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

背景技術(shù)：

由于無人機飛行器體積小巧，攜帶方便，行動靈活、迅速，應(yīng)用廣泛等特點，無人機飛行器領(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，無人機飛行器普遍擁有續(xù)航時間過短的問題，無法長時間執(zhí)行任務(wù)；并且其難以飛出非常平穩(wěn)、精細的飛行路徑，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，其具有能耗低，操作簡單，行動穩(wěn)定等特點，然而其在靈活性和越障能力方面遠不如無人機飛行器，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)，其相較于無人機飛行器少了一個移動維度。

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

技術(shù)實現(xiàn)要素：

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

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種地空兩棲四旋翼無人機，它包括無人機機體和設(shè)置于機體內(nèi)的控制單元和電池，所述的機體的四個角落處均連接有機臂，四個機臂的末端均連接有模式切換機構(gòu)，模式切換機構(gòu)由舵機A、舵機座、無刷電機、階梯軸、槳座、螺旋槳、單向軸承和車輪組成，舵機A固定于機臂的末端，舵機座為U形支架，舵機A位于舵機座內(nèi)，舵機A的輸出端與舵機座的一側(cè)壁連接，舵機座的頂部固定安裝有無刷電機，無刷電機垂直于舵機座的頂表面設(shè)置，無刷電機的輸出軸上順次連接有槳座和階梯軸，槳座上安裝有多個螺旋槳，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度，所述的機體的下部固定有兩個舵機B，兩個舵機B的輸出端均連接有起落架，所述的控制單元與無刷電機、舵機A和舵機B連接，電池與控制單元和無刷電機連接。

所述的相鄰兩個機臂之間的夾角均為90°。

所述的車輪外圓上設(shè)置有輻條。

所述的機體的頂部設(shè)置有四根卡條。

所述的槳座上安裝有三個螺旋槳。

所述的機臂的末端連接有安裝板，所述的舵機A固定于安裝板上。

所述的兩個起落架呈夾角設(shè)置。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

（1）行動迅速、靈活。在四旋翼飛行模式下，無人機可以較快地飛行。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。

（2）行動范圍廣泛。以四旋翼方式飛行的無人機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，該無人機續(xù)航能力較強。地面行駛模式下的無人機相較于四旋翼飛行模式可以節(jié)省大量的能量消耗。

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

（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，無人機撞到障礙物后碰撞不會對無人機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)明的機臂與模式切換機構(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-機體，2-機臂，3-舵機A，4-舵機座，5-無刷電機，6-階梯軸，7-槳座，8-螺旋槳，9-單向軸承，10-車輪，11-舵機B，12-起落架，13-卡條，14-安裝板，15-輸出軸。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的描述，本發(fā)明的保護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，它包括無人機機體1和設(shè)置于機體1內(nèi)的控制單元和電池，所述的機體1的四個角落處均連接有機臂2，四個機臂2呈“X”形分布，相鄰兩個機臂2之間的夾角均為90°，四個機臂2的末端均連接有模式切換機構(gòu)。

如圖1~6和圖5所示，模式切換機構(gòu)由舵機A3、舵機座4、無刷電機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A3固定于機臂2的末端，舵機座4為U形支架，舵機A3位于舵機座4內(nèi)，舵機A3的輸出端與舵機座4的一側(cè)壁連接，舵機座4的頂部固定安裝有無刷電機5，無刷電機5垂直于舵機座4的頂表面設(shè)置，無刷電機的輸出軸15上順次連接有槳座7和階梯軸6，槳座7上安裝有多個螺旋槳8，本實施例中采用三個螺旋槳8，三個螺旋槳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的長度。當(dāng)無刷電機5做正轉(zhuǎn)時，單向軸承9活動，無刷電機5只能驅(qū)動螺旋槳8轉(zhuǎn)動；當(dāng)無刷電機5做反轉(zhuǎn)時，單向軸承9鎖死，無刷電機5驅(qū)動螺旋槳8和車輪10同時轉(zhuǎn)動，因此使無刷電機5可以驅(qū)動車輪10旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)方向與無人機飛行時無刷電機5的旋轉(zhuǎn)方向相反，從而讓無刷電機5在無人機飛行時不會帶動車輪10旋轉(zhuǎn)，只會驅(qū)動螺旋槳8旋轉(zhuǎn)。

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

所述的車輪10外圓上設(shè)置有輻條，機體1的頂部設(shè)置有四根卡條13，當(dāng)車輪與地面平行時，卡條13的端部剛好卡在輻條的間隙內(nèi)，阻止了車輪10在無人機飛行時隨無刷電機5旋轉(zhuǎn)，因為單項軸承9在實際運用中難以做到當(dāng)無刷電機5以某一方向旋轉(zhuǎn)時完全阻止其驅(qū)動車輪10旋轉(zhuǎn)，因此卡條13起到進一步鎖住車輪10的作用。所述的機臂2的末端連接有安裝板14，所述的舵機A3固定于安裝板14上。

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

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

該無人機起落架的控制與模態(tài)轉(zhuǎn)換舵機共用同一塊控制芯片。由于起落架和舵機的角度都是由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PWM輸出，一個用于控制起落架，另外四個分別控制四個模態(tài)轉(zhuǎn)換舵機。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)換舵機由90^o轉(zhuǎn)為0^o，起落架收起。因此，控制芯片在這兩個不同的轉(zhuǎn)換過程中要輸出不同的PWM波，此時需要一個對控制芯片設(shè)置一個數(shù)字輸入或模擬輸入檢測口，此檢測口連接至接收機的除1至4之外的任意通道1至4通道用于控制四個無刷電機，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時接收機該通道將輸出不同信號，該變化信號使控制單元輸出不同的PWM信號以完成對起落架和轉(zhuǎn)換舵機的控制。