CN103935522B - 一种旋翼式无人机失控坠落保护装置以及保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋翼式无人机失控坠落保护装置，包括底盘和安装在底盘上的弹射机构，所述弹射机构包括：固定在底盘上的燃烧室，底部与燃烧室连通的弹射筒，安装在弹射筒内的降落伞以及点火装置，所述弹射筒设有至少两个，各弹射筒环向均匀分布且分别向外倾斜发散。还公开了一种旋翼式无人机和使用本发明的旋翼式无人机失控坠落保护装置的无人机失控坠落保护方法。本发明通过设置至少两个弹射筒，并且将弹射筒向均匀分布且分别向外倾斜发散设置，从而降低了火药量，从而减轻爆炸时对无人机的破坏，还抵消了一部分反作用力对无人机的冲击，进一步减轻火药弹射对无人机的破坏。

Description

一种旋翼式无人机失控坠落保护装置以及保护方法

技术领域

本发明涉及航空飞行设备，特别是涉及一种旋翼式无人机失控坠落保护装置以及保护方法。

背景技术

目前，国内外小型无人机已广泛应用于民用和军事领域，如灾区灾情监测、电视台航拍、电力巡线、气象探测、目标侦查等。小型无人机在飞行过程中，任何一个部件或环节的失常都可能造成飞机失控并坠毁，从而造成对机体本身和机载设备的损害，由于现阶段无人机和机载遥感设备都价值不菲，坠毁事故一旦发生会造成巨大的财产价值。

为了降低无人机发生事故时的损失，除了采用上述技术提高无人机飞行可靠性外，需要增加无人机出现事故时对无人机及机载设备的保护回收设备，并且在无人机消失在视野时，能准确找到它。降低事故损失可通过降低飞机下坠的速度，其有效方法是检测出飞机失控、失速状态，并在空中自动抛伞进行保护。

例如公告号CN202944566U的专利文献公开了一种小型无人机失控后自动抛伞保护装置，包括依次连接的供电设备、用于计算飞机姿态的开伞控制器、开伞伺服舵机以及伞仓盖开关；所述开伞控制器包括惯性检测单元和用于实时采集惯性检测单元的数据并计算为机体坐标下的姿态角的单片机；所述惯性检测单元与所述单片机连接；所述单片机与所述开伞伺服舵机连接。该开伞控制器实时计算飞机姿态，在飞

机出现失控、姿态异常时发出开伞指令，打开降落伞实现保护。该装置通过设置独立的设备的保护装置，在无人机出现意外并失控、失速情况下，实现抛伞，降低无人机下坠速度，从而保护无人机，减少事故损失。

无人机可分为固定翼式和旋翼式，其中固定翼式的无人机在飞行过程中与空气保持有较大的相对速度，发生坠落事故时，只要将降落伞脱出伞仓，由于空气的作用，降落伞会自动抛出和打开；而这种降落伞的打开方式并不适用于旋翼式无人机，由于旋翼式无人机在作业过程中经常处于悬停状态，此时，机身与空气之间没有相对速度，如果此时发生坠机事故，上述两种保护装置的降落伞无法自动抛出或打开，无法降低坠落速度，无法对坠落的无人机提供保护。

为了解决上述问题，有研究者在设计上增加了火药弹出装置，公告号为CN202464132U的专利文献公开了一种电控机载降落伞，圆形储伞真空仓内设有主伞，圆形储伞真空仓的顶端内部设有火药筒，火药筒的顶端设有橡胶封闭盖，且火药筒内设有迁引伞，火药筒的两侧外壁均设有火药，火药内设有雷管，火药筒的两侧外壁对称设有抽气嘴子，两侧的抽气嘴子均通过电磁阀与通气管的一端连接，通气管的另一端与圆形储伞真空仓连接，火药筒的底端通过伞线设有绳子固定环，伞线与迁引伞连接，圆形储伞真空仓的底端内部设有连接杆。它通过采用遥控火药和机载降落伞等，从而达到了人和飞机安全保障的目的。

但是由于火药在爆炸过程中会产生大量的冲击，因此，如果简单将火药发射器安装到小型无人机上，由于无人机体积小，质量轻，在弹射降落伞过程中巨大的爆炸能量将会进一步损坏无人机，降低无人机的回收率。

发明内容

本发明提供了一种旋翼式无人机失控坠落保护装置以及保护方法，以解决现有技术的保护装置应用在旋翼式无人机时，在其发生坠落时降落伞无法有效工作或者会进一步损坏无人机的问题。

一种旋翼式无人机失控坠落保护装置，包括底盘和安装在底盘上的弹射机构，所述弹射机构包括：固定在底盘上的装有火药的燃烧室，用于点燃火药的点火装置，底部与燃烧室连通的弹射筒，以及安装在弹射筒内的降落伞，所述弹射筒设有至少两个，各弹射筒环向均匀分布且分别向外倾斜发散。

上述装置安装到无人机上后，在无人机失控坠落时，控制点火装置引燃燃烧室内的火药，火药燃烧产生的能量可以迅速将整个降落伞伞包从弹射筒中弹出并快速在空中打开，对坠落的无人机进行减速，防止无人机高速落地，保护无人机避免二次损坏，提高无人机设备的利用率；上述过程中本发明的弹射筒设有至少两个，因此装有至少两个降落伞，在提供相同的阻力时，与现有技术只设置一个降落伞相比，单个降落伞的质量较轻，对火药需求量较少，从而减轻火药爆炸时对无人机的损害；由于降落伞弹出时会对无人机产生一个反作用力，本发明将弹射筒环向均匀分布且分别向外倾斜布置，在水平方向上使各弹射筒内降落伞产生的反作用力部分抵消，与现有技术中无人机完全接受该反作用力相比，本发明大大降低该反作用力对无人机的损害。

上述结构中，每个弹射筒可以单独设置一套与其配合的点火装置和燃烧室，这样设置，可以分散火药的爆炸能量，降低对无人机的破坏；但是，为了简化结构，也可以所有弹射筒共用一个燃烧室，优选的，所述燃烧室处在底盘中部，所有弹射筒均通至该燃烧室。通过该燃烧室控制多个弹射筒内的降落伞，减少了装置的零部件，简化结构降低生产成本。

为了防止火药燃烧过程中，烧损降落伞的伞面，同时保证燃烧室尽量保证密闭，优选的，所述弹射筒内设有填充在火药与降落伞之间的阻燃纤维。阻燃纤维具有质量轻，阻燃效果好的特点，且不会与弹射筒筒壁之间发生刮擦而产生阻力，基本不会对降落伞弹射产生影响。

为了尽可能地抵消反作用力，所述弹射筒倾斜程度越大越好，但同时要引导降落伞向高处弹射，不能过度倾斜，因此，优选的，所述弹射筒相对底盘的倾斜角度为45度。在抵消部分反冲力的同时，又能保证降落伞正常工作。

本发明提供了一种旋翼式无人机，包括安装有多个旋翼的中心圆盘，所述中心圆盘上安装有上述的弹射机构。其中，中心圆盘作为底盘使用，由于中心圆盘处于无人机的重心线上，可以使降落伞弹出后，降低各个连接部受力不均对机体及机载设备带来的震荡，同时保持无人机在飞行的水平状态。

一种使用上述旋翼式无人机失控坠落保护装置的无人机失控坠落保护方法，包括以下步骤：

（1）周期性接收无人机的姿势变化数据；

（2）根据接收的姿势变化数据，判断无人机的姿势变化的程度是否超过预定值；

（3）当判定无人机的姿势变化的程度超过预定值，且持续预定的时间后，通过点火装置引燃燃烧室内的火药，倾斜弹出弹射筒内的降落伞。

在确定无人机失控坠毁时，通过本发明的旋翼式无人机失控坠落保护装置弹射出多个降落伞，可以很大程度上减少弹射机构的爆炸冲力和反作用力对无人机的破坏。

优选的，在步骤（2）中，对接收的姿势变化数据进行滤波处理。滤波处理可以过滤掉由于电机高频振动等带来的噪声信息，滤波的方式很多，例如Kalman滤波程序可以很好的降低判断坠落的失误率。

为了进一步增加判断坠落的准确性，无人机在失控坠落时处于失重状态，优选的，在步骤（1）～（3）中，同时检测无人机是否处于失重状态，只有当无人机同时处于失重状态，并持续预定的时间后，才通过点火装置引燃燃烧室内的火药。

为避免无人机的螺旋桨将伞绳卷绕，优选的，在步骤（3）中，同时切断无人机的动力电源。

为解决当无人机坠落后肉眼没办法追踪，减少地面搜索过程中所耗费的人力物力，优选的，无人机周期性向预设的接收器发报位置信息。从而可以时时监控无人机的位置。

本发明的有益效果：

本发明的一种旋翼式无人机失控坠落保护装置以及保护方法，通过设置至少两个弹射筒，并且将弹射筒向均匀分布且分别向外倾斜发散设置，从而降低了火药量，从而减轻爆炸时对无人机的破坏，还抵消了一部分反作用力对无人机的冲击，进一步减轻火药弹射对无人机的破坏。

附图说明

图1为本发明的旋翼式无人机失控坠落保护装置的结构示意图。

图2为图1在A-A方向的剖视图。

图3为本发明的无人机失控坠落保护方法的流程图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实施例的旋翼式无人机失控坠落保护装置包括：底盘1，安装在底盘1上的燃烧室2以及点火装置3，燃烧室2顶部的两侧分别安装有对称布置的弹射筒4，两个弹射筒4对称布置，且向两侧倾斜，倾斜角度为45度；每个弹射筒4内安装有降落伞5，每个降落伞5连接有三根伞绳51，伞绳51的末端固定在底盘1上。点火装置3由同样安装在底盘的电子控制模块6控制。

为了防止火药21燃烧过程中，烧损降落伞5的伞面，同时保证燃烧室2尽量保证密闭，本实施例中，弹射筒4在火药与降落伞5之间填充有阻燃纤维7。阻燃纤维7具有质量轻，阻燃效果好的特点，且不会与弹射筒筒壁之间发生刮擦而产生阻力，基本不会对降落伞弹射产生影响。

弹射筒4的顶部开口覆盖有固定降落伞5的筒盖41，筒盖41仅通过弹簧42拉紧固定。弹簧42的拉力很小，在火药燃烧弹开降落伞时，降落伞冲开筒盖。

一种使用上述的旋翼式无人机失控坠落保护装置的无人机失控坠落保护方法，包括以下步骤：

（1）周期性接收无人机的姿势变化数据，并对接收的姿势变化数据进行滤波处理，同时检测无人机是否处于失重状态。

（2）根据接收的姿势变化数据，判断无人机的姿势变化的程度是否超过预定值；

（3）当判定无人机的姿势变化的程度超过预定值和检测到无人机处于失重状态，并且这两种状态都维持2s之后，通过点火装置引燃燃烧室内的火药，同时切断无人机的动力电源。

火药21燃烧产生的能量可以迅速将整个降落伞5伞包从弹射筒4中弹出并快速在空中打开，对坠落的无人机进行减速，防止无人机高速落地，保护无人机避免二次损坏，提高无人机设备的利用率；上述过程中本实施例的弹射筒4设有两个，因此装有至少两个降落伞5，在提供相同的阻力时，与现有技术只设置一个降落伞相比，单个降落伞的质量较轻，对火药需求量较少，从而减轻火药爆炸时对无人机的损害；由于降落伞5弹出时会对无人机产生一个反作用力，本实施例将弹射筒4对称且分别向外倾斜布置，在水平方向上使各弹射筒内降落伞产生的反作用力部分抵消，与现有技术中无人机完全接受该反作用力相比，本实施例大大降低该反作用力对无人机的损害。

为解决当无人机坠落后肉眼没办法追踪，减少地面搜索过程中所耗费的人力物力，本实施例中，无人机周期性向预设的接收器发报位置信息，从而可以时时监控无人机的位置。

本实施例中，无人机的姿势变化数据采用三轴加速度计采集，安装时，三轴加速度计与无人机主干部分紧密贴合，且与无人机的飞行平面在同一平面内。

综上所述，实施例的旋翼式无人机失控坠落保护装置以及保护方法，通过设置至少两个弹射筒，并且将弹射筒向均匀分布且分别向外倾斜发散设置，从而降低了火药量，从而减轻爆炸时对无人机的破坏，还抵消了一部分反作用力对无人机的冲击，进一步减轻火药弹射对无人机的破坏。

Claims (8)

1.一种无人机失控坠落保护方法，其特征在于，使用的旋翼式无人机失控坠落保护装置包括底盘和安装在底盘上的弹射机构，所述弹射机构包括：固定在底盘上的装有火药的燃烧室，用于点燃火药的点火装置，底部与燃烧室连通的弹射筒，以及安装在弹射筒内的降落伞，所述弹射筒设有至少两个，各弹射筒环向均匀分布且分别向外倾斜发散；

包括以下步骤：

(1)周期性接收无人机的姿势变化数据；

(2)根据接收的姿势变化数据，判断无人机的姿势变化的程度是否超过预定值；

(3)当判定无人机的姿势变化的程度超过预定值，且持续预定的时间后，通过点火装置引燃燃烧室内的火药，弹出弹射筒内的降落伞。

2.如权利要求1所述的无人机失控坠落保护方法，其特征在于，所述燃烧室处在底盘中部，所有弹射筒均通至该燃烧室。

3.如权利要求1所述的无人机失控坠落保护方法，其特征在于，所述弹射筒内设有填充在火药与降落伞之间的阻燃纤维。

4.如权利要求1所述的无人机失控坠落保护方法，其特征在于，所述弹射筒相对底盘的倾斜角度为45度。

5.如权利要求1所述的无人机失控坠落保护方法，其特征在于，在步骤(2)中，对接收的姿势变化数据进行滤波处理。

6.如权利要求1所述的无人机失控坠落保护方法，其特征在于，在步骤(1)～(3)中，同时检测无人机是否处于失重状态，只有当无人机同时处于失重状态，并持续预定的时间后，才通过点火装置引燃燃烧室内的火药。

7.如权利要求1所述的无人机失控坠落保护方法，其特征在于，在步骤(3)中，同时切断无人机的动力电源。

8.如权利要求1所述的无人机失控坠落保护方法，其特征在于，无人机周期性向预设的接收器发报位置信息。