水空两用无人机的设计与控制系统研究

文伟，邓昌胜，樊志纬，吕雯昕，王纯贤，吴炜

（合肥工业大学，安徽 合肥 230009）

0 引言

水空两用无人机是一种集空中飞行与水下潜行功能于一体的创新型无人机，可执行警戒、侦测、突防等军事任务和大坝检修、水质检测、航拍、潜拍等民事任务，具有较高的灵活性，有重要的军用与民用价值[1-3]。通过对水空两用无人机的飞行控制系统、水下浮沉系统与信号传输系统等进行整体设计，保证水空两用无人机在复杂的多介质领域中平稳运行。同时加入超声波自主避障、GPS定点、航线规划等功能设计。无人机全机身防水，具有良好的抗压、抗强水流特性。

1 水空两用无人机整体设计

水空两用无人机以STM32F407ZET6单片机为控制芯片，主要由控制模块、动力模块、视频传输模块、水下浮沉模块、信号传输模块等主要模块组成。其中控制模块主要由传感器、主控芯片、执行部分与无线通信部分组成，用于控制无人机在空中与水中的工作姿态；动力模块主要由电调、电动机、螺旋桨与锂电池等组成，为无人机提供动力；视频传输模块指图像传输系统，可以远程实时传输摄像机图像；浮沉模块主要由真空舱、水气两用泵和电磁阀等组成，控制无人机在水中的上浮和下沉；信号传输模块主要由遥控器和接收模块构成，接收模块接收由遥控器发来的指令，并将指令发送给控制模块。无人机整体结构如图1所示。

图1 水空两用无人机整体设计

2 水空两用无人机工作原理

2.1 空中飞行原理

水空两用无人机空中飞行模式基于四旋翼无人机飞行原理，使用四组电机和螺旋桨作为驱动力，四个电机机臂互为90°夹角，四组电机的轴距相等。……