一种陆空两栖无人车与无人机一体化装置

1.本实用新型涉及无人装置智能控制的技术领域，尤其是涉及一种陆空两栖无人车与无人机一体化装置。


背景技术：

2.无人车和无人机是目前应用非常广泛的无人装置，往往被用于巡逻、救援、运输物资等方面。近年来，将两者结合在一起进行协同工作的案例也变得越来越多，这样可以发挥无人机和无人车各自的优势。一方面，无人机可以弥补无人车无法获取空域信息的缺点；另一方面，无人车又可以在无人机电量不足时继续执行任务。
3.当前无论是物流快递的运输，还是自然灾害后的搜救工作，都需要投入大量的人力且效率低下。本专利正是基于此问题，将无人车和无人机结合在一起，巧妙的设计了一个可以在无人车和无人机之间切换的装置。
4.如专利cn215067820u公开的一种氢能源无人车与无人机协作系统，本实用新型包括车体、无人机和主控系统，车体顶部位置安装有无人机舱，无人机放置于无人车舱内，主控系统包括无人驾驶模块、氢能源模块、定位传感模块、无线通讯模块和远程控制模块，氢能源模块包括氢燃料电池和锂电池。利用氢氧阴阳极反应驱动车体进行移动，无人驾驶模块控制车体移动至指定地点后，由远程控制模块启动无人机，无人机起飞进行工作，大大延长了无人机的巡逻范围。本实用新型虽然设计了一个无人车来安放无人机，但是在总体的设计上，无人车的结构比较大，在复杂环境下做勘察任务时，就不太方便携带了，所以该装置在实施中还不够高效。
5.如专利cn215794451u公开的一种可投递紧急物质的搜救无人机，本实用新型的信号传输器和第一中控器内置于无人机机身内，红外摄像头设置于无人机机头下方，第一中控器分别与信号传输器、红外摄像头电连接，机翼的下表面与投递架的一端固定连接，投递架的另一端设有安装槽，安装槽内设有直线驱动装置。本实用新型虽然续航时间长，可以给受困人员投递紧急物资，但是在复杂的山路环境中工作的话，无人机只能在空域中大概定位受困人员的位置，无法精确到地面上人员的位置，所以该实用新型还是存在一定的局限性。
6.因此，发明一种结构简易，体积小，完全摆脱人力，可探测范围广且可以在无人机和无人车之间切换的装置是完全有必要的。本专利正是为了在复杂环境下的探测和物资运输而设计的。可以根据不同的环境需求，添加了一种可以在无人机和无人车之间切换的装置，可以大大提高执行任务的效率。


技术实现要素：

7.本实用新型提供一种陆空两栖无人车与无人机一体化装置，以此来解决现有物流运输、救援行动中还是大多依赖人力，以及一些无人机与无人车协同的装置往往工作效率不高的技术问题。例如现有技术中无人机在执行完任务之后需要返回到无人车上进行充
电，而且无人车和无人机往往是分开进行任务的，两者之间需要进行通信，有的时候数据计算量过大，会导致通信失败，协同控制失败，从而降低了协同工作的效率。
8.为实现上述目的，本实用新型的陆空两栖无人车与无人机一体化装置的具体技术方案如下：
9.一种陆空两栖无人车与无人机一体化装置，包括无人机机体，所述无人机机体四周连接有四个机臂，四个机臂的上端面的中间位置均固定有无人机电机，无人机电机的输出端连接有无人机桨叶；四个机臂的下端面靠外的一侧均固定有无人车电机，无人车电机的输出端连接有无人车车轮；
10.所述无人机机体顶部固定有gps惯导装置，所述无人机机体前侧安装有双目相机，双目相机上方设置有激光雷达，所述无人机机体底部通过固定架安装有储物箱，所述固定架包括四根连接柱以及一个安装座，四根连接柱的一端均与无人机机体底端固定连接，四根连接柱的另一端均与安装座的上端面固定连接，安装座的下端面与储物箱的上端面以可拆卸的方式连接，安装座的上端面固定有中央控制器，中央控制器包括px4飞控板、pm07电源模块、tx2板，储物箱内安装有电池。
11.进一步，所述无人机机体的下端面安装有四个舵机，舵机设有舵机转向臂，舵机转向臂通过转动杆连接有连接板，无人机机体的下端面靠近舵机的位置固定有滑槽。
12.进一步，所述连接板与转动杆连接的一端的内外两侧面均设有第二旋钮，转动杆与连接板连接的一端设有第二通孔，连接板内侧面的第二旋钮穿设在第二通孔内，连接板外侧面的第二旋钮滑动设置在滑槽内；
13.连接板另一端的两侧面设有第一旋钮，机臂靠内侧的两侧面的下方设有第一凸起机构，第一凸起机构的中间位置设有第一通孔，第一旋钮穿设在第一通孔内。
14.进一步，所述机臂与无人机机体连接的一端的两侧面设有第三旋钮，所述无人机机体的四个边角处设有连接座，连接座底端的两侧面的下方设有第二凸起机构，第二凸起机构的中间位置设有第三通孔，第三旋钮穿设在第三通孔内。
15.进一步，所述电池与中央控制器电性连接，用于给装置供电；所述gps惯导装置与中央控制器电性连接，用于装置获取实时gps差分数据；所述中央控制器与无人机电机、无人车电机电性连接，用于控制无人机桨叶和无人车车轮的转动；所述双目相机与中央控制器电性连接，用于实时图像的视觉采集。
16.进一步，所述无人机电机和无人车电机采用朗宇无刷电机a2212。
17.进一步，所述双目相机采用zed双目相机。
18.进一步，所述gps惯导装置的型号为gpsse100。
19.进一步，所述电池采用格氏6s锂电池。
20.进一步，所述激光雷达的型号为hk cube 1。
21.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
22.本实用新型利用无人机可以进入空域进行任务工作，不受地形的影响的特点，同时也利用无人车在复杂环境中工作，例如矿井之下、森林这种空域空间相对缺乏的环境中。本实用新型将无人机和无人车一体化，应对不同的环境切换不同的工作形态，比单体工作、两者协同工作的效率要高很多。
23.本实用新型旨在解决无人驾驶装置单体执行任务的效率低、在复杂环境中运输物
资还是依赖人力等实际问题，本实用新型可以大大提高无人装置的工作效率，摆脱传统的人工运输。
24.本实用新型提供了一种可以在无人车和无人机之间切换的装置，可以适应不同的环境选择不同的形态。在适合空域的环境中选择无人机模式，在宽敞平坦、空域比较拥挤的环境中选择无人车模式，将无人车和无人机结合在一起，同时装置上还搭载了双目相机和gps、激光雷达，将双目相机和激光雷达配合起来使用，在双目相机识别前方环境信息、和激光雷达点云测距的结合下，控制舵机转向臂实现无人车模式和无人机模式的切换。这样的设计可以提高任务执行的效率、减少人力的成本。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本实用新型在无人机模式下的正视图；
27.图2为本实用新型在无人机模式下的立体结构示意图；
28.图3为本实用新型在无人车模式下的正视图；
29.图4为本实用新型在无人车模式下的立体结构示意图；
30.图5为本实用新型在无人机模式下机臂的正视图；
31.图6为本实用新型在无人机模式下机臂的立体结构示意图；
32.图7为本实用新型在无人车模式下机臂的正视图；
33.图8为本实用新型在无人车模式下机臂的立体结构示意图；
34.图9为本实用新型中滑槽的结构示意图；
35.图10为本实用新型的系统框图；
36.图中标记说明：1、储物箱；2、无人机桨叶；3、无人车车轮；4、gps惯导装置；5、px4飞控板；6、pm07电源模块；7、tx2板；8、双目相机；9、电池；10、激光雷达；11、连接座；12、第一旋钮；13、连接板；14、舵机转向臂；15、转动杆；16、舵机；17、第二旋钮；18、第三旋钮；19、滑槽。
具体实施方式
37.为了更好地了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图和具体较佳实施方式，对本实用新型一种陆空两栖无人车与无人机一体化装置做进一步详细的描述。
38.本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本实用新型的限制。
39.实施例1：
40.请参阅图1-10，本实用新型提供一种技术方案：一种陆空两栖无人车与无人机一体化装置，包括无人机机体，所述无人机机体四周连接有四个机臂，四个机臂的上端面的中
间位置均固定有无人机电机，无人机电机的输出端连接有无人机桨叶2，用于装置处于无人机模式下的飞行任务；四个机臂的下端面靠外的一侧均固定有无人车电机，无人车电机的输出端连接有无人车车轮3，用于装置处于无人车模式下的行驶任务；
41.所述无人机机体顶部固定有gps惯导装置4，用于装置获取实时gps差分数据，进行定位和路径规划；所述无人机机体前侧安装有双目相机8，用于无人机或者无人车模式下实时的前方和前下方图像的视觉采集；双目相机8上方设置有激光雷达10，所述无人机机体底部通过固定架安装有储物箱1，所述储物箱1用于储放运输的物资和中央控制器的电池，同时可以作为无人机降落在地面上的着落保护装置；所述固定架包括四根连接柱以及一个安装座，四根连接柱的一端均与无人机机体底端固定连接，四根连接柱的另一端均与安装座的上端面固定连接，安装座的下端面与储物箱1的上端面以可拆卸的方式连接，安装座的上端面固定有中央控制器，用于控制桨叶和车轮的转动，还有控制折叠时位于中央控制器上方的四个舵机16；中央控制器包括px4飞控板5、pm07电源模块6、tx2板7，储物箱1内安装有电池9，所述电池9用于给装置供电。
42.进一步，所述无人机机体的下端面安装有四个舵机16，舵机16是用于控制机臂折叠的主要装置，由下方的中央控制器进行控制；舵机16设有舵机转向臂14，舵机16启动后，转向臂通过左右摆动的方式，使得连接板13控制机臂进行折叠；舵机转向臂14通过转动杆15连接有连接板13，无人机机体的下端面靠近舵机16的位置固定有滑槽19，滑槽19用于使转动杆15和连接板13之间的转动旋钮在左右一定范围内进行移动，可以提高四个机臂同时转动的一致性。
43.进一步，所述连接板13与转动杆15连接的一端的内外两侧面均设有第二旋钮17，转动杆15与连接板13连接的一端设有第二通孔，连接板13内侧面的第二旋钮17穿设在第二通孔内，连接板13外侧面的第二旋钮17滑动设置在滑槽19内；
44.连接板13另一端的两侧面设有第一旋钮12，机臂靠内侧的两侧面的下方设有第一凸起机构，第一凸起机构的中间位置设有第一通孔，第一旋钮12穿设在第一通孔内；所述第一旋钮12用于将连接板13和机臂连接在一起，实现机臂向下转动折叠的功能；
45.也就是说，连接板13两端的两个侧面都设有旋钮，其中一端的两侧面各设有一个第一旋钮12，其中另一端的两侧面各设有一个第二旋钮17，第一旋钮12和第二旋钮17以及第三旋钮18结构相同，第一旋钮12和第二旋钮17以及第三旋钮18其实就是圆柱体结构的固定轴，连接板13为长方体结构，第一旋钮12和第二旋钮17可以理解为长方体的两侧面对称设置的固定轴，固定轴可以在开设的通孔内转动。
46.进一步，所述机臂与无人机机体连接的一端的两侧面设有第三旋钮18，所述无人机机体的四个边角处设有连接座11，四个连接座11与无人机机体一体化连接，使得无人机机体的上端面呈工字形，连接座11底端的两侧面的下方设有第二凸起机构，第二凸起机构的中间位置设有第三通孔，第三旋钮18穿设在第三通孔内。
47.进一步，所述电池9与中央控制器电性连接，用于给装置供电；所述gps惯导装置4与中央控制器电性连接，用于装置获取实时gps差分数据；所述中央控制器与无人机电机、无人车电机电性连接，用于控制无人机桨叶2和无人车车轮3的转动；所述双目相机8与中央控制器电性连接，用于实时图像的视觉采集；中央控制器包括px4飞控板5、pm07电源模块6以及tx2板7；电池9连接pm07电源模块6，双目相机8和激光雷达10连接tx2板7，gps惯导装置
4、舵机16连接px4飞控板5。
48.进一步，所述无人机电机和无人车电机采用朗宇无刷电机a2212。
49.进一步，所述双目相机8采用zed双目相机。
50.进一步，所述gps惯导装置4的型号为gpsse100。
51.进一步，所述电池9采用格氏6s锂电池。
52.进一步，所述激光雷达10的型号为hk cube 1。
53.工作原理：
54.本实用新型提供了一种陆空两栖无人车与无人机一体化装置，具体包括无人机机体以及设在无人机机体四周的四个机臂，每个机臂的上端面都设置了一个无人机电机，每个无人机电机的输出端上都安装有一个无人机桨叶2，每个机臂的下端面都设置了一个无人车电机，每个无人车电机的输出端上都安装有一个无人车车轮3。这样设计可保证其可以由无人机切换为无人车，切换的方式就是利用其特殊的机臂结构和四个舵机16，四个舵机16安放在中央控制器的上方，利用一个舵机16和一个连接板13的结构就可以使得机臂向上或者向下折叠，折叠的范围最多可以折叠50度。
55.无人机机体的上端面安装有gps惯导装置4，无人机机体的下端面设有由四根连接柱和一个安装座组成的固定架，固定架下方可拆卸的安装有储物箱1，安装座上端面安装有中央控制器，储物箱1内固定安装有电池9，无人机机体的前端安装有双目相机8。在无人机切换成无人车模式时，机臂向下折，由于下方有储物箱1，所以机臂需要将储物箱1撑起，储物箱1选用轻巧的材料。在无人机模式时，中间的中央控制器控制装置上方的桨叶电机进行转动，实现无人机的飞行；而在无人车模式时，中央控制器控制装置下方的车轮电机进行转动，实现无人车的飞行。同时装置还装配有双目相机8，可以实时获取到前方的图像。
56.无人机机体的上端面的四个边角处均设有连接座11，连接座11的内外两侧面的下方均设有第二凸起机构，连接座11的内外两侧面的第二凸起机构均设置有第三通孔，四个机臂与无人机机体连接的一端的两侧面均设有第三旋钮18，机臂两侧的第三旋钮18可以在第三通孔内转动。
57.无人机机体的下端面安装有四个舵机16，四个舵机16均设有舵机转向臂14，每个舵机转向臂14都通过转动杆15连接有连接板13，无人机机体的下端面靠近每个舵机16的位置都固定有一个滑槽19。
58.连接板13与转动杆15连接的一端的内外两侧面均设有第二旋钮17，转动杆15与连接板13连接的一端设有第二通孔，连接板13内侧面的第二旋钮17穿设在第二通孔内，连接板13外侧面的第二旋钮17滑动设置在滑槽19内；连接板13另一端的两侧面设有第一旋钮12，机臂靠内侧的两侧面的下方设有第一凸起机构，第一凸起机构的中间位置设有第一通孔，第一旋钮12穿设在第一通孔内。
59.可见，本实用新型专利提供了一种可以针对不同的环境在无人车和无人机做切换进行物资运输的装置，整个装置的设计比较灵活。首先装置上的双目相机8会对前方的环境进行感知并做出判断，在空域比较宽敞，而道路比较陡峭复杂的环境中，选择无人机模式，机臂在舵机16的转动下变直，由储物箱1着地，由中央控制器控制机臂上方的无人机桨叶2进行转动，并在gps惯导装置4的定位之下完成飞行任务。接着如果这时双目相机8感知到前方的空域空间狭窄，而道路上却相对平坦，则装置做出决策，逐渐平稳的降落在地面上，由
中央控制器先停止无人机桨叶2的转动，再控制舵机16开始将机臂往下转动(一开始舵机转向臂14与连接板13之间的固定轴在滑槽19的最内侧)，在往下转动的过程中，无人车车轮3着地后，因为储物箱1设计的比较轻巧，在往下折叠的过程中无人车车轮3足以将储物箱1撑起来，最大可以到达50度的位置(舵机转向臂14与连接板13之间的固定轴滑至滑槽19的最外侧)。在完成折叠之后，中央控制器控制车轮电机使得无人车车轮3进行转动，并在双目相机8的配合下完成无人车在道路上的行驶，并搭载物资送到指定地点。
60.本专利涉及的算法为多传感器融合物体识别算法(激光雷达 双目相机)，该算法为现有技术，可用于装置实时探测前方环境的情况，识别前方障碍物并进行安全测距，实现装置的无人车与无人机模式的切换，也可以实现全局路径规划(规定一个起点和一个终点，中间的路径由装置感知环境作出最优的选择，如a*算法)和局部避障(规定一个最小安全距离，装置规避障碍物的规程，如人工势场法)。
61.可以理解，本实用新型是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本实用新型所保护的范围内。