[发明专利]一种共轴旋翼跨介质多栖无人系统

说明书

本申请公开了一种共轴旋翼跨介质多栖无人系统，包括主体舱以及相对主体舱对称布置的多个动力单元；每个动力单元均包括一变体机构以及安装在该变体机构上的共轴旋翼组件，变体机构包括与主体舱固定连接的固定支架、与固定支架转动连接的转动支架，转动支架安装有驱动电机以及与驱动电机的输出轴连接的动力杆；共轴旋翼组件包括以共轴方式安装在动力杆的轴向外侧的螺旋桨和动力杆的轴向内侧的滚动轮；驱动机构通过推杆驱动转动支架在竖直平面内相对固定支架转动不同角度，以将螺旋桨及滚动轮置于分别与无人系统的多个运动模式对应的多个工作位置。本申请能够应对地形多样的自然环境，具有结构简单、切换方便快速的特点。

技术领域

本申请涉及无人系统技术领域，尤其是涉及一种具有复用型变体机构的共轴旋翼跨介质多栖无人系统，例如无人机、无人车、无人艇等。

背景技术

目前，利用水面起降的水路两栖飞机、水面飞机已处于成熟发展阶段，但具备水下潜航与水中反复出入能力的跨介质无人系统仍在航行时的动力、出入水能力、密封性等方面的存在问题。

中国专利申请CN201711386555公开了一种固定翼海空多栖航行器与控制方法，可实现空中大范围飞行观测，也可实现水下长航程滑翔观测，并且依靠所具备的垂直起降功能实现在水、空中不同运动模式的切换。但其在水下运动时，只能通过调节机体浮心的前移与后移，结合固定翼进行锯齿状的水下滑翔运动，这种运动方式速度慢，转向路径长，动力效率低。同时，由于存在固定翼，该多栖航行器在空中运动时需要进行旋翼与固定翼的模式转换，这导致航行器在空中的运动控制系统变得十分复杂，还增大了机体体积。

中国专利申请CN201810255330.3公开了一种共轴倾转海空航行器，该本发明通过共轴的海空两用的组合电机与倾转组合电机的矢量配合，实现对共轴倾转航行器在水中、空中跨介质的全方位运动。但其水下运动需要四个水下推进器产生相同斜向下的力，竖直分量一直进行重力抵消，水平分量控制前行和转向，下潜的能量消耗大，且水下的运动控制系统复杂。

中国专利申请CN201910533404公开了一种十字型共轴倾转旋翼两栖无人机，其设置了倾转式的共轴多旋翼机构，通过对旋翼进行倾转控制，代替通过电机的增减速改变反扭力矩来改变机体的偏航角度，水下运动时倾转两侧电机朝前，机体保持水平以减少阻力，提高电机最大升力的利用效率，使无人机实现在空中以及水下大阻力情况下的自身旋转以及工作。但其在水下运动时，机体的平均密度大于水，在自然状态下机体会下沉，需要两个共轴多旋翼机构上的电机持续增减速来调节机体的上浮与下潜，上浮与下潜的能量消耗大，且水下的运动控制系统复杂。

发明内容

本申请公开了一种无人系统，以解决传统单介质或两栖无人机器人环境适应性差的问题。

根据本申请的一种实施方式，提供了一种无人系统，包括主体舱以及与主体舱连接的动力系统，所述动力系统包括相对所述主体舱对称布置的多个动力单元；

每个动力单元均包括一变体机构以及安装在该变体机构上的共轴旋翼组件，所述变体机构包括与所述主体舱固定连接的固定支架、与所述固定支架转动连接的转动支架，所述转动支架安装有驱动电机以及与所述驱动电机的输出轴连接的动力杆；所述共轴旋翼组件包括以共轴方式安装在所述动力杆的轴向外侧的螺旋桨和所述动力杆的轴向内侧的滚动轮；

其中，所述主体舱还包括驱动机构，该驱动机构通过推杆连接所述转动支架，用于驱动所述转动支架在竖直平面内相对所述固定支架转动不同角度，以将所述螺旋桨及所述滚动轮置于分别与所述无人系统的多个运动模式对应的多个工作位置。

在其他的一些示例中，所述滚动轮包括中心轮轴、外围轮圈以及用于连接所述中心轮轴与所述外围轮圈的多个桨叶片，所述中心轮轴可移动地套设在所述动力杆上；所述驱动机构通过所述推杆驱动所述滚动轮沿所述动力杆轴向方向移动，以在第一工作状态和第二工作状态之间进行切换；其中，在所述第一工作状态，所述滚动轮与所述动力杆之间动力耦合；在所述第二工作状态，所述滚动轮与所述动力杆之间解除动力耦合。