CN107145158B - 旋翼无人机、其异常降落处理装置及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋翼无人机、其异常降落处理装置及处理方法，所述异常降落处理装置包括用于处理无人机异常状况的异常处理单元和用于缓冲无人机降落的降落单元，所述异常处理单元包括处理器、与处理器连接的重力测量模块以及与处理器连接的高度测量模块，处理器用于接收重力测量模块测量的重心位置异常信号以及高度测量模块测量的无人机飞行高度信息；所述的降落单元与处理器连接，在处理器确定无人机异常时，处理器根据接收的无人机的飞行高度控制降落单元工作。本发明在无人机出现异常情况时，可以独立判断出无人机的降落朝向等情况，及时启动降落单元进行降落缓冲，有效减少无人机异常降落时造成的机体损伤，降低使用成本，提高无人机的安全性。

Description

旋翼无人机、其异常降落处理装置及处理方法

技术领域

本发明属于无人机技术领域，具体地说，涉及一种旋翼无人机。

背景技术

近年来，无人机在民用方面的应用越来越多，各国在无人机的民用方面逐渐开放。无人机已经广泛应用于公共安全、应急搜救、农林、环保、交通、通信、气象、影视航拍等多个领域，在消费级无人机已成为红海的情况下，专业级无人机迎来了高速发展时期。

旋翼无人机作为一个载体，除了传统的航拍领域外，在专业领域的应用市场十分广阔，可以搭载精密仪器，这对无人机的稳定性、安全性等方面有较高的要求。无论是专业级无人机还是消费级无人机，安全性是未来无人机急需解决的重要课题。传统的无人机在降落时或者飞行过程中，容易受到外界环境的干扰，也容易因机体本身的故障问题，造成无人机机体的非正常降落，造成机体损伤，甚至出现炸机事件，安全性差，使用成本增加。

公开号为CN 106114836A的中国专利申请公开了一种用于园林灌溉的新型无人机,包括本体、灌溉机构、设置在本体上方的飞行机构和设置在本体下方的支撑机构，所述本体上设有若干指示灯,该用于园林灌溉的新型无人机通过微型气泵喷出向下的气体，产生向上的冲量，减缓了无人机的降落速度，利用调节单元改变向上冲量的大小，改变无人机角度，使其保持平衡，确保无人机安全平稳降落。由于通过机械调节无人机角度，导致结构复杂，调节精度差，虽然改善了无人家降落的平稳性问题，但平稳性相对较差，仍然存在安全性问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种结构简单、安全性高的旋翼无人机、其异常降落处理装置及处理方法，通过喷气的方式协助无人机降落，减少无人机异常降落时造成的机体损伤，提高无人机的安全性。

为了达到上述目的，本发明提供了一种无人机异常降落处理装置，包括用于处理无人机异常状况的异常处理单元和用于缓冲无人机降落的降落单元，所述异常处理单元包括处理器、与所述处理器连接的重力测量模块以及与处理器连接的高度测量模块，所述处理器用于接收重力测量模块测量的重心位置异常信号以及高度测量模块测量的无人机飞行高度信息；所述的降落单元与所述处理器连接，在处理器确定无人机异常时，处理器根据接收的无人机的飞行高度控制降落单元工作。

优选的，所述降落单元包括气孔分布于无人机机体不同方向的多个气泵，所述气泵的控制阀门与所述处理器连接。

进一步的，所述异常处理单元还包括用于对无人机所处环境实时建模的环境建模模块，所述环境建模模块与所述处理器连接，将无人机所处环境实时建立的环境模型传送至处理器。

优选的，所述环境建模模块采用激光雷达进行环境建模。

进一步的，所述异常处理单元还包括用于无人机飞行过程中拍摄图像并对图像进行分析处理的图像处理模块，所述图像处理模块与所述处理器连接，将拍摄的图像进行分析处理后获取无人机的降落朝向，并无人机的降落朝向信息发送至所述处理器。

优选的，所述图像处理模块采用摄相机拍摄无人机飞行过程中的图像。

优选的，所述的高度测量模块采用超声波进行高度测量。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种旋翼无人机，包括无人机本体，所述无人机本体上设有飞行控制器和用于测量无人机姿态状态的惯性测量单元，所述惯性测量单元与所述飞行控制器连接，将测量的无人机飞行姿态信息传送至飞行控制器，所述无人机本体上还设有上述无人机异常降落处理装置，所述飞行控制器与所述处理器连接，所述飞行控制器将接收的无人机飞行姿态信息传送至所述处理器。

优选的，向下喷气的气泵分布在所述无人机机体的脚架上，向除向下喷气外其他方向喷气的气泵分布在所述无人机机体的半圆形机壳上。

为了达到上述目的，本发明又提供了一种旋翼无人机的异常降落处理方法，其具体处理步骤如下：

S1：重力测量模块实时测量旋翼无人机的重心位置变化；

S2：当重心位置达到设定值，判断旋翼无人机处于异常状态，将异常状态信息传送至处理器，当旋翼无人机处于非异常状态时，执行步骤S1，当旋翼无人机处于异常状态时，执行步骤S3；

S3：图像处理模块根据拍摄的旋翼无人机飞行过程中的图像初步判断出旋翼无人机的降落朝向，将旋翼无人机的降落朝向信息传送至处理器；

S4：环境建模模块对旋翼无人机所述环境实时建模，判断出旋翼无人机实时降落的姿态，将降落姿态信息传送至处理器；

S5：惯性测量单元测量的旋翼无人机的飞行姿态信息传送至飞行控制器，由飞行控制器传送至处理器；

S6：处理器对接收的降落朝向信息、降落姿态信息和飞行姿态信息进行信息融合处理，判断出旋翼无人机的降落朝向；

S7：处理器判断接收的信息是否处于一致状态，若信息全部或任意两种一致，执行步骤S9，若信息均不一致执行步骤S8；

S8：旋翼无人机按照环境建模模块实时建立的环境模型判断出旋翼无人机的降落姿态；

S9：高度测量模块测量旋翼无人机的飞行高度；

S10：处理器在飞行高度达到设定高度值时启动降落朝向上的气泵进行缓冲降落。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明提供的无人机异常降落处理装置，在无人机出现异常状况如：翻滚或者侧翻时，处理器根据重力感应模块测量的重心位置变化判断无人机处于异常状态，根据高度测量模块测量的高度启动气泵，产生反作用力，对无人机降落起到缓冲作用，减少无人机异常降落时造成的机体损伤，便于无人机及时发现异常情况，提高无人机的安全性。

(2)本发明提供的无人机异常降落处理装置还设有环境建模模块和图像处理模块，在无人机处于异常状态时，能够判断出旋翼无人机实时降落的姿态和降落朝向，处理器将降落姿态和降落朝向信息融合，判断无人机的降落朝向更准确，处理器根据降落姿态和降落朝向并结合高度测量模块测量的高度控制气泵产生反作用力，对降落起到缓冲的作用，还可以在无人机出现微小偏移时，修正其偏移方向。

(3)本发明提供的无人机异常降落处理装置，在无人机出现异常情况时，可以独立判断出无人机的降落朝向等情况，及时启动降落单元进行降落缓冲，有效地节省了无人机飞行控制器的运算空间。

(4)本发明提供的旋翼无人机，采用独立工作的异常降落处理装置，对重心位置变化、降落姿态、降落朝向和飞行姿态信息进行融合处理，准确判断出无人机的降落朝向，及时启动降落单元产生反作用力进行缓冲，有效减少无人机异常降落时造成的机体损伤，降低了使用成本。

(5)本发明提供的旋翼无人机异常降落处理方法，通过异常降落处理装置的处理器融合无人机的重心位置变化、降落姿态、降落朝向和飞行姿态信息，准确判断出无人机的降落朝向，根据测量的飞行高度实时启动降落单元产生反作用力进行缓冲，能够有效减少无人机异常降落时造成的机体损伤，降低了使用成本，提高无人机的安全性。

附图说明

图1为本发明实施例所述无人机异常降落处理装置的结构框图。

图2为本发明实施例所述旋翼无人机出现异常情况时的控制原理框图。

图3为本发明实施例所述旋翼无人机的结构简图。

图4为本发明实施例所述旋翼无人机的异常降落处理方法的流程图。

1、处理器，2、重力测量模块，3、高度测量模块，4、环境建模模块，5、图像处理模块，6、气泵，7、无人机机体，71、脚架，72、机壳，73，储气罐，8、飞行控制器，9、惯性测量单元，10、异常处理单元。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，因此不能理解为对本发明的限制。

无人机在降落或飞行过程中，容易受到外界环境的干扰，也容易因为机体本身的故障，导致无人机异常降落，造成机体损伤，甚至出现炸机事件，增加了使用成本。

为了解决上述问题，参见图1，本发明实施例提供了一种无人机异常降落处理装置，包括用于处理无人机异常状况的异常处理单元和用于缓冲无人机降落的降落单元，所述异常处理单元包括处理器1、与所述单片1机连接的重力测量模块2以及与处理器1连接的高度测量模块3，所述处理器1用于接收重力测量模块2测量的重心位置异常信号以及高度测量模块3测量的无人机飞行高度信息；所述的降落单元与所述处理器1连接，在处理器1确定无人机异常时，处理器1根据接收的无人机的飞行高度控制降落单元工作。

为了使无人机在出现异常降落时能够得到缓冲，减少降落时造成的机体损伤，对上述无人机异常降落处理装置进行优选设计，所述降落单元包括气孔分布于无人机机体不同方向的多个气泵6，所述气泵6的控制阀门与所述处理器1连接。当重力测量模块测量的重心位置异常时，处理器通过控制降落方向上气泵工作，产生反作用力，对无人机降落起到缓冲作用，处理器通过控制阀门开启的大小来控制气泵的出气量，从而控制气泵产生大小不同的作用力。进一步地说明，处理器可以控制多个气泵同时工作，使不同方向气泵均产生反作用力，通过控制气泵的控制阀门大小，使不同方向气泵产生的反作用力大小不同，从而调整飞机的飞行姿态，对无人机的微小偏移进行修正。

继续参见图1，为了判断无人机异常降落时无人机的降落姿态，对上述无人机异常降落处理装置进一步设计，所述异常处理单元还包括用于对无人机所处环境实时建模的环境建模模块4，所述环境建模模块4与所述处理器1连接，将无人机所处环境实时建立的环境模型传送至处理器。通过环境建模模块对无人机所述环境进行实时建模，判断出无人机降落的实时姿态，处理器根据降落姿态确定无人机的降落朝向，从而控制相应方向的气泵工作，产生反作用力，对无人机降落起到缓冲作用。作为优选设计，所述环境建模模块采用激光雷达进行环境建模，通过激光雷达进行环境建模，环境信息采集速度快，采集区域范围广，能够实时获取无人机所处的环境信息，及时获取降落姿态。

继续参见图1，为了判断无人机异常降落时无人机的降落朝向，对上述无人机异常降落处理装置进一步设计，所述异常处理单元还包括用于无人机飞行过程中拍摄图像并对图像进行分析处理的图像处理模块5，所述图像处理模块与所述处理器连接，将拍摄的图像进行分析处理后获取无人机的降落朝向，并无人机的降落朝向信息发送至所述处理器。作为优选设计，所述图像处理模块采用摄相机拍摄无人机飞行过程中的图像。在判断无人机的降落朝向时，可以通过图像中天空与大地的颜色来区分降落朝向。

作为上述无人机异常降落处理装置的优选设计，所述的高度测量模块采用超声波进行高度测量。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，本发明所述无人机异常降落处理装置利用超声波实时测量无人机飞行高度，测量速度快、方便、计算简单、易于做到实时控制。处理器能够根据实时获取的无人机飞行高度实时启动气泵工作，防止过早启动气泵造成气体浪费，降低缓冲效果。

本发明上述无人机异常降落处理装置在无人机出现异常情况时，可以独立判断出无人机的降落朝向等情况，及时启动降落单元进行降落缓冲，防止无人机在重力作用下下降速度过快造成机体损伤，有效减少无人机异常降落时造成的机体损伤。

参见图2、图3，为了达到上述目的，本发明实施例还提供了一种旋翼无人机，包括无人机本体7，所述无人机本体7上设有飞行控制器8和用于测量无人机姿态状态的惯性测量单元9，所述惯性测量单元9与所述飞行控制器8连接，将测量的无人机飞行姿态信息传送至飞行控制器8，所述无人机本体7上还设有上述无人机异常降落处理装置，所述飞行控制器8与所述处理器1连接，所述飞行控制器7将接收的无人机飞行姿态信息传送至所述处理器1。

继续参见图3，向下喷气的气泵分布在所述无人机机体7的脚架71上，向除向下喷气外其他方向喷气的气泵分布在所述无人机机体7的半圆形机壳72上。

继续参见图3，在上述旋翼无人机的一优选设计中，所述气泵采用储气式气泵，由于无人机机体7携带储气罐73，所述气泵与所述储气罐73连接，在气泵工作时，储气罐为气泵提供气体来源。

在上述旋翼无人机的另一优选设计中，所述气泵采用低电磁干扰型的微型真空泵，防止微型真空泵工作时产生的杂波对无人机机体的电子元器件产生干扰，保证电路的正常工作。作为替代方式，还可以采用其他类型的气泵。

本发明上述旋翼无人机，采用的无人机异常降落处理装置，在无人机出现异常情况时，无人机异常降落处理装置可以独立判断出无人机的降落朝向等情况，还可以结合无人机自带的惯性测量单元，将无人机飞行姿态信息与无人机异常降落处理装置测量的重力位置信息、降落姿态信息、降落朝向信息进行融合，准确判断出无人机的降落朝向，及时启动降落单元进行降落缓冲，减少无人机异常降落时造成的机体损伤。本发明所述处理器可选独立于飞行控制用的处理器，这样能够保证在飞控出现问题时候仍能够进行判断并进行处理(因为飞机意外降落往往是飞控发生问题)，提高可靠性；也可以和飞控的处理器进行复用。

参见图4，为了达到上述目的，本发明实施例又提供了一种旋翼无人机的异常降落处理方法，其具体处理步骤如下：

S1：重力测量模块实时测量旋翼无人机的重心位置变化；

S2：当重心位置达到设定值，判断旋翼无人机处于异常状态，将异常状态信息传送至处理器，当旋翼无人机处于非异常状态时，执行步骤S1，当旋翼无人机处于异常状态时，执行步骤S3；

S3：图像处理模块根据拍摄的旋翼无人机飞行过程中的图像初步判断出旋翼无人机的降落朝向，将旋翼无人机的降落朝向信息传送至处理器；

S4：环境建模模块对旋翼无人机所述环境实时建模，判断出旋翼无人机实时降落的姿态，将降落姿态信息传送至处理器；

S5：惯性测量单元测量的旋翼无人机的飞行姿态信息传送至飞行控制器，由飞行控制器传送至处理器；

S6：处理器对接收的降落朝向信息、降落姿态信息和飞行姿态信息进行信息融合处理，判断出旋翼无人机的降落朝向；

S7：处理器判断接收的信息是否处于一致状态，若信息全部或任意两种一致，执行步骤S9，若信息均不一致执行步骤S8；

S8：旋翼无人机按照环境建模模块实时建立的环境模型判断出旋翼无人机的降落姿态；

S9：高度测量模块测量旋翼无人机的飞行高度；

S10：处理器在飞行高度达到设定高度值时启动降落朝向上的气泵进行缓冲降落。

上述步骤S3、S4、S5顺序可以任意互换。

上述步骤S7中，若任意两种信息一致时，融合信息一致的两种信息，判断出旋翼无人机的降落朝向，然后执行步骤S9。

上述步骤S7中，任意两种信息一致时，另外一种信息存在两种状态，一种为异常状态，即采集信息的模块工作异常，无法采集信息或采集的信息出错；一种为正常状态，即采集信息的模块正常工作，采集的信息正常。

本发明上述旋翼无人机异常降落处理方法，在无人机出现异常情况时，通过处理器融合无人机的重心位置变化、降落姿态、降落朝向和飞行姿态信息，准确判断出无人机的降落朝向，根据测量的飞行高度实时启动降落单元产生反作用力进行缓冲，能够有效减少无人机异常降落时造成的机体损伤，降低了使用成本，提高无人机的安全性。

在本发明上述实施例所述无人机异常降落处理装置、旋翼无人机以及旋翼无人机的异常降落处理方法中，作为优选设计，所述处理器采用单片机。作为替代方式，还可以采用其他类型的处理器，例如：微处理器及相应的存储装置和接口等。

上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种无人机异常降落处理装置，其特征在于，包括用于处理无人机异常状况的异常处理单元和用于缓冲无人机降落的降落单元，所述异常处理单元包括处理器、与所述处理器连接的重力测量模块以及与处理器连接的高度测量模块，所述处理器用于接收重力测量模块测量的重心位置异常信号以及高度测量模块测量的无人机飞行高度信息；所述的降落单元与所述处理器连接，在处理器确定无人机异常时，处理器根据接收的无人机的飞行高度控制降落单元工作；所述降落单元包括气孔分布于无人机机体不同方向的多个气泵，所述气泵的控制阀门与所述处理器连接；所述异常处理单元还包括用于对无人机所处环境实时建模的环境建模模块，所述环境建模模块与所述处理器连接，将无人机所处环境实时建立的环境模型传送至处理器；所述异常处理单元还包括用于无人机飞行过程中拍摄图像并对图像进行分析处理的图像处理模块，所述图像处理模块与所述处理器连接，将拍摄的图像进行分析处理后获取无人机的降落朝向，并将 无人机的降落朝向信息发送至所述处理器。

2.如权利要求1所述的无人机异常降落处理装置，其特征在于，所述环境建模模块采用激光雷达进行环境建模。

3.如权利要求1所述的无人机异常降落处理装置，其特征在于，所述图像处理模块采用摄相机拍摄无人机飞行过程中的图像。

4.如权利要求1所述的无人机异常降落处理装置，其特征在于，所述的高度测量模块采用超声波进行高度测量。

5.一种旋翼无人机，包括无人机本体，所述无人机本体上设有飞行控制器和用于测量无人机姿态状态的惯性测量单元，所述惯性测量单元与所述飞行控制器连接，将测量的无人机飞行姿态信息传送至飞行控制器，其特征在于，所述无人机本体上还设有如权利要求1至4任意一项所述的无人机异常降落处理装置，所述飞行控制器与所述处理器连接，所述飞行控制器将接收的无人机飞行姿态信息传送至所述处理器。

6.如权利要求5所述的旋翼无人机，其特征在于，向下喷气的气泵分布在所述无人机机体的脚架上，除向下喷气外其他方向喷气的气泵分布在所述无人机机体的半圆形机壳上。

7.一种如权利要求5所述旋翼无人机的异常降落处理方法，其特征在于，其具体处理步骤如下：

S1：重力测量模块实时测量旋翼无人机的重心位置变化；

S2：当重心位置达到设定值，判断旋翼无人机处于异常状态，将异常状态信息传送至处理器，当旋翼无人机处于非异常状态时，执行步骤S1，当旋翼无人机处于异常状态时，执行步骤S3；

S3：图像处理模块根据拍摄的旋翼无人机飞行过程中的图像初步判断出旋翼无人机的降落朝向，将旋翼无人机的降落朝向信息传送至处理器；

S4：环境建模模块对旋翼无人机所述环境实时建模，判断出旋翼无人机实时降落的姿态，将降落姿态信息传送至处理器；

S5：惯性测量单元测量的旋翼无人机的飞行姿态信息传送至飞行控制器，由飞行控制器传送至处理器；

S6：处理器对接收的降落朝向信息、降落姿态信息和飞行姿态信息进行信息融合处理，判断出旋翼无人机的降落朝向；

S7：处理器判断接收的信息是否处于一致状态，若信息全部或任意两种一致，执行步骤S9，若信息均不一致执行步骤S8；

S8：旋翼无人机按照环境建模模块实时建立的环境模型判断出旋翼无人机的降落姿态；

S9：高度测量模块测量旋翼无人机的飞行高度；

S10：处理器在飞行高度达到设定高度值时启动降落朝向上的气泵进行缓冲降落。

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