角，从而可实现由水流的冲击力带动作旋转运动的效果。
15.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明带有配重调姿机构的水陆两栖无人机1、配重调姿机构设置的目的在于无人机本体飞行过程中发生偏移时，通过配重作用及时对其作出姿态调整，保证水陆两栖无人机按照既定路线的平稳运行。
16.2、降落保护机构设置的目的在于：一是在水陆两栖无人机飞行与起降过程中，起到一定的减震缓冲作用；二是可根据不同的降落环境及时作出相应调整，达到平稳着陆的效果，避免无人机本体受到外界损害的情况发生。
17.3、降落保护机构包括防护环，旨在对无人机本体的周边起到一定的防护作用，避免无人机本体受到外界环境的损害。
18.4、降落保护机构包括支杆，设置的目的在于：一是降落保护机构、配重调姿机构与机架相互联系的桥梁结构；二是对水陆两栖无人机起到一定的减震缓冲作用，保证水陆两栖无人机飞行、起降过程中的平稳状态。
19.5、降落保护机构包括导流板，旨在识别所需降落的水环境的安全程度，并将结果传递至无人机本体，由无人机本体产生相应调整动作。
20.6、降落保护机构还包括气囊，设置的目的在于：一是气囊可吸收各机构所产生的震动，对水陆两栖无人机起到缓冲减震的作用，延长使用寿命；二是避免了各机构与降落地之间的直接接触，起到安全防护作用；三是当降落地为水环境时，可为水陆两栖无人机提供浮力，保证水陆两栖无人机的安全；四是当降落地为凹凸不平的陆地环境时，可通过通气管道实现气囊之间的气体传递，保证水陆两栖无人机始终处于水平平稳状态。
21.7、降落保护机构还包括海绵块，设置的目的在于：一是避免水陆两栖无人机栖息水面后起飞，携带水珠且滴落四溅的现象发生；二是对气囊起到一定的防护作用，避免气囊与外界尖锐物的直接接触而破损。
附图说明
22.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1是本发明带有配重调姿机构的水陆两栖无人机的整体结构示意图；图2是本发明带有配重调姿机构的水陆两栖无人机的无人机本体、机架和螺旋叶轮的位置关系示意图；图3是本发明带有配重调姿机构的水陆两栖无人机的机架与防护环的连接示意
图；图4是本发明带有配重调姿机构的水陆两栖无人机的降落保护机构（不包括导流板）的剖视示意图；图5是本发明带有配重调姿机构的水陆两栖无人机的降落保护机构（不包括导流板）的工作状态示意图；图6是本发明带有配重调姿机构的水陆两栖无人机的方向环的结构示意图；图7是本发明带有配重调姿机构的水陆两栖无人机的配重调姿机构（包括方向环）的结构示意图；图8是本发明带有配重调姿机构的水陆两栖无人机的配重调姿机构（不包括接触片）的结构示意图；图9是本发明带有配重调姿机构的水陆两栖无人机的配重调姿机构的工作状态图图一；图10是本发明带有配重调姿机构的水陆两栖无人机的配重调姿机构的工作状态图图二；图11是本发明带有配重调姿机构的水陆两栖无人机的配重调姿机构的工作状态图图三；图中：1、机架，11、凸起；2、无人机本体；3、螺旋叶轮；4、配重调姿机构，41、配重环，411、卡槽，42、线圈球，421、卡扣块，43、连杆，44、配重块，45、第一弹性绳，46、第二弹性绳，47、接触片，48、滑块，481、凹槽；5、降落保护机构，51、防护环，511、导轨，52、方向环，521、牵引环，53、支杆，531、第一支杆，532、第二支杆，533、弹性弹簧，54、导流板，55、气囊，56、通气管道，57、海绵块，58、第一牵引绳，59、第二牵引绳。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.请参阅图1-11，本发明提供技术方案：带有配重调姿机构的水陆两栖无人机，包括机架1、无人机本体2和螺旋叶轮3，无人机本体2设于机架1的中心位置，螺旋叶轮3转接于机架1的顶端，螺旋叶轮3分布于无人机本体2的四周，螺旋叶轮3与无人机本体2电连接。水陆两栖无人机包括配重调姿机构4和降落保护机构5，配重调姿机构4位于无人机本体2的下方，降落保护机构5的一端与机架1相连，降落保护机构5的另一端与配重调姿机构4相连，配重调姿机构4、降落保护机构5与无人机本体2之间电连接。
25.在螺旋叶轮3作旋转运动的作用下，带动无人机本体2以及机架1平稳飞行，降落保护机构5在此过程中起到一定的震动缓冲作用；当飞行过程中，无人机本体2发生偏移，配重调姿机构4可通过配重作用及时对其作出姿态调整，保证水陆两栖无人机按照既定路线的平稳运行；当无人机本体2降落时，降落保护机构5在此过程中起到降落缓冲作用，并且可根据不同的降落环境及时作出相应调整，达到平稳着陆的效果。
26.配重调姿机构4包括配重环41、线圈球42、连杆43、配重块44、第一弹性绳45、第二
弹性绳46、接触片47和滑块48，配重环41以水平方向设置，线圈球42中空，线圈球42活动且以对称穿设于配重环41上，连杆43的轴线与配重环41的一条直径的位置相重合，连杆43的两端分别与配重环41的内圆侧壁相连，配重块44活动穿设于连杆43上，第一弹性绳45的两端分别线圈球42相连，第二弹性绳46的一端分别与第一弹性绳45的中点位置相连，第二弹性绳46的另一端分别与配重块44相连，配重环41的内圆侧壁上设有接触片47，接触片47对称位于连杆43的两侧，滑块48的一侧固定于配重环41的外圆侧壁上，滑块48位于连杆43的长轴端的两侧，配重环41通过滑块48与降落保护机构5滑动连接。
27.当飞行过程中，无人机本体2发生偏移，配重环41同时发生同向偏移，并且通过滑块48与降落保护机构5产生相对位移，配重块44在连杆43上跟随无人机本体2的重心偏移方向运动，配重块44的运动过程中，对第二弹性绳46产生拉力，第二弹性绳46由此发生形变，同时对第一弹性绳45产生拉力，第一弹性绳45由此发生形变，同时对线圈球42产生拉力，使得线圈球42沿配重环41背离配重块44运动方向产生位移；直至配重块44运动到连杆43与配重环41的衔接处，各部件停止相对运动，此时配重块44与接触片47相抵触，接触片47传递电信号，使得线圈球42的电路连通产生磁场，同时对配重块44产生推力，使得配重块44反向运动直至线圈球42之间，由于磁力作用，线圈球42、配重块44可保持相对位置，此过程带动无人机本体2的重心偏移方向发生反转；由于配重块44与线圈球42之间的排斥力，使得线圈球42与配重环41的相对位置发生改变，在第一弹性绳45、第二弹性绳46的拉力作用下，线圈球42、配重块44恢复至初始中心位置，此过程带动无人机本体2恢复水平平衡状态。
28.降落保护机构5包括防护环51、方向环52、支杆53和导流板54，防护环51以水平方向设置，防护环51的轴线位置与无人机本体2相重合，机架1远离无人机本体2的一端分别与防护环51的内圆侧壁相连接，支杆53以竖直方向设置，支杆53的一端与防护环51相连，支杆53的另一端与方向环52固定连接，导流板54以圆周均匀排布于方向环52的外圆侧壁上。
29.当降落地为水环境，且水流速度很快时，导流板54因水流冲击力而发生位移，带动方向环52产生旋转运动，方向环52通过支杆53带动防护环51与无人机本体2产生相对运动，无人机本体2接收到危险信号，加速螺旋叶轮3的转动，停止降落动作并远离该水环境。
30.线圈球42的中空位置且远离支杆53的一侧设有卡扣块421，配重环41的外圆侧壁以中轴对称设有卡槽411，卡槽411的大小、形状与卡扣块421相对应。卡扣块421、卡槽411之间可相互扣合，旨在对线圈球42在配重环41上的运动位置起到限定作用，以此对配重块44起到限定作用，从而实现配重调姿的目的。
31.支杆53包括第一支杆531、第二支杆532和弹性弹簧533，第二支杆532中空，第一支杆531的一端与防护环51相连，第一支杆531的另一端延伸至第二支杆532的内部，弹性弹簧533的一端与第一支杆531相连，弹性弹簧532的另一端与第二支杆532底端的内侧壁相连。
32.在水陆两栖无人机飞行过程中，螺旋叶轮3作旋转运动的同时会产生频率震动，通过机架1传递至第一支杆531，再由第一支杆531传递给弹性弹簧533，弹性弹簧533利用其自身特性，对频率范围震动作出适应性调整，从而达到减震缓冲的目的；在水陆两栖无人机降落过程中，机架1以及防护环51对第一支杆531产生向下的压力，使得第一支杆531产生竖直方向上的位移，弹性弹簧533由于自身特性而被压缩，待水陆两栖无人机停稳后，机架1以及防护环51对第一支杆531产生的压力消失，弹性弹簧533带动第一支杆533作复位运动，以此在水陆两栖无人机的降落过程起到缓冲作用，延长了水陆两
栖无人机的使用寿命。
33.降落保护机构5还包括气囊55，气囊55以圆周均匀排布于方向环52的底端，气囊55之间以通气管道56相连通。设置的目的在于：一是气囊55可吸收各机构所产生的震动，对水陆两栖无人机起到缓冲减震的作用，延长使用寿命；二是避免了各机构与降落地之间的直接接触，起到安全防护作用；三是当降落地为水环境时，可为水陆两栖无人机提供浮力，保证水陆两栖无人机的安全；四是当降落地为凹凸不平的陆地环境时，可通过通气管道56实现气囊55之间的气体传递，保证水陆两栖无人机始终处于水平平衡状态。
34.降落保护机构5还包括海绵块57、第一牵引绳58和第二牵引绳59，海绵块57贴设于各气囊55的底端，方向环52的内侧壁上设有牵引环521，第一牵引绳58的一端延伸至第二支杆532的内部并穿过弹性弹簧533与第一支杆531的底端相连，第一牵引绳58的另一端延伸至方向环52的内部并穿过牵引环521与第二牵引绳59的一端相连，第二牵引绳59远离第一牵引绳58的一端分别穿过方向环52的侧壁延伸至气囊55内部并与气囊55远离方向环52一侧的内侧壁的中心位置相连。
35.当水陆两栖无人机由水环境起飞时，第一支杆531首先发生竖直方向上的位移，对第一牵引绳58产生向上拉力，使得第一牵引绳58带动第二牵引绳59向上运动，第二牵引绳59对气囊55内壁产生向上的拉力，使得气囊55发生形变，并将海绵块57包裹其中，气囊55对海绵块57产生挤压作用，从而挤出其中所存水分，避免水陆两栖无人机栖息水面后起飞，携带水珠且滴落四溅的现象发生。
36.滑块48背离配重环41的一侧设有凹槽481，凹槽481的开口大小、形状与方向环52相对应。设置的目的在于实现配重环41与方向环52之间的活动连接，使得配重块44第一时间准确地找到无人机本体2的偏移方向，并配合及时作出调整。
37.防护环51的内圆侧壁上设有导轨511，机架1远离无人机本体2的一端设有凸起11，凸起11的大小、形状与导轨511相对应。导轨511与凸起11实现了防护环51与机架1之间的活动连接，使得机架1可限定防护环51于竖直方向和水平方向上的直线位移，但不限定防护环51与无人机本体2作相对旋转运动。
38.导流板54呈l字型，导流板54长轴的一端与方向环52的竖直面呈倾斜设置。设置的目的在于使得导流板54与水流的运动方向形成夹角，从而可实现由水流的冲击力带动作旋转运动的效果。
39.本发明的工作原理：1、在螺旋叶轮3作旋转运动的作用下，带动无人机本体2以及机架1平稳飞行；在此过程中，螺旋叶轮3作旋转运动的同时会产生频率震动，通过机架1传递至第一支杆531，再由第一支杆531传递给弹性弹簧533，弹性弹簧533利用其自身特性，对频率范围震动作出适应性调整，从而达到减震缓冲的目的；与此同时，部分震动由支杆53直接传递至方向环52，而被气囊55吸收，达到减震缓冲的目的；2、当无人机本体2发生偏移，方向环52同时发生同向偏移，滑块48在凹槽481内发生位移，使得配重环41与方向环52产生相对位移，配重块44在连杆43上跟随无人机本体2的重心偏移方向运动，配重块44的运动过程中，对第二弹性绳46产生拉力，第二弹性绳46由此发生形变，同时对第一弹性绳45产生拉力，第一弹性绳45由此发生形变，同时对线圈球42产
生拉力，使得线圈球42沿配重环41背离配重块44运动方向产生位移，直至卡扣块421与卡槽411相互扣合停止运动；直至配重块44运动到连杆43与配重环41的衔接处，各部件停止相对运动，此时配重块44与接触片47相抵触，接触片47传递电信号，使得线圈球42的电路连通产生磁场，同时对配重块44产生推力，使得配重块44反向运动直至线圈球42之间，由于磁力作用，线圈球42、配重块44可保持相对位置，此过程带动无人机本体2的重心偏移方向发生反转；由于配重块44与线圈球42之间的排斥力，卡扣块421与卡槽411脱离扣合，线圈球42失去运动阻碍，在第一弹性绳45的拉力作用下，线圈球42向中心位置运动，同时带动第二弹性绳46对配重块44产生拉力，使得线圈球42与配重块44恢复至初始中心位置，此过程带动无人机本体2恢复水平平衡状态；3、在水陆两栖无人机降落过程中，机架1以及防护环51对第一支杆531产生向下的压力，使得第一支杆531产生竖直方向上的位移，弹性弹簧533由于自身特性而被压缩，待停稳后，机架1以及防护环51对第一支杆531产生的压力消失，弹性弹簧533带动第一支杆533作复位运动，以此在水陆两栖无人机的降落过程起到缓冲作用，延长了水陆两栖无人机的使用寿命；与此同时，第一支杆533对第一牵引绳58的拉力消失，由此第一牵引绳58对第二牵引绳59的拉力消失，第二牵引绳59不再对气囊55作用，使得海绵块57、气囊55恢复初始状态，且海绵块57对气囊55起到安全防护的作用；4、当降落地为水环境，且水流速度正常或较慢时，气囊55为水陆两栖无人机提供浮力，使得水陆两栖无人机可平稳降落并栖息于水面；特别地，当水流速度过快时，导流板54因水流冲击力而发生位移，带动方向环52产生旋转运动，方向环52通过支杆53带动防护环51与无人机本体2产生相对运动，无人机本体2接收到危险信号，加速螺旋叶轮3的转动，停止降落动作并远离该水环境；当降落地为陆地环境时，气囊55对水陆两栖无人机起到安全防护作用，而海绵块57对气囊55起到安全防护作用；特别地，当降落地为凹凸不平的陆地环境时，可通过通气管道56实现气囊55之间的气体传递，保证水陆两栖无人机始终处于水平平衡状态；5、海绵块57在水陆两栖无人机栖息水面时吸收水分，当水陆两栖无人机起飞时，第一支杆531首先发生竖直方向上的位移，对第一牵引绳58产生向上拉力，使得第一牵引绳58带动第二牵引绳59向上运动，第二牵引绳59对气囊55内壁产生向上的拉力，使得气囊55发生形变，并将海绵块57包裹其中，气囊55对海绵块57产生挤压作用，从而挤出其中所存水分，避免水陆两栖无人机栖息水面后起飞，携带水珠且滴落四溅的现象发生。
40.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
41.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。