本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)的，更具體地，涉及一種水空槳可切換的無(wú)人機(jī)驅(qū)動(dòng)模組、無(wú)人機(jī)及切換方法。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的機(jī)器人作業(yè)通常都只具有有限的任務(wù)空間，例如，無(wú)人機(jī)專注于空中任務(wù)，水下機(jī)器人則專注于水下任務(wù)，地面機(jī)器人用于復(fù)雜地形的地面任務(wù)。每種類型的機(jī)器人都有專門(mén)設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以優(yōu)化其在特定環(huán)境下的性能。然而，近年來(lái)單一環(huán)境的設(shè)計(jì)在面對(duì)日益復(fù)雜的任務(wù)時(shí)，變得非常局限，例如，災(zāi)難救援任務(wù)通常需要機(jī)器人在陸地上穿越障礙物，空中飛越阻隔物，并在水中執(zhí)行救援行動(dòng)。

2、為實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的多場(chǎng)景應(yīng)用，現(xiàn)有的多棲無(wú)人機(jī)通常需要為每個(gè)環(huán)境設(shè)計(jì)專門(mén)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如現(xiàn)有的一種基于共軸式水空雙動(dòng)力無(wú)人機(jī)的水空轉(zhuǎn)換裝置及方法，裝置包括無(wú)人機(jī)機(jī)體、機(jī)臂、水上螺旋槳、水上電機(jī)、水下螺旋槳、水下電機(jī)和水深傳感器，其中：無(wú)人機(jī)機(jī)體上設(shè)置有多個(gè)機(jī)臂，每個(gè)機(jī)臂的末端對(duì)稱安裝有水上動(dòng)力單元和水下動(dòng)力單元；水上動(dòng)力單元包括水上電機(jī)、水上螺旋槳；水下動(dòng)力單元包括水下電機(jī)、水下螺旋槳；水上動(dòng)力單元安裝在機(jī)臂上側(cè)，水下動(dòng)力單元安裝在機(jī)臂下側(cè)。該方案采用水空兩套動(dòng)力系統(tǒng)分別獨(dú)立實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)的水下和水上運(yùn)動(dòng)，通過(guò)水空重疊區(qū)控制實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的水空過(guò)渡，提高了無(wú)人機(jī)工作的靈活性和穩(wěn)定性。但是該方案中的無(wú)人機(jī)為每個(gè)環(huán)境設(shè)計(jì)專門(mén)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使得無(wú)人機(jī)依賴多個(gè)電機(jī)和復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境下的驅(qū)動(dòng)和切換，這樣會(huì)額外增加無(wú)人機(jī)的負(fù)載，降低無(wú)人機(jī)的工作效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)人機(jī)為每個(gè)環(huán)境設(shè)計(jì)專門(mén)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)后，會(huì)額外增加無(wú)人機(jī)負(fù)載的不足，提供一種水空槳可切換的無(wú)人機(jī)驅(qū)動(dòng)模組、無(wú)人機(jī)及切換方法，本發(fā)明的方案使用一個(gè)動(dòng)力源即可驅(qū)動(dòng)無(wú)人機(jī)在不同的環(huán)境下進(jìn)行切換工作，能夠簡(jiǎn)化無(wú)人機(jī)的結(jié)構(gòu)，降低無(wú)人機(jī)的負(fù)載。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、提供一種水空槳可切換的無(wú)人機(jī)驅(qū)動(dòng)模組，包括水槳、空槳、電機(jī)、電機(jī)安裝座、第一單向軸承和第二單向軸承，所述電機(jī)為雙出軸電機(jī)，所述電機(jī)安裝在所述電機(jī)安裝座上，所述第一單向軸承和所述第二單向軸承的內(nèi)圈分別與所述電機(jī)兩端的兩個(gè)輸出軸固定連接，所述第一單向軸承的外圈通過(guò)第一軸承固定座與所述空槳的連接軸固定連接；所述第二單向軸與所述水槳連接用以驅(qū)動(dòng)所述水槳運(yùn)動(dòng)。所述空槳為旋翼，所述水槳為螺旋推進(jìn)器。

4、本發(fā)明的無(wú)人機(jī)驅(qū)動(dòng)模組在進(jìn)行工作時(shí)，電機(jī)正向運(yùn)動(dòng)，電機(jī)兩端的兩個(gè)輸出軸分別帶動(dòng)第一單向軸承的內(nèi)圈和第二單向軸承的內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)第二單向軸承的內(nèi)圈可在第二單向軸承的外圈內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，即此時(shí)第二單向軸承的外圈不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)；而第一單向軸承的內(nèi)圈則帶動(dòng)第一單向軸承的外圈轉(zhuǎn)動(dòng)，即第一單向軸承的外圈與所述電機(jī)的輸出軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)。第一單向軸承的外圈轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)第一軸承固定座轉(zhuǎn)動(dòng)，第一軸承固定座轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)與第一軸承座連接的空槳轉(zhuǎn)動(dòng)，空槳轉(zhuǎn)動(dòng)可以為無(wú)人機(jī)提供在空中運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力。無(wú)人機(jī)驅(qū)動(dòng)模組中的電機(jī)反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)第一單向軸承的內(nèi)圈可在第一單向軸承的外圈內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，即此時(shí)第一單向軸承的外圈不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)；而第二單向軸承的內(nèi)圈則帶動(dòng)第二單向軸承的外圈轉(zhuǎn)動(dòng)，即第二單向軸承的外圈與電機(jī)的輸出軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，第二單向軸承的外圈轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)與之連接的水槳轉(zhuǎn)動(dòng)，水槳轉(zhuǎn)動(dòng)為無(wú)人機(jī)提供在水中運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力。

5、本發(fā)明的無(wú)人機(jī)驅(qū)動(dòng)模組通過(guò)雙輸出的電機(jī)和兩個(gè)單向軸承的設(shè)置，使得電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時(shí)能夠分別帶動(dòng)空槳和水槳運(yùn)動(dòng)，完成無(wú)人機(jī)驅(qū)動(dòng)模組水槳和空槳的切換，無(wú)人機(jī)驅(qū)動(dòng)模組僅設(shè)置一個(gè)電機(jī)作為動(dòng)力源，能夠降低無(wú)人機(jī)的負(fù)載，提高無(wú)人機(jī)的工作效率。

6、進(jìn)一步地，還包括可降低所述水槳轉(zhuǎn)速的減速部，所述減速部的連接端與所述第二單向軸承固定連接，所述減速部的減速端與所述水槳固定連接。所述減速部為行星減速部，所述行星減速部包括外殼、旋轉(zhuǎn)軸承、上軸承座、下軸承座、行星輪組和行星架，所述下軸承座與所述電機(jī)安裝座固定連接，所述旋轉(zhuǎn)軸承的內(nèi)圈與所述下軸承座固定連接，所述旋轉(zhuǎn)軸承的外圈與所述上軸承座固定連接，所述上軸承座上設(shè)有可與所述行星輪組中的行星輪嚙合的內(nèi)齒輪，所述第一單向軸承穿過(guò)所述下軸承座與所述行星輪組中的太陽(yáng)輪嚙合，所述行星輪組通過(guò)行星架固定在所述外殼內(nèi)，所述外殼通過(guò)法蘭與所述上軸承座固定連接，所述水槳與所述外殼固定連接。由于水對(duì)水槳的阻力比空氣對(duì)空槳的阻力更大，電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)水漿不能達(dá)到良好的運(yùn)動(dòng)效果。為了適應(yīng)水對(duì)水槳的阻力，設(shè)置減速部后能夠降低水槳的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，增加水槳的扭矩，便于水槳驅(qū)動(dòng)無(wú)人機(jī)在水中運(yùn)動(dòng)。減速部在工作時(shí)，第二單向軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)行星輪組中的太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)行星輪組轉(zhuǎn)動(dòng)，行星輪組轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)上軸承座在下軸承座上進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，上軸承座轉(zhuǎn)動(dòng)直接帶動(dòng)水槳轉(zhuǎn)動(dòng)。行星減速部的減速比為1:13。

7、進(jìn)一步地，還包括行走輪，所述行走輪與所述減速部的減速端連接。由于無(wú)人機(jī)在地面行走時(shí)行走輪所受到的阻力也大于空槳在空中轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力，因此行走輪和水槳均通過(guò)相同的減速部與無(wú)人機(jī)驅(qū)動(dòng)模組連接，能夠降低行走輪的轉(zhuǎn)速，提高行走輪的扭矩。

8、進(jìn)一步地，還包括防水外殼，所述防水外殼安裝在所述外殼上遠(yuǎn)離所述電機(jī)。在外殼上額外上設(shè)置防水外殼后，能夠進(jìn)一步避免減速部中的零件被水銹蝕。

9、本發(fā)明還提供一種水空槳可切換的無(wú)人機(jī)，包括機(jī)架、腳架、機(jī)臂、驅(qū)動(dòng)部、驅(qū)動(dòng)模組和電控倉(cāng)模塊，所述電控倉(cāng)模塊安裝于所述機(jī)架上，所述機(jī)臂的一端與所述驅(qū)動(dòng)模組固定連接，另一端與所述機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述驅(qū)動(dòng)部可驅(qū)動(dòng)所述機(jī)臂在所述機(jī)架上轉(zhuǎn)動(dòng)，所述驅(qū)動(dòng)模組為上述的一種水空槳可切換的無(wú)人機(jī)驅(qū)動(dòng)模組，所述腳架與所述機(jī)架固定連接，所述電控倉(cāng)模塊與所述驅(qū)動(dòng)部和所述驅(qū)動(dòng)模組連接。無(wú)人機(jī)上的腳架有四個(gè)，四個(gè)腳架在無(wú)人機(jī)機(jī)架的底部陣列排布；無(wú)人機(jī)上的機(jī)臂也有四個(gè)，四個(gè)無(wú)人機(jī)的機(jī)臂在無(wú)人機(jī)的機(jī)架上陣列排布，每個(gè)無(wú)人機(jī)的機(jī)臂均與一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊和一個(gè)驅(qū)動(dòng)部連接。無(wú)人機(jī)可通過(guò)驅(qū)動(dòng)部驅(qū)動(dòng)機(jī)臂在機(jī)架上轉(zhuǎn)動(dòng)，改變驅(qū)動(dòng)模組的方向，當(dāng)無(wú)人機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)臂在驅(qū)動(dòng)部的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)至行走輪可與代替腳架與地面接觸時(shí)，無(wú)人機(jī)可通過(guò)行走輪在地面上行走。

10、本發(fā)明的無(wú)人機(jī)在空飛行時(shí)，無(wú)人機(jī)驅(qū)動(dòng)模組中的電機(jī)正轉(zhuǎn)帶動(dòng)第一單向軸承的外圈轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)無(wú)人機(jī)的空槳轉(zhuǎn)動(dòng)。無(wú)人機(jī)在水中運(yùn)動(dòng)時(shí)，無(wú)人機(jī)驅(qū)動(dòng)模組中的電機(jī)反轉(zhuǎn)帶動(dòng)第二單向軸承的外圈轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)無(wú)人機(jī)的水槳轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)需要改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，通過(guò)機(jī)架上的驅(qū)動(dòng)部改變機(jī)臂和驅(qū)動(dòng)模組的角度和驅(qū)動(dòng)力大小，進(jìn)而改變無(wú)人機(jī)在水中的運(yùn)動(dòng)方向。無(wú)人機(jī)在陸地運(yùn)動(dòng)時(shí)，無(wú)人機(jī)驅(qū)動(dòng)模組中的電機(jī)反轉(zhuǎn)帶動(dòng)第二單向軸承的外圈轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)無(wú)人機(jī)的行走輪轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)需要改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)部改變驅(qū)動(dòng)模組的角度，進(jìn)而改變無(wú)人機(jī)在陸地上的運(yùn)動(dòng)方向。

11、本發(fā)明的無(wú)人機(jī)通過(guò)上述無(wú)人機(jī)驅(qū)動(dòng)模組的設(shè)置使得無(wú)人機(jī)在能夠完成三棲運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，無(wú)人機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，負(fù)載更小，工作效率更高。

12、進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)部包括第一舵機(jī)、第二舵機(jī)和舵機(jī)固定架，所述機(jī)臂包括支撐管和聯(lián)軸器，所述第一舵機(jī)與所述機(jī)架固定連接，所述第二舵機(jī)安裝在所述舵機(jī)固定架上，所述第一舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)端與所述舵機(jī)固定架固定連接，所述第二舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)端與所述聯(lián)軸器固定連接，所述聯(lián)軸器和所述電機(jī)安裝座分別安裝于所述支撐管的兩端。第一舵機(jī)控制機(jī)臂和機(jī)架之間的夾角，第二舵機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模組的角度。

13、進(jìn)一步地，所述電控倉(cāng)模塊包括與機(jī)架固定連接的密封艙殼和安裝于所述密封艙殼的感知控制組件，所述感知控制組件可控制無(wú)人機(jī)的姿態(tài)和模態(tài)及其切換，以及獲取外部環(huán)境信息和接收遠(yuǎn)程控制信號(hào)。具體的，感知控制組件包括安裝于密封艙殼內(nèi)的深度相機(jī)、rc接收器、弱電防水開(kāi)關(guān)、數(shù)傳模塊、飛控板、機(jī)載電腦、wifi天線模塊、gps模塊、轉(zhuǎn)接端子、舵機(jī)穩(wěn)壓模塊、水深傳感器、電池、電調(diào)模塊和mos開(kāi)關(guān)模塊。其中，mos模塊與電池、飛控板、電調(diào)模塊、機(jī)載電腦、舵機(jī)穩(wěn)壓模塊連接，通過(guò)弱電防水開(kāi)關(guān)控制mos模塊的電源開(kāi)關(guān)斷。飛控板與水深傳感器、rc接收器、數(shù)傳模塊、總線轉(zhuǎn)接端子板、gps模塊連接，飛控板作為底層控制器進(jìn)行三棲無(wú)人機(jī)的姿態(tài)控制、模態(tài)切換控制、并接收機(jī)載電腦下發(fā)指令。飛控板通過(guò)轉(zhuǎn)接端子與電調(diào)模塊和無(wú)人機(jī)外部連接為無(wú)人機(jī)提供pwm控制信號(hào)，同時(shí)舵機(jī)與舵機(jī)穩(wěn)壓模塊連接使舵機(jī)獲得穩(wěn)定的5v供電。機(jī)載電腦與飛控板通過(guò)串口連接下發(fā)規(guī)劃控制指令并讀取水深傳感器、gps模塊的反饋數(shù)據(jù)；機(jī)載電腦與深度相機(jī)連接獲取深度圖像感知數(shù)據(jù)；機(jī)載電腦與wifi天線模塊連接獲取遠(yuǎn)程控制信號(hào)。其中wifi天線模塊、rc接收器以及gps模塊經(jīng)防水工藝后通過(guò)密封艙殼頂部穿出，用于接收穩(wěn)定信號(hào)，電調(diào)模塊與mos模塊由于工作時(shí)熱量較大，通過(guò)導(dǎo)熱片連接機(jī)身金屬材料部分進(jìn)行散熱。

14、本發(fā)明還提供一種水空槳可切換無(wú)人機(jī)的切換方法，所述無(wú)人機(jī)為上述的一種水空槳可切換的無(wú)人機(jī)，

15、所述無(wú)人機(jī)在空中向水中運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述無(wú)人機(jī)在空中降低所述電機(jī)轉(zhuǎn)速至所述無(wú)人機(jī)的水槳伸入水中，然后所述無(wú)人機(jī)的電機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)所述水槳運(yùn)動(dòng)；

16、所述無(wú)人機(jī)在空中向陸地運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述無(wú)人機(jī)在空中降低所述電機(jī)轉(zhuǎn)速至所述無(wú)人機(jī)的腳架與地面接觸，然后驅(qū)動(dòng)部改變機(jī)臂的角度，使所述行走輪與地面接觸，此時(shí)所述無(wú)人機(jī)的電機(jī)反轉(zhuǎn)帶動(dòng)行走輪運(yùn)動(dòng)；

17、所述無(wú)人機(jī)在水中向陸地運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述無(wú)人機(jī)靠近岸邊后通過(guò)，驅(qū)動(dòng)部改變機(jī)臂的角度，使所述行走輪與地面接觸，然后無(wú)人機(jī)的電機(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn)帶動(dòng)行走輪登陸后在地面運(yùn)動(dòng)。

18、本方案中的無(wú)人機(jī)切換方法使得無(wú)人機(jī)能夠順利完成水陸空的三棲切換。

19、優(yōu)選地，所述無(wú)人機(jī)在水面向陸地運(yùn)動(dòng)時(shí)，還可以先向空中運(yùn)動(dòng)，再由空中向地面。此切換方法適用于水面和陸地的高度差較大，行走輪無(wú)法從水面向地面跨越的場(chǎng)景。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

21、本發(fā)明的一種水空槳可切換的無(wú)人機(jī)驅(qū)動(dòng)模組通過(guò)雙輸出的電機(jī)和兩個(gè)單向軸承的設(shè)置，使得電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時(shí)能夠分別帶動(dòng)空槳和水槳運(yùn)動(dòng)，完成無(wú)人機(jī)驅(qū)動(dòng)模組水槳和空槳的切換，無(wú)人機(jī)驅(qū)動(dòng)模組僅設(shè)置一個(gè)電機(jī)作為動(dòng)力源，能夠降低無(wú)人機(jī)的負(fù)載，提高無(wú)人機(jī)的工作效率。

22、本發(fā)明的一種水空槳可切換的無(wú)人機(jī)在能夠完成三棲運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，無(wú)人機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，負(fù)載更小，工作效率更高。

23、本發(fā)明的一種水空槳可切換無(wú)人機(jī)的切換方法使得無(wú)人機(jī)能夠順利完成水陸空的三棲切換。