本發(fā)明涉及四旋翼無人機(jī)及智能小車的技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種地空兩棲四旋翼無人機(jī)。

背景技術(shù)：

由于無人機(jī)飛行器體積小巧，攜帶方便，行動(dòng)靈活、迅速，應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)，無人機(jī)飛行器領(lǐng)域近年來持續(xù)火熱，其潛力也正被不斷挖掘。但就目前而言，無人機(jī)飛行器普遍擁有續(xù)航時(shí)間過短的問題，無法長(zhǎng)時(shí)間執(zhí)行任務(wù)；并且其難以飛出非常平穩(wěn)、精細(xì)的飛行路徑，使得在某些特定環(huán)境下，比如在管道中的飛行極為困難。另一方面，遙控智能小車是各大高校和相關(guān)科技企業(yè)的研究重點(diǎn)，其具有能耗低，操作簡(jiǎn)單，行動(dòng)穩(wěn)定等特點(diǎn)，然而其在靈活性和越障能力方面遠(yuǎn)不如無人機(jī)飛行器，尤其在地形復(fù)雜，或存在溝壑、墻體等環(huán)境下，遙控智能小車的行駛會(huì)受到非常大的阻礙，因此智能小車往往只在較為平坦的平面上作業(yè)，其相較于無人機(jī)飛行器少了一個(gè)移動(dòng)維度。

因此亟待需既有無人機(jī)飛行器的功能又有遙控智能小車的功能的無人機(jī)，其可以飛行以獲得靈活迅速的移動(dòng)，或在地面行走以獲得較長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間及精準(zhǔn)的定點(diǎn)移動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、可以完成相對(duì)精細(xì)操作的同時(shí)擁有靈活的機(jī)動(dòng)性和較高的越障能力以及移動(dòng)速度、使用壽命長(zhǎng)的地空兩棲四旋翼無人機(jī)。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種地空兩棲四旋翼無人機(jī)，它包括無人機(jī)機(jī)體和設(shè)置于機(jī)體內(nèi)的控制單元和電池，所述的機(jī)體的四個(gè)角落處均連接有機(jī)臂，四個(gè)機(jī)臂的末端均連接有模式切換機(jī)構(gòu)，模式切換機(jī)構(gòu)由舵機(jī)A、舵機(jī)座、無刷電機(jī)、階梯軸、槳座、螺旋槳、單向軸承和車輪組成，舵機(jī)A固定于機(jī)臂的末端，舵機(jī)座為U形支架，舵機(jī)A位于舵機(jī)座內(nèi)，舵機(jī)A的輸出端與舵機(jī)座的一側(cè)壁連接，舵機(jī)座的頂部固定安裝有無刷電機(jī)，無刷電機(jī)垂直于舵機(jī)座的頂表面設(shè)置，無刷電機(jī)的輸出軸上順次連接有槳座和階梯軸，槳座上安裝有多個(gè)螺旋槳，階梯軸的小軸上安裝有單向軸承，車輪旋轉(zhuǎn)安裝于單向軸承上，車輪的半徑大于螺旋槳的長(zhǎng)度，所述的機(jī)體的下部固定有兩個(gè)舵機(jī)B，兩個(gè)舵機(jī)B的輸出端均連接有起落架，所述的控制單元與無刷電機(jī)、舵機(jī)A和舵機(jī)B連接，電池與控制單元和無刷電機(jī)連接。

所述的相鄰兩個(gè)機(jī)臂之間的夾角均為90°。

所述的車輪外圓上設(shè)置有輻條。

所述的機(jī)體的頂部設(shè)置有四根卡條。

所述的槳座上安裝有三個(gè)螺旋槳。

所述的機(jī)臂的末端連接有安裝板，所述的舵機(jī)A固定于安裝板上。

所述的兩個(gè)起落架呈夾角設(shè)置。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）行動(dòng)迅速、靈活。在四旋翼飛行模式下，無人機(jī)可以較快地飛行。且其在空中的飛行使其可以跨越大部分地面障礙及復(fù)雜地形，使其得以非常迅捷地移動(dòng)。

（2）行動(dòng)范圍廣泛。以四旋翼方式飛行的無人機(jī)可以靈活地飛到各種地方，及大部分任務(wù)所需的高度，并且其起降幾乎不受地形條件的約束。

（3）在地面行駛模式下，該無人機(jī)續(xù)航能力較強(qiáng)。地面行駛模式下的無人機(jī)相較于四旋翼飛行模式可以節(jié)省大量的能量消耗。

（4）移動(dòng)較精確。地面行駛模式下的無人機(jī)可以被精確地控制移動(dòng)距離和移動(dòng)路徑，并且可以精準(zhǔn)地停在特定位置。

（5）安全性較高。由于在地面行駛模式中，輪子以較低速度轉(zhuǎn)動(dòng)，無人機(jī)撞到障礙物后碰撞不會(huì)對(duì)無人機(jī)及障礙物造成較大損害。

附圖說明

圖1 為本發(fā)明處于四旋翼飛行模式狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2 為本發(fā)明處于地面行駛模式狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3 為本發(fā)明的機(jī)臂與模式切換機(jī)構(gòu)的安裝示意圖；

圖4 為本發(fā)明的階梯軸的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5 為圖1的俯視圖；

圖6 為圖2的俯視圖；

圖中，1-機(jī)體，2-機(jī)臂，3-舵機(jī)A，4-舵機(jī)座，5-無刷電機(jī)，6-階梯軸，7-槳座，8-螺旋槳，9-單向軸承，10-車輪，11-舵機(jī)B，12-起落架，13-卡條，14-安裝板，15-輸出軸。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述：

如圖1或圖2所示，一種地空兩棲四旋翼無人機(jī)，它包括無人機(jī)機(jī)體1和設(shè)置于機(jī)體1內(nèi)的控制單元和電池，所述的機(jī)體1的四個(gè)角落處均連接有機(jī)臂2，四個(gè)機(jī)臂2呈“X”形分布，相鄰兩個(gè)機(jī)臂2之間的夾角均為90°，四個(gè)機(jī)臂2的末端均連接有模式切換機(jī)構(gòu)。

如圖1~6和圖5所示，模式切換機(jī)構(gòu)由舵機(jī)A3、舵機(jī)座4、無刷電機(jī)5、階梯軸6、槳座7、螺旋槳8、單向軸承9和車輪10組成，舵機(jī)A3固定于機(jī)臂2的末端，舵機(jī)座4為U形支架，舵機(jī)A3位于舵機(jī)座4內(nèi)，舵機(jī)A3的輸出端與舵機(jī)座4的一側(cè)壁連接，舵機(jī)座4的頂部固定安裝有無刷電機(jī)5，無刷電機(jī)5垂直于舵機(jī)座4的頂表面設(shè)置，無刷電機(jī)的輸出軸15上順次連接有槳座7和階梯軸6，槳座7上安裝有多個(gè)螺旋槳8，本實(shí)施例中采用三個(gè)螺旋槳8，三個(gè)螺旋槳8呈三角形分布，階梯軸6的小軸上安裝有單向軸承9，車輪10旋轉(zhuǎn)安裝于單向軸承9上，車輪10的半徑大于螺旋槳8的長(zhǎng)度。當(dāng)無刷電機(jī)5做正轉(zhuǎn)時(shí)，單向軸承9活動(dòng)，無刷電機(jī)5只能驅(qū)動(dòng)螺旋槳8轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)無刷電機(jī)5做反轉(zhuǎn)時(shí)，單向軸承9鎖死，無刷電機(jī)5驅(qū)動(dòng)螺旋槳8和車輪10同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此使無刷電機(jī)5可以驅(qū)動(dòng)車輪10旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)方向與無人機(jī)飛行時(shí)無刷電機(jī)5的旋轉(zhuǎn)方向相反，從而讓無刷電機(jī)5在無人機(jī)飛行時(shí)不會(huì)帶動(dòng)車輪10旋轉(zhuǎn)，只會(huì)驅(qū)動(dòng)螺旋槳8旋轉(zhuǎn)。

如圖1所示，機(jī)體1的下部固定有兩個(gè)舵機(jī)B11，兩個(gè)舵機(jī)B11的輸出端均連接有起落架12，兩個(gè)起落架12呈夾角設(shè)置，所述的控制單元與無刷電機(jī)5、舵機(jī)A3和舵機(jī)B11連接，通過控制單元能夠控制舵機(jī)A和舵機(jī)B輸出轉(zhuǎn)矩，即舵機(jī)A改變無刷電機(jī)5與水平面的傾轉(zhuǎn)角度，舵機(jī)B改變起落架12的升降。電池與控制單元和無刷電機(jī)5連接，電池用于給無刷電機(jī)5和控制單元供電。

所述的車輪10外圓上設(shè)置有輻條，機(jī)體1的頂部設(shè)置有四根卡條13，當(dāng)車輪與地面平行時(shí)，卡條13的端部剛好卡在輻條的間隙內(nèi)，阻止了車輪10在無人機(jī)飛行時(shí)隨無刷電機(jī)5旋轉(zhuǎn)，因?yàn)閱雾?xiàng)軸承9在實(shí)際運(yùn)用中難以做到當(dāng)無刷電機(jī)5以某一方向旋轉(zhuǎn)時(shí)完全阻止其驅(qū)動(dòng)車輪10旋轉(zhuǎn)，因此卡條13起到進(jìn)一步鎖住車輪10的作用。所述的機(jī)臂2的末端連接有安裝板14，所述的舵機(jī)A3固定于安裝板14上。

該無人機(jī)擁有兩種模式：一種為四旋翼飛行模式，當(dāng)螺旋槳8與水平面平行時(shí)，通過無刷電機(jī)5驅(qū)動(dòng)螺旋槳8可以使該無人機(jī)飛行；另一種為地面行駛模式，當(dāng)車輪10與水平面垂直時(shí)，由于車輪10與地面接觸且與水平面垂直，通過無刷電機(jī)5驅(qū)動(dòng)車輪10可以使該無人機(jī)以小車的方式在地面行駛，而這兩種模式的轉(zhuǎn)換可以通過四個(gè)舵機(jī)A3實(shí)現(xiàn)。當(dāng)無人機(jī)處于四旋翼飛行模式時(shí)，起落架放下；當(dāng)無人機(jī)處于地面行駛模式時(shí)，起落架收起。

本發(fā)明的工作工程為：當(dāng)無人機(jī)從四旋翼飛行模式轉(zhuǎn)換到地面行駛模式時(shí)，無人機(jī)從空中著陸，起落架先接觸地面，然后控制舵機(jī)A3輸出轉(zhuǎn)矩使車輪10和螺旋槳8與地面垂直，此時(shí)車輪10處于離地狀態(tài)且起落架未收起，隨后控制舵機(jī)B11輸出轉(zhuǎn)矩使起落架收起，車輪10接觸地面，無人機(jī)進(jìn)入地面行駛模式，最后只需控制無刷電機(jī)5做反轉(zhuǎn)，車輪10轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)無人機(jī)從地面行駛模式轉(zhuǎn)換到四旋翼飛行模式時(shí)，控制舵機(jī)B11輸出反向轉(zhuǎn)矩使起落架放下，此時(shí)車輪10脫離地面，隨后控制舵機(jī)A3輸出反向轉(zhuǎn)矩使車輪10和螺旋槳8與地面平行，無人機(jī)進(jìn)入四旋翼飛行模式，最后只需控制無刷電機(jī)5做正轉(zhuǎn)，只有螺旋槳8轉(zhuǎn)動(dòng)。這種做法使無人機(jī)在降落時(shí)不會(huì)因螺旋槳8提前離開水平狀態(tài)而失速，減輕機(jī)體著陸時(shí)受到的沖擊，也使無人機(jī)在起飛時(shí)不會(huì)讓車輪10與地面刮擦，從而提高該無人機(jī)的使用壽命。

該無人機(jī)起落架的控制與模態(tài)轉(zhuǎn)換舵機(jī)共用同一塊控制芯片。由于起落架和舵機(jī)的角度都是由PWM脈沖帶寬調(diào)制波決定，因此我們將控制芯片設(shè)置至少5個(gè)PWM輸出，一個(gè)用于控制起落架，另外四個(gè)分別控制四個(gè)模態(tài)轉(zhuǎn)換舵機(jī)。在地面行駛模式轉(zhuǎn)換為四旋翼飛行模式的過程中，結(jié)構(gòu)中所發(fā)生的變化為起落架放下，模態(tài)轉(zhuǎn)換舵機(jī)由0^o變?yōu)?0^o；在四旋翼飛行模式轉(zhuǎn)換為地面行駛模式的過程中，變化為模態(tài)轉(zhuǎn)換舵機(jī)由90^o轉(zhuǎn)為0^o，起落架收起。因此，控制芯片在這兩個(gè)不同的轉(zhuǎn)換過程中要輸出不同的PWM波，此時(shí)需要一個(gè)對(duì)控制芯片設(shè)置一個(gè)數(shù)字輸入或模擬輸入檢測(cè)口，此檢測(cè)口連接至接收機(jī)的除1至4之外的任意通道1至4通道用于控制四個(gè)無刷電機(jī)，在遙控器上將此通道設(shè)置為兩段開關(guān)式，即遙控上開關(guān)位于0或1時(shí)接收機(jī)該通道將輸出不同信號(hào)，該變化信號(hào)使控制單元輸出不同的PWM信號(hào)以完成對(duì)起落架和轉(zhuǎn)換舵機(jī)的控制。