[发明专利]一种基于共轴式水空双动力无人机的水空转换装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于共轴式水空双动力无人机的水空转换装置及方法,一种基于共轴式水空双动力无人机的水空转换装置，其特征是：包括：无人机机体、机臂、水上螺旋桨、水上电机、水下螺旋桨、水下电机和水深传感器，其中：无人机机体上设置有多个机臂，每个机臂的末端对称安装有水上动力单元和水下动力单元；水上动力单元包括水上电机、水上螺旋桨；水下动力单元包括水下电机、水下螺旋桨；水上动力单元安装在机臂上侧，水下动力单元安装在机臂下侧。本发明采用水空两套动力系统分别独立实现了无人机的水下和水上运动，通过水空重叠区控制实现平稳的水空过渡，提高了无人机工作的灵活性和稳定性。

技术领域

本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种基于共轴式水空双动力无人机的水空转换装置及方法。

背景技术

无人机的发展和应用已经引起了各国的高度重视，人们对无人机的环境适应性、工作领域提出了更高的要求。常见的无人机只能在空中作业，水空两栖无人机多元化的活动空间极大的丰富了无人机的应用可能性。水空双动力无人机区别于仅可以漂浮在水面的水上无人机和需要借助其他装置实现水中发射的潜射无人机，是一种真正可以实现水下潜航和空中飞行的无人系统，其独立性和自主作业能力更为强大。

中国专利公开的《一种水空两栖无人机》发明专利，其申请号201710556614 .1，申请日期为2017年07月10日，具体描述了一种水空两栖无人机产品的驱动过程。可以看出单纯驱动水下螺旋桨难以实现下潜，其从水面到水下的控制较为困难。本文采用了不依靠浮力，完全自主的水下运动驱动方式，有效的克服了这些不足。

而中国专利公开的《一种采用旋翼倾转机构的自适应水空两栖无人机》，其申请号是：201910248361.0，申请日期为2019年03月29日的发明专利采用旋翼倾转机构的来提高无人机在水空不同介质中运动及介质切换时的稳定性，但是其没有考虑到水空介质下所适用的螺旋桨相差极大，其设计的无人机反而稳定性较差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种性能稳定、独立和自主作业能力强的基于共轴式水空双动力无人机的水空转换方法。以实现无人机平稳的水空过渡及灵活的水下、空中姿态控制和作业能力。

为实现以上目的，一种基于共轴式水空双动力无人机的水空转换装置，其特征是：包括：无人机机体、机臂、水上螺旋桨、水上电机、水下螺旋桨、水下电机和水深传感器，其中：

无人机机体上设置有多个机臂，每个机臂的末端对称安装有水上动力单元和水下动力单元；水上动力单元包括水上电机、水上螺旋桨；水下动力单元包括水下电机、水下螺旋桨；水上动力单元安装在机臂上侧，水下动力单元安装在机臂下侧；

无人机通过识别水空介质使无人机机体处于不同工作状态，当无人机识别到介质为空中时，由水上动力单元实现其在空中的正常飞行；当无人机识别到介质为水中和空中交界面时，水上螺旋桨和水下螺旋桨同时工作，实现其在水空交界面的平稳转换；当无人机识别到介质为水中时，由水下螺旋桨实现其在水下的正常运动。

所述的无人机通过识别水空介质是通过水深传感器实现；水深传感器安装在无人机机体下方，用于实时获取当前水深信息，水深传感器与惯性传感器的位置预估结果进行数据融合，得到准确的机体速度和位置。

所述的水上螺旋桨和水下螺旋桨的转向相同，两种螺旋桨产生的气流和水流旋转方向重叠，以保证无人机在水空交界面处的气流和水流干扰达到最小。

所述无人机机体的密度大于水的密度，无人机完全靠水下动力单元和水上动力单元实现机体的自主运动。

一种基于共轴式水空双动力无人机的水空转换方法，其特征在于：无人机在水中时，水下螺旋桨旋转，水上螺旋桨停止旋转；

无人机由水中上浮到水面上时，水上螺旋桨开始旋转，为无人机提供出水的动力，水下螺旋桨继续旋转；