一种可变结构形态的跨介质旋翼无人机及其控制方法技术

本发明专利技术涉及无人机技术领域，尤其是涉及一种可变结构形态的跨介质旋翼无人机及其控制方法，包括无人机主体，无人机主体的外壁结构设置有双稳态或者多稳态的可变形态板壳，无人机主体的内部设置有电动推杆，电动推杆与可变形态板壳动力连接，可变形态板壳通过电动推杆的推动使无人机主体进行双稳态或多稳态的可控形态转换，无人机主体在水下的浮力和宏观平均体积密度通过可控形态转换进行调控，使无人机主体在水下上升和沉降；由于双稳态或者多稳态的可变形态板壳及简单的电动推杆的引入，无人机主体密闭机身内部可以使用精简的机械结构实现体积改变，从而使该无人机主体具备跨介质工作的功能。质工作的功能。质工作的功能。

【技术实现步骤摘要】
一种可变结构形态的跨介质旋翼无人机及其控制方法


[0001]本专利技术涉及无人机
，尤其是涉及一种可变结构形态的跨介质旋翼无人机及其控制方法。

技术介绍

[0002]目前，旋翼式无人机由于其良好的操作性和成熟的技术，已被广泛用于各个领域，如农业植保、电力检测、航拍摄影摄像、测绘等，大大提高了人工效率，产生了良好的经济效应。旋翼式无人机也被用于水质调查和水质采样，一般通过无人机携带的相机对潜在已污染水域进行航拍，根据航拍照片中水面的颜色等信息判定污染水域的大小和区域；或是通过无人机携带水样采样装置或设备，通过无人机航飞至预定区域，在预定区域上通过下降水样采样装置一定高度后进入水下进行水质采样，下降一定高度后在水下进行水质采样。
[0003]但是现有的旋翼式无人机不具备直接进入到水中进行剖面水质采样或者其它操作，其考虑到如何进入水中、进入水中的密封问题以及进入水中后的信号问题，如中国专利技术专利申请公布号CN114802746A所述的一种两栖多旋翼无人机，当两栖多旋翼无人机飞达指定水面后，多旋翼无人机组件通过两栖推进器可以降到水下，控制数传图传浮体组件浮于水面，地面可以遥控多旋翼无人机组件在水里自由升降、前进、后退、左右转弯，使用非常方便。
[0004]虽然该技术解决了如何进入水中、进入水中的密封问题以及进入水中后的信号问题，但是其依赖于柔制传输电缆和控制数传图传浮体组件，整体结构复杂度高，并且会对无人机在水中产生干预，且通过两栖推进器虽然可以降到水下，但是水中环境复杂度高，且进入水中后两栖推进器持续运行耗费能量大，对此，有必要提出一种新的技术方案以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利提供一种无人机主体，通过无人机主体空中高效飞行至目标介质上方并下降至目标介质的介质面，通过结构形态变化对旋翼无人机主体结构体积进行改变，获取对无人机主体水下浮力的调整，实现无人机主体在目标介质中上升或沉降动作的技术方案；本专利技术专利采用的技术方案是：一种可变结构形态的跨介质旋翼无人机，包括无人机主体，无人机主体的外壁结构设置有双稳态或者多稳态的可变形态板壳，无人机主体的内部设置有电动推杆，电动推杆与可变形态板壳动力连接，可变形态板壳通过电动推杆的推动使无人机主体进行双稳态或多稳态的可控形态转换，无人机主体在水下的浮力和宏观平均体积密度通过可控形态转换进行调控，使无人机主体在水下上升和沉降。
[0006]优选地，无人机主体包括无人机机身、设置在无人机机身上的旋翼、设置在无人机机身内部的操作系统和设置在无人机机身下端的荷载箱，可变形态板壳设置在无人机机身上，操作系统包括电路控制模块、通讯模块和电源模块，荷载箱集成设置有功能模块，旋翼、电动推杆、通讯模块、电源模块和功能模块均与电路控制模块相连接。
[0007]优选地，功能模块包括但不仅限于摄像机、照明灯、采样器、水质传感器和介质深度传感器。
[0008]优选地，在无人机机身上还安装有配重块，配重块用于调整无人机机身的宏观平均密度。
[0009]优选地，双稳态或者多稳态的可变形态板壳为金属材料制作，包括钢材、铝合金或镁合金。
[0010]优选地，双稳态或者多稳态的可变形态板壳为塑料材料制作，包括ABS、纤维复合材料或赛钢。
[0011]一种跨介质旋翼无人机的控制方法，包括上述所述的一种可变结构形态的跨介质旋翼无人机，还包括如下步骤：步骤1，搭建无人机主体的可变结构，在无人机机身上使用具有良好承载力的双稳态或多稳态的可变形态板壳，通过在无人机机身内设置用于带动可变形态板壳产生可控形态转换的电动推杆，使无人机机身基于电动推杆的运行产生第一稳定形态和第二稳定形态；基于跨介质的目标介质密度，无人机机身采用配重块进行配重，使无人机机身在第一稳定形态下对应无人机主体的宏观平均密度小于目标介质密度，无人机机身在第二稳定形态下对应无人机主体的宏观平均密度大于目标介质密度；步骤2，搭建远程操作方式，基于电路控制模块、通讯模块和电源模块，电路控制模块采用可编程程序的控制方式，控制电动推杆、功能模块和旋翼的运作，电路控制模块通过通讯模块远程无线连接有终端控制设备，通过终端控制设备对操作系统进行远程操作；步骤3，进入目标介质，无人机机身初始状态下处于第一稳定形态，通过远程操作方式控制无人机主体，无人机主体在陆地上时，通过控制旋翼旋转提供空中的升力和前进动力；无人机主体进入目标介质时，通过电动推杆在电路控制模块的可编程程序控制下驱动，从而推动可变形态板壳使无人机机身转换为第二稳定形态，通过无人机机身在第二稳定形态下对应无人机主体的宏观平均密度大于目标介质密度，无人机主体将逐渐沉没至目标介质中；步骤4，对目标介质进行信息采集，无人机主体在陆地上时，通过终端控制设备对电路控制模块设定用于运行功能模块的第一操作指令，操作指令依据介质深度传感器产生的信号来执行，当无人机主体进入目标介质一定深度后使介质深度传感器产生信号时，电路控制模块依据该操作指令运行摄像机、照明灯、采样器和水质传感器进行介质信息采集；步骤5，浮出目标介质，无人机主体在陆地上时，通过终端控制设备对电路控制模块设定用于浮出目标介质的参数设定，无人机主体进入到目标介质后，电路控制模块依据参数设定来控制电动推杆工作，从而推动可变形态板壳使无人机机身转换为第一稳定形态，通过无人机机身在第一稳定形态下对应无人机主体的宏观平均密度小于目标介质密度，无人机主体最终将上浮至漂浮在目标介质的表面。
[0012]优选地，通过终端控制设备对电路控制模块设定用于浮出目标介质的参数设定包括有无人机主体的沉降时间、沉降深度、沉降过程中是否发生碰撞、或者到达最大工作的介质深度。
[0013]优选地，电路控制模块通过介质深度传感器检测无人机主体当前状态，当无人机主体从目标介质中浮出后，优先尝试恢复通讯功能，重新建立与终端控制设备的通讯联系。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：可以通过无人机主体密闭结构的形态改变实现无人机主体宏观密度的调整，从而使无人机主体在目标介质下实现净浮力或者净重力的转变，在目标介质下实现上升和沉降动作，使无人机主体也具备在目标介质竖直剖面进行运动的功能。由于双稳态或者多稳态的可变形态板壳及简单的电动推杆的引入，无人机主体密闭机身内部可以使用精简的机械结构实现体积改变，从而使该无人机主体具备跨介质工作的功能。
[0015]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0017]图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术中可变形态板壳处于第一稳定形态下的结构示意图；图3是本专利技术中可变形态板壳处于第二稳定形态下的结构示意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可变结构形态的跨介质旋翼无人机，其特征在于，包括无人机主体，无人机主体的外壁结构设置有双稳态或者多稳态的可变形态板壳，无人机主体的内部设置有电动推杆，电动推杆与可变形态板壳动力连接，可变形态板壳通过电动推杆的推动使无人机主体进行双稳态或多稳态的可控形态转换，无人机主体在水下的浮力和宏观平均体积密度通过可控形态转换进行调控，使无人机主体在水下上升和沉降。2.根据权利要求1所述的一种可变结构形态的跨介质旋翼无人机，其特征在于，无人机主体包括无人机机身、设置在无人机机身上的旋翼、设置在无人机机身内部的操作系统和设置在无人机机身下端的荷载箱，可变形态板壳设置在无人机机身上，操作系统包括电路控制模块、通讯模块和电源模块，荷载箱集成设置有功能模块，旋翼、电动推杆、通讯模块、电源模块和功能模块均与电路控制模块相连接。3.根据权利要求2所述的一种可变结构形态的跨介质旋翼无人机，其特征在于，功能模块包括但不仅限于摄像机、照明灯、采样器、水质传感器和介质深度传感器。4.根据权利要求2所述的一种可变结构形态的跨介质旋翼无人机，其特征在于，在无人机机身上还安装有配重块，配重块用于调整无人机机身的宏观平均密度。5.根据权利要求1所述的一种可变结构形态的跨介质旋翼无人机，其特征在于，双稳态或者多稳态的可变形态板壳为金属材料制作，包括钢材、铝合金或镁合金。6.根据权利要求1所述的一种可变结构形态的跨介质旋翼无人机，其特征在于，双稳态或者多稳态的可变形态板壳为塑料材料制作，包括ABS、纤维复合材料或赛钢。7.一种跨介质旋翼无人机的控制方法，包括权利要求3所述的一种可变结构形态的跨介质旋翼无人机，其特征在于，还包括如下步骤：步骤1，搭建无人机主体的双稳态系统，在无人机机身上使用具有良好承载力的双稳态的可变形态板壳，通过在无人机机身内设置用于带动可变形态板壳产生可控形态转换的电动推杆，使无人机机身基于电动推杆的运行产生第一稳定形态和第二稳定形态；基于跨介质的目标介质密度，无人机机身采用配重块进行配重，使无人机机身在第一稳定形态下对应无人机主体的宏观平均密度小于目标介质密度，无人机机身在第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：易圣辉，秦庆华，程俊业，
申请(专利权)人：深圳北理莫斯科大学，
类型：发明
国别省市：