CN106628194A - 无人机的降落伞系统、安全保护方法及装置 - Google Patents

无人机的降落伞系统、安全保护方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无人机的降落伞系统以及无人机的安全保护方法，涉及智慧仓储技术领域。无人机的降落伞系统包括：传感器；控制器；以及降落伞；其中，控制器分别与传感器以及降落伞电连接，传感器用于检测无人机的飞行状态，控制器用于从传感器获取无人机的飞行状态，当无人机处于失稳状态时控制开启降落伞。从而提升了无人机的安全性。

Description

无人机的降落伞系统、安全保护方法及装置
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种无人机的降落伞系统、安全保护方法及装置。
背景技术
物流无人机需要完成乡镇配送站点至乡村推广员间货物的全流程自主配送。因此，无人机对安全性的要求非常高。
通过提升无人机系统的硬件可靠性、软件可靠性、算法可靠性、或者结构可靠性，可以在一定程度上保证无人机系统的可靠性，提高无人机在全流程配送过程的飞行安全性。
由于物流无人机在超视距范围内飞行，飞行环境复杂，存在未知的不期望的外界干扰。通过提高飞行控制系统的鲁棒性能够在一定程度上抵抗飞行环境的干扰，使得无人机保持稳定飞行。然而，若飞行环境的干扰超过了飞行控制系统的控制能力，即使控制系统能力再强也无法抵抗飞行环境的干扰。在飞行环境的干扰超过了飞行控制系统的控制能力的情况下，如何提升无人机的安全性，降低由于无人机失稳造成的伤害和损失，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明解决的一个技术问题是，如何提升了无人机的安全性。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种无人机的降落伞系统，包括：传感器；控制器；以及降落伞；其中，控制器分别与传感器以及降落伞电连接，传感器用于检测无人机的飞行状态，控制器用于从传感器获取无人机的飞行状态，当无人机处于失稳状态时控制开启降落伞。
在一些实施例中，控制器还用于：当无人机处于失稳状态时，等待第一预设时间，若达到第一预设时间后飞行控制系统仍未检测到无人机失稳，控制开启降落伞。
在一些实施例中，控制器还用于：检测无人机相对地面的高度，并在无人机相对地面的高度大于预设高度时控制传感器开启。
在一些实施例中，传感器用于检测无人机俯仰角与无人机滚转角；以及，控制器用于判断无人机俯仰角与无人机滚转角的平方和的算术平方根是否大于或等于预设角度，并在大于或等于预设角度时判断无人机处于失稳状态；或者，传感器用于检测无人机的高度；以及，控制器用于判断无人机的高度变化率是否大于预设值，并在大于预设值时判断无人机处于失稳状态。
在一些实施例中，控制器还用于控制螺旋桨停转，并间隔第二预设时间后控制开启降落伞。
根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种无人机控制系统，包括飞行控制系统以及如权利要求1至5任一项的无人机的降落伞系统，飞行控制系统用于当检测到无人机处于失稳状态时，控制开启降落伞。
根据本发明实施例的又一个方面，提供了一种无人机的安全保护方法，其特征在于，包括：降落伞系统检测无人机的飞行状态；降落伞系统在无人机处于失稳状态时控制开启降落伞。
在一些实施例中，降落伞系统在无人机处于失稳状态时控制开启降落伞包括：降落伞系统在无人机处于失稳状态时，等待第一预设时间，若达到第一预设时间后飞行控制系统仍未检测到无人机失稳，控制开启降落伞。
在一些实施例中，降落伞系统检测无人机的飞行状态包括：降落伞系统检测无人机相对地面的高度；降落伞系统在无人机相对地面的高度大于预设高度时检测无人机的飞行状态。
在一些实施例中，降落伞系统检测无人机的飞行状态包括：降落伞系统检测无人机俯仰角与无人机滚转角；降落伞系统判断无人机俯仰角与无人机滚转角的平方和的算术平方根是否大于或等于预设角度，并在大于或等于预设角度时判断无人机处于失稳状态；或者，降落伞系统检测无人机的高度；降落伞系统判断无人机的高度变化率是否大于预设值，并在大于预设值时判断无人机处于失稳状态。
在一些实施例中，降落伞系统在无人机处于失稳状态时控制开启降落伞包括：降落伞系统控制螺旋桨停转，并间隔第二预设时间后控制开启降落伞。
在一些实施例中，方法还包括：飞行控制系统在检测到无人机处于失稳状态时，控制开启降落伞。
根据本发明实施例的再一个方面，提供了一种无人机的安全保护装置，包括：存储器；以及耦接至存储器的处理器，处理器被配置为基于存储在存储器中的指令，执行前述的无人机的安全保护方法。
根据本发明实施例的又一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，指令被处理器执行时实现前述的无人机的安全保护方法。
本发明中的无人机的降落伞系统，能够独立于飞行控制系统检测无人机的飞行状态，并在无人机处于失稳状态时控制开启降落伞，从而提升了无人机的安全性。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出本发明无人机的降落伞系统的一个实施例的结构示意图。
图2示出本发明无人机控制系统的一个实施例的结构示意图。
图3示出本发明无人机的安全保护方法的一个实施例的流程示意图。
图4示出本发明无人机的安全保护方法的另一个实施例的流程示意图。
图5示出了本发明无人机的安全保护装置的一个实施例的结构图。
图6示出了本发明无人机的安全保护装置的另一个实施例的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
发明人对现有技术中无人机开启降落伞的过程进行了分析。现有技术中，由飞行控制系统依靠自身的传感器检测无人机的飞行状态。当飞行控制系统判断无人机处于失稳状态时，飞行控制系统控制开启降落伞。然而，现有技术中无人机开启降落伞的方式存在安全隐患。一方面，飞行控制系统的传感器可能出现故障，也可能在检测过程中出现较大误差，飞行控制系统无法准确判断无人机处于失稳状态；另一方面，即便飞行控制系统的传感器准确的判断出无人机处于失稳状态，飞行控制系统也可能无法及时开启降落伞。
基于以上分析，发明人创新设计了无人机的降落伞系统。无人机的降落伞系统能够独立于飞行控制系统检测无人机的飞行状态，并在无人机处于失稳状态时控制开启降落伞，从而提升无人机的安全性。
下面结合图1描述本发明提供的无人机的降落伞系统的一个实施例。
图1示出本发明无人机的降落伞系统的一个实施例的结构示意图。如图1所示，该实施例的无人机的降落伞系统10包括：传感器102，控制器104，以及降落伞106。其中，控制器104分别与传感器102以及降落伞106电连接，传感器102用于检测无人机的飞行状态。传感器102方向可以与飞行控制系统的传感器方向保持一致，以使得传感器102所检测的指标与飞行控制系统的传感器所检测的指标相同。控制器104用于从传感器102获取无人机的飞行状态，当无人机处于失稳状态时控制开启降落伞。
无人机的降落伞系统10的工作过程是：
(一)控制器104检测无人机相对地面的高度，并在无人机相对地面的高度大于预设高度时控制传感器102开启。
例如，控制器可以在无人机相对地面的高度大于10米时控制传感器开启。由控制器根据无人机相对地面的高度控制传感器的开启是为了防止控制器误判无人机处于失稳状态。无人机在近地面的转移过程中，无人机机身的状态可能不同于平稳飞行时的状态；无人机在自主上升或下降的过程中，无人机的高度变化率较大。如果传感器处于开启状态，控制器可能误判无人机处于失稳状态。
(二)传感器102检测无人机的飞行状态。
例如，传感器102可以检测无人机俯仰角与无人机滚转角。再比如，传感器102可以检测无人机的高度。
(三)控制器104从传感器102获取无人机的飞行状态，并判断无人机是否处于失稳状态。
例如，控制器可以判断无人机俯仰角与无人机滚转角的平方和的算术平方根是否大于或等于预设角度，并在大于或等于预设角度时判断无人机处于失稳状态。即，控制器判断无人机失稳的逻辑可以为公式(1)：
其中，为传感器102采集到的无人机俯仰角，γp为传感器102采集到的无人机滚转角。
或者，控制器可以判断无人机的高度变化率是否大于预设值，并在大于预设值时判断无人机处于失稳状态。即，控制器判断无人机失稳的逻辑可以为公式(2)：
其中，为控制器根据传感器102采集到的高度计算出的高度变化率。
可选的，控制器104可以在连续0.3s的时间内连续进行判断。当在0.3s时间内满足公式(1)、(2)中的两者之一时，控制器104判断无人机失稳。本领域技术人员应理解，传感器102可以采集无人机的其它状态指标，控制器也可以将多个状态指标的组合作为判断无人机失稳的逻辑。
(四)控制器104控制开启降落伞。
控制器在判断无人机处于失稳状态后，可以先控制螺旋桨停转，并间隔一段时间(例如0.2秒)后控制开启降落伞。控制螺旋桨停转之后再开启降落伞，可以有效避免螺旋桨对降落伞在开启过程中造成的干扰，保证降落伞安全开启。
优选的，控制器在判断无人机处于失稳状态后，可以等待一段时间(例如0.5秒)。在这一时间段内，飞行控制系统会对无人机的飞行状态进行检测。如果飞行控制系统也检测到无人机处于失稳状态，飞行控制系统可以控制开启降落伞。如果达到0.5秒后飞行控制系统仍未检测到无人机失稳，控制器控制开启降落伞。
上述实施例中，降落伞系统能够独立于飞行控制系统检测无人机的飞行状态，并在无人机处于失稳状态时控制开启降落伞，从而提升无人机的安全性。
下面结合图2描述本发明提供的无人机控制系统的一个实施例。
图2示出本发明无人机控制系统的一个实施例的结构示意图。如图2所示，该实施例中的无人机控制系统20包括无人机的降落伞系统10以及飞行控制系统202。其中，飞行控制系统202与无人机的降落伞系统10之间通过串口互相通信，飞行控制系统202用于当检测到无人机处于失稳状态时，控制开启降落伞。
例如，当无人机的降落伞系统10判断出无人机失稳时，无人机的降落伞系统10向飞行控制系统202发送“降落伞系统检测到无人机失稳”指令。在此之后0.5s的时间内，如果一直接收不到飞行控制系统发送的“飞行控制系统检测到无人机失稳”指令，则无人机的降落伞系统10通过串口给飞行控制系统202发送“开伞”指令，飞行控制系统202接收到“开伞”指令后停转螺旋桨，并在0.2s后控制开启降落伞。
从上述实施例中可以看出，在无人机控制系统中，无人机的降落伞系统和飞行控制系统是相对独立的两个系统。无人机的降落伞系统和飞行控制系统都可以相对独立的对无人机的飞行状态进行检测，也可以相对独立的控制开启降落伞，从而提升了无人机的安全性。
图1所示实施例已经从无人机的降落伞系统10一侧对无人机状态检测和开启降落伞过程进行了详细描述。下面结合图3从飞行控制系统202一侧对无人机状态检测和开启降落伞过程进行说明，具体包括以下：
(一)飞行控制系统依靠自身的传感器对无人机状态进行检测，以判断无人机是否失稳。
其中，在无人机位于地面附近时，飞行控制系统不对无人机是否处于失稳状态进行判断。无人机起飞后，当相对地面的高度大于10米时，飞行控制系统对无人机是否处于失稳状态进行判断，并通过串口向无人机的降落伞系统10发送“开启状态检测”信息。降落伞系统收到该指令信号后，启动判断无人机失稳的逻辑。
其中，飞行控制系统判断无人机失稳的逻辑可以为公式(3)或者公式(4)，
其中，为飞行控制系统计算得到的无人机俯仰角偏差，Δγ1为飞行控制系统计算得到的无人机滚动角偏差，为飞行控制系统计算得到的无人机高度变化率。
同理，飞行控制系统在连续0.3s的时间内连续判断，当在0.3s期间内满足公式(3)或(4)两者之一时，飞行控制系统判断无人机失稳。
(二)飞行控制系统在检测到无人机处于失稳状态时，控制开启降落伞。
当无人机稳定工作时，飞行控制系统不通过串口向降落伞系统发送控制指令。飞行控制系统判断出无人机失稳时，继续由降落伞系统判断无人机是否处于失稳状态。如果飞行控制系统接收到降落伞系统发送的“降落伞系统检测到无人机失稳”指令，即飞行控制系统与降落伞同时判断到无人机失稳，飞行控制系统系统发出螺旋桨停转指令，并间隔0.2s发出“开伞”指令执行开伞操作。
如果飞行控制系统在判断出无人机失稳后的0.5秒期间内没有接收到降落伞系统发送的“降落伞系统检测到无人机失稳”指令，则飞行控制系统系统发出螺旋桨停转指令，并间隔0.2s发出“开伞”指令指令执行开伞操作。
下面结合图3描述本发明一个实施例的无人机的安全保护方法。
图3示出本发明无人机的安全保护方法的一个实施例的流程示意图。如图3所示，该实施例的无人机的安全保护方法包括：
步骤S302，降落伞系统检测无人机的飞行状态。
例如，降落伞系统检测无人机俯仰角与无人机滚转角，然后降落伞系统判断无人机俯仰角与无人机滚转角的平方和的算术平方根是否大于或等于预设角度，并在大于或等于预设角度时判断无人机处于失稳状态。
再比如，降落伞系统检测无人机的高度，然后降落伞系统判断无人机的高度变化率是否大于预设值，并在大于预设值时判断无人机处于失稳状态。
步骤S304，降落伞系统在无人机处于失稳状态时控制开启降落伞。
可选的，降落伞系统在无人机处于失稳状态时，等待第一预设时间，若达到第一预设时间后飞行控制系统仍未检测到无人机失稳，控制开启降落伞。
可选的，降落伞系统控制螺旋桨停转，并间隔第二预设时间后控制开启降落伞。
上述实施例中，降落伞系统能够独立于飞行控制系统检测无人机的飞行状态，并在无人机处于失稳状态时控制开启降落伞，从而提升无人机的安全性。
下面结合图4描述本发明另一个实施例的无人机的安全保护方法。
图4示出本发明无人机的安全保护方法的另一个实施例的流程示意图。如图4所示，在图3所示实施例的基础上，本实施例的无人机的安全保护方法还包括：
步骤S401，降落伞系统检测无人机相对地面的高度，以便降落伞系统在无人机相对地面的高度大于预设高度时检测无人机的飞行状态。
上述实施例中，降落伞系统根据无人机相对地面的高度，控制是否开启对于无人机的飞行状态的检测，可以有效防止控制器误判无人机处于失稳状态。
图5示出了本发明无人机的安全保护装置的一个实施例的结构图。如图5所示，该实施例的无人机的安全保护装置50包括：存储器510以及耦接至该存储器510的处理器520，处理器520被配置为基于存储在存储器510中的指令，执行前述任意一个实施例中的无人机的安全保护方法。
其中，存储器510例如可以包括系统存储器、固定非易失性存储介质等。系统存储器例如存储有操作系统、应用程序、引导装载程序(Boot Loader)以及其他程序等。
图6示出了本发明无人机的安全保护装置的另一个实施例的结构图。如图6所示，该实施例的装置60包括：存储器510以及处理器520，还可以包括输入输出接口630、网络接口640、存储接口650等。这些接口630，640，650以及存储器510和处理器520之间例如可以通过总线650连接。其中，输入输出接口630为显示器、鼠标、键盘、触摸屏等输入输出设备提供连接接口。网络接口640为各种联网设备提供连接接口。存储接口650为SD卡、U盘等外置存储设备提供连接接口。
本发明还包括一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现前述任意一个实施例中的无人机的安全保护方法。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用非瞬时性存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种无人机的降落伞系统，其特征在于，包括：
传感器；
控制器；以及
降落伞；
其中，控制器分别与传感器以及降落伞电连接，传感器用于检测无人机的飞行状态，控制器用于从传感器获取无人机的飞行状态，当无人机处于失稳状态时控制开启降落伞。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述控制器还用于：当无人机处于失稳状态时，等待第一预设时间，若达到第一预设时间后飞行控制系统仍未检测到无人机失稳，控制开启降落伞。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器还用于：
检测无人机相对地面的高度，并在无人机相对地面的高度大于预设高度时控制传感器开启。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述传感器用于检测无人机俯仰角与无人机滚转角；以及，所述控制器用于判断无人机俯仰角与无人机滚转角的平方和的算术平方根是否大于或等于预设角度，并在大于或等于预设角度时判断无人机处于失稳状态；
或者，
所述传感器用于检测无人机的高度；以及，所述控制器用于判断无人机的高度变化率是否大于预设值，并在大于预设值时判断无人机处于失稳状态。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器还用于控制螺旋桨停转，并间隔第二预设时间后控制开启降落伞。
6.一种无人机控制系统，包括飞行控制系统以及如权利要求1至5任一项所述的无人机的降落伞系统，所述飞行控制系统用于当检测到无人机处于失稳状态时，控制开启降落伞。
7.一种无人机的安全保护方法，其特征在于，包括：
降落伞系统检测无人机的飞行状态；
降落伞系统在无人机处于失稳状态时控制开启降落伞。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述降落伞系统在无人机处于失稳状态时控制开启降落伞包括：
降落伞系统在无人机处于失稳状态时，等待第一预设时间，若达到第一预设时间后飞行控制系统仍未检测到无人机失稳，控制开启降落伞。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述降落伞系统检测无人机的飞行状态包括：
降落伞系统检测无人机相对地面的高度；
降落伞系统在无人机相对地面的高度大于预设高度时检测无人机的飞行状态。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述降落伞系统检测无人机的飞行状态包括：
降落伞系统检测无人机俯仰角与无人机滚转角；
降落伞系统判断无人机俯仰角与无人机滚转角的平方和的算术平方根是否大于或等于预设角度，并在大于或等于预设角度时判断无人机处于失稳状态；
或者，
降落伞系统检测无人机的高度；
降落伞系统判断无人机的高度变化率是否大于预设值，并在大于预设值时判断无人机处于失稳状态。
11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述降落伞系统在无人机处于失稳状态时控制开启降落伞包括：
降落伞系统控制螺旋桨停转，并间隔第二预设时间后控制开启降落伞。
12.如权利要求7至11任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：飞行控制系统在检测到无人机处于失稳状态时，控制开启降落伞。
13.一种无人机的安全保护装置，其特征在于，包括：
存储器；以及
耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行如权利要求7至12中任一项所述的无人机的安全保护方法。
14.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如权利要求7至12中任一项所述的无人机的安全保护方法。
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