CN108674661A - 一种用于无人机的安全投放系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于无人机的安全投放系统，包括设置在无人机上的控制系统、距离传感器、电动机、与电动机连接的绳轮、与电动机相匹配的电子调速器、飞控系统、可分离地卷绕在绳轮上的绳带、具有无线信号发送功能的挂钩、用于检测绳带速度的测速传感器以及限位轮组，限位轮组与绳带之间的摩擦力略大于绳轮和挂钩的重力，飞控系统与电子调速器通信连接，电动机为无刷电机，电子调速器包括内置调速电路，飞控系统包括信号接收器。相比现有技术，其不需要快递柜，并且可以直接投放给收件人，同时绳带可与绳轮分离，不会造成无人机被恶意拉下的问题，飞控系统与电子调速器通信连接，可控制动力系统使无人机实现飞起、加速、减速、停机动作。

Description

一种用于无人机的安全投放系统

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体为一种用于无人机的安全投放系统。

背景技术

随着快递行业和无人机技术的发展，现在已经出现利用无人机来投放快递包裹的技术。如申请号为201610075391.2，名称为无人机快递系统的专利，公开了采用无人机投放快递的技术，但是该技术需要结合快递柜一起使用，推广起来费用高昂，并且在一些无条件设置快递快递柜的地方，无人机便无法将快递包裹投送给收件人，因此需要新的技术，能够将快递包裹直接投送给收件人，同时由于使用环境的安全性不确定，新技术也需保证投送过程中无人机的安全。

发明内容

本发明提供一种用于无人机的安全投放系统，可以有效解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于无人机的安全投放系统，包括设置在无人机上的控制系统和距离传感器，还包括设置在无人机上的电动机、与电动机的转轴连接的绳轮、与电动机相匹配的电子调速器、飞控系统、可分离地卷绕在绳轮的绳带、固定连接在绳带末端的具有无线信号发送功能的挂钩、设置在无人机上的用于检测绳带释放速度的测速传感器以及限位轮组，所述绳带穿过限位轮组，所述限位轮组与绳带之间的摩擦力略大于绳轮和挂钩的重力，所述飞控系统与所述电子调速器通信连接，用于控制动力系统使无人机实现飞起、加速、减速、停机动作，所述电动机为无刷电机，所述电子调速器包括内置调速电路，其通过输入PWM调速信号，并输出三相直流电压控制所述电动机的运作，所述飞控系统包括信号接收器；

所述投放系统在投放包裹过程中执行如下步骤：

1)、无人机到达投放地点上空，距离传感器检测与地面的距离数据并传输给控制系统，控制系统控制无人机移动至高度小于绳带长度的位置并且保持悬停状态；

2)、控制系统控制电动机带动绳轮正向转动释放绳带，使吊挂在挂钩上的包裹以一定速度下降；

3)、在包裹下降过程中，测速传感器检测绳带的速度并将数据传输给控制系统，控制系统判断该速度是否等于或接近于0，若否，则继续执行步骤2)，若是，则控制电动机断电停机，此时包裹着地；

4)、收件人打开挂钩，挂钩发送无线信号给控制系统，控制系统判断包裹是否取下，若否，则保持当前状态，若是，则执行步骤5)；

5)、控制系统控制无人机上升到一定高度，再控制电动机带动绳轮(2)反向转动卷起绳带，绳带收起后无人机返回。

进一步的，在步骤3)中，所述电动机断电停机后，所述控制系统再控制无人机下降一段距离。

进一步的，还包括设置在无人机上的警报器，从步骤3)无人机下降一段距离到步骤5)无人机上升到一定高度的过程中，所述测速传感器检测绳带的速度并将数据传输给控制系统，控制系统对速度的判断执行以下步骤：

步骤a，判断该速度是否为0，若是，则保持当前状态，若否，则执行步骤b；

步骤b，判断该速度是否大于最大预设值，若是，则控制警报器发出警报声，若否，则执行步骤c；

步骤c，以第一次速度数据的时间为起始时间，对速度数据以一定频率进行采集，在预设的时间内，判断采集到的速度数据平均值是否不小于预设值，若否，则控制警报器发出警报声，若是，则保持当前状态。

进一步的，限位轮组包括上限位轮组和下限位轮组，所述绳带上限位轮组和下限位轮组，所述测速传感器包括测速码盘，所述测速码盘铰接在无人机内并且顶着上限位轮组和下限位轮组之间的绳带，令绳带向一侧弯曲。

进一步的，所述挂钩包括挂钩主体、铰接在挂钩主体上的用于开闭的锁舌以及设置在挂钩主体内的无线发送模块，所述无线发送模块的触发开关设置在接近锁舌一侧的位置上；当所述锁舌旋转打开至最大角度的过程中，所述触发开关一直处于被锁舌按压的状态。

进一步的，所述触发开关处于被锁舌按压状态时，所述无线发送模块会持续不断向控制系统发送信号，所述触发开关复位时，所述无线发送模块停止发送信号，所述步骤四中控制系统判断包裹是否取下的步骤为：

步骤d，控制系统以一定频率对接收的信号进行采集；

步骤f，控制系统以最近一次采集到信号的时间为起始时间，在预设的时间内，若采集到信号，则判断包裹未取下，若未采集到信号，则判断包裹已取下。

进一步的，所述挂钩还包括有用于锁定锁舌的数字密码锁。

进一步的，所述绳轮的轮辋上设置有凹向绳轮轴线的凹槽，所述绳带内侧的一端插入在该凹槽中。

进一步的，所述飞控系统包括与信号接收器配套使用的遥控器，其用于设定部分电子调速器参数及无人机的远程控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明在使用时，无人机通过遥控或预设路线到达投放地点上空，自动放下绳带，将包裹放置与地面上，收件人打开挂钩取下包裹后，绳带收起后无人返回，完成一次投放作业，绳带采用可分离地卷绕在绳轮的方式，当包裹投放到地面后，电动机处于断电停机状态，若出现有人恶意拽绳带，绳轮会随着旋转直至最后与绳带分离，不会造成无人机被拉下，保证投放过程无人机的安全；由于不需要快递柜，比现有技术成本更为低廉，可以直接投放给收件人，使用起来更加的方便快捷，另外投放过程中无人机也能保证安全，本发明的电机采用无刷电机，在实际应用中无刷电机已很广泛，其体积小，重量轻，功率大，本发明的飞控系统与电子调速器通信连接，可控制动力系统使无人机实现飞起、加速、减速、停机动作。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的A处的放大示意图；

图3为本发明的电子调速器工作原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：如图1-3所示，本发明提供一种技术方案，一种用于无人机的安全投放系统，包括设置在无人机上的控制系统和距离传感器，还包括设置在无人机上的电动机1、与电动机1相匹配的电子调速器、飞控系统、与电动机1的转轴连接的绳轮2、可分离地卷绕在绳轮2上的绳带3、固定连接在绳带3末端的具有无线信号发送功能的挂钩4、设置在无人机上的用于检测绳带2释放速度的测速传感器5以及限位轮组6，所述绳带3穿过限位轮组6，所述限位轮组6与绳带3之间的摩擦力略大于绳轮2和挂钩4的重力，这里摩擦力略大于绳轮2和挂钩4的重力，让挂钩4空载情况下，绳轮2和挂钩4依靠自身重力不会自行下降，其摩擦力略微大于其重力，只要保证挂钩4吊挂包裹后，电动机1断电停机状态下，包裹能依靠的自身重力下降即可，所述飞控系统与所述电子调速器通信连接，用于控制动力系统使无人机实现飞起、加速、减速、停机动作，所述电动机1为无刷电机，所述电子调速器包括内置调速电路，其通过输入PWM调速信号，并输出三相直流电压控制所述电动机的运作，所述飞控系统包括信号接收器，所述飞控系统包括与信号接收器配套使用的遥控器，其用于设定部分电子调速器参数及无人机的远程控制。

所述投放系统在投放包裹过程中执行如下步骤：

1)、无人机到达投放地点上空，距离传感器检测与地面的距离数据并传输给控制系统，控制系统控制无人机移动至高度小于绳带3长度的位置并且保持悬停状态；

2)、控制系统控制电动机1带动绳轮2正向转动释放绳带3，使吊挂在挂钩2上的包裹以一定速度下降，该一般为较小的速度，减少包裹下降过程中对无人机的影响；

3)在包裹下降过程中，测速传感器5检测绳带3的速度并将数据传输给控制系统，控制系统判断该速度是否等于或接近于0，若否，则继续执行步骤2)，若是，则控制电动机1断电停机，此时包裹着地；

4)收件人打开挂钩4，挂钩4发送无线信号给控制系统，控制系统判断包裹是否取下，若否，则保持当前状态，若是，则执行5)；

5)控制系统控制无人机上升到一定高度，再控制电动机1带动绳轮2反向转动卷起绳带3，绳带3收起后无人机返回。本实施例中，步骤三中控制系统判断该速度是否等于或接近于0，作用是包裹着地后便不会拉动绳带3，所述绳带3的速度会降为0，但由于控制的滞后性，电动机1还会旋转，绳带3随着甩出一点，即使有限位轮组6的摩擦力，绳带3也可能会出现较小的移动，此时绳带3的速度稍大于0，控制系统也会判断为包裹着地。

在步骤5)中，无人机先上升到一定高度，目的是避免出现绳轮2反向转动卷起绳带3时，若有人拖曳绳带3而使无人机下坠的问题，先上到一定的高度再收起绳带3，安全性更佳，该高度升到人手够不着的位置即可，一般是使挂钩4离地面3米左右。

作为优选的实施例，在步骤3)中，所述电动机1断电停机后，所述控制系统再控制无人机下降一段距离。下降后令绳带3在地面留有足够的长度，方便收件人取件操作。另外，还包括设置在无人机上的警报器，从步骤三无人机下降一段距离到步骤5)无人机上升到一定高度的过程中，所述测速传感器5检测绳带3的速度并将数据传输给控制系统，控制系统对速度的判断执行以下步骤：

步骤a，判断该速度是否为0，若是，则保持当前状态，若否，则执行步骤b；

步骤b，判断该速度是否大于最大预设值，若是，则控制警报器发出警报声，若否，则执行步骤c；最大预设值不超过每秒1米，优选为每秒0.5米。步骤b中若警报器发出警报声，则表示有人突然用力拉绳带3，令速度突然增加，这种情况判断为恶意拉绳带3，以警报声警示；

步骤c，以第一次速度数据的时间为起始时间，对速度数据以一定频率进行采集，在预设的时间内，判断采集到的速度数据平均值是否不小于预设值，若否，则控制警报器发出警报声，若是，则保持当前状态。步骤c中若有人以较慢的速度持续拉动绳带3，这种情况会出现在预设的时间内的平均速度等于或超过预设值，判断为恶意拉绳带3，警报器发出警报声。其中预设的时间不超过5秒，优选为3秒，预设值优选为每秒0.05米。

本实施例中，限位轮组6包括上限位轮组61和下限位轮组62，所述绳带3上限位轮组61和下限位轮组62，所述测速传感器5包括测速码盘51，所述测速码盘51铰接在无人机内并且顶着上限位轮组61和下限位轮组62之间的绳带3，令绳带3向一侧弯曲。实际中测速传感器5还包括测速模块52，测速模块52和测速码盘51为非常成熟的现有技术，成本低廉，使用方便。测速码盘51上限位轮组61和下限位轮组62之间的绳带3，能有效降低该区域内绳带3的晃动，保证测量的准确。

本实施例中，挂钩4包括挂钩主体41、铰接在挂钩主体41上的用于开闭的锁舌42以及设置在挂钩主体41内的无线发送模块，所述无线发送模块的触发开关43设置在接近锁舌42一侧的位置上；当所述锁舌42旋转打开至最大角度的过程中，所述触发开关43一直处于被锁舌42按压的状态。触发开关43处于被锁舌42按压状态时，所述无线发送模块会持续不断向控制系统发送信号，所述触发开关43复位时，即锁舌42闭合，不再按压到触发开关43时，所述无线发送模块停止发送信号，所述步骤4)中控制系统判断包裹是否取下的步骤为：步骤d，控制系统以一定频率对接收的信号进行采集；步骤f，控制系统以最近一次采集到信号的时间为起始时间，在预设的时间内，若采集到信号，则判断包裹未取下，若未采集到信号，则判断包裹已取下。该技术中，收件人按压锁舌42令其打开，此时可以取下包裹，锁舌42转动过程中便一直按压触发开关43使无线发送模块发送信号，控制系统根据接收到的信号判断包裹是否取下。判断过程主要依据无线发送模块是否一直在发送信号，若是，则判断收件人还打开锁舌42，包裹还没取下并且会自动将该采集到信号的时间作为起始时间；若预设的时间内已经采集不到信号，则判断收件人已经取下包裹，松开锁舌42令其闭合，该预设的时间一般为5到10秒，而控制系统采集信号的频率一般为不低于每秒3次，通常为5次。另外所述挂钩4还包括有用于锁定锁舌42的数字密码锁44，使只有知道数字密码的收件人才能打开挂钩4，进一步保证投放的安全。

另外，所述绳轮2的轮辋上设置有凹向绳轮2轴线的凹槽，所述绳带3内侧的一端插入在该凹槽中。将绳带3的一端插入凹槽内，令绳轮2转动卷绕绳带3不会打滑，同时若有人拽绳带3至最后，会使绳带3的一端从凹槽内拉出，实现分离，避免无人机被拉下。

本投放系统设置在无人机上，不需要快递柜，成本低廉，可以直接投放给收件人，适合无条件设置快递柜，路途不方便送件等地方，使用时快递员先电话通知收件人到附件合适投放快递的空阔地点，同时将挂钩4的开锁数字密码用短信或其它形式发送给收件人，然后遥控无人机或无人机按照预设路线到达投放地点完成投放作业。为进一步提高安全性，可在无人机上设置摄像头，投放过程中全程摄像。本发明的电机采用无刷电机，在实际应用中无刷电机已很广泛，其体积小，重量轻，功率大，本发明的飞控系统与电子调速器通信连接，可控制动力系统使无人机实现飞起、加速、减速、停机动作。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (9)

1.一种用于无人机的安全投放系统，其特征在于：包括设置在无人机上的控制系统和距离传感器，还包括设置在无人机上的电动机、与电动机的转轴连接的绳轮、与电动机相匹配的电子调速器、飞控系统、可分离地卷绕在绳轮的绳带、固定连接在绳带末端的具有无线信号发送功能的挂钩、设置在无人机上的用于检测绳带释放速度的测速传感器以及限位轮组，所述绳带穿过限位轮组，所述限位轮组与绳带之间的摩擦力略大于绳轮和挂钩的重力，所述飞控系统与所述电子调速器通信连接，用于控制动力系统使无人机实现飞起、加速、减速、停机动作，所述电动机为无刷电机，所述电子调速器包括内置调速电路，其通过输入PWM调速信号，并输出三相直流电压控制所述电动机的运作，所述飞控系统包括信号接收器；

所述投放系统在投放包裹过程中执行如下步骤：

1)、无人机到达投放地点上空，距离传感器检测与地面的距离数据并传输给控制系统，控制系统控制无人机移动至高度小于绳带长度的位置并且保持悬停状态；

2)、控制系统控制电动机带动绳轮正向转动释放绳带，使吊挂在挂钩上的包裹以一定速度下降；

3)、在包裹下降过程中，测速传感器检测绳带的速度并将数据传输给控制系统，控制系统判断该速度是否等于或接近于0，若否，则继续执行步骤2)，若是，则控制电动机断电停机，此时包裹着地；

4)、收件人打开挂钩，挂钩发送无线信号给控制系统，控制系统判断包裹是否取下，若否，则保持当前状态，若是，则执行步骤5)；

5)、控制系统控制无人机上升到一定高度，再控制电动机带动绳轮(2)反向转动卷起绳带，绳带收起后无人机返回。

2.根据权利要求1所述的一种用于无人机的安全投放系统，其特征在于：在步骤3)中，所述电动机断电停机后，所述控制系统再控制无人机下降一段距离。

3.根据权利要求2所述的一种用于无人机的安全投放系统，其特征在于：还包括设置在无人机上的警报器，从步骤3)无人机下降一段距离到步骤5)无人机上升到一定高度的过程中，所述测速传感器检测绳带的速度并将数据传输给控制系统，控制系统对速度的判断执行以下步骤：

步骤a，判断该速度是否为0，若是，则保持当前状态，若否，则执行步骤b；

步骤b，判断该速度是否大于最大预设值，若是，则控制警报器发出警报声，若否，则执行步骤c；

步骤c，以第一次速度数据的时间为起始时间，对速度数据以一定频率进行采集，在预设的时间内，判断采集到的速度数据平均值是否不小于预设值，若否，则控制警报器发出警报声，若是，则保持当前状态。

4.根据权利要求1所述的一种用于无人机的安全投放系统，其特征在于：限位轮组包括上限位轮组和下限位轮组，所述绳带上限位轮组和下限位轮组，所述测速传感器包括测速码盘，所述测速码盘铰接在无人机内并且顶着上限位轮组和下限位轮组之间的绳带，令绳带向一侧弯曲。

5.根据权利要求1所述的一种用于无人机的安全投放系统，其特征在于：所述挂钩包括挂钩主体、铰接在挂钩主体上的用于开闭的锁舌以及设置在挂钩主体内的无线发送模块，所述无线发送模块的触发开关设置在接近锁舌一侧的位置上；当所述锁舌旋转打开至最大角度的过程中，所述触发开关一直处于被锁舌按压的状态。

6.根据权利要求5所述的一种用于无人机的安全投放系统，其特征在于：所述触发开关处于被锁舌按压状态时，所述无线发送模块会持续不断向控制系统发送信号，所述触发开关复位时，所述无线发送模块停止发送信号，所述步骤四中控制系统判断包裹是否取下的步骤为：

步骤d，控制系统以一定频率对接收的信号进行采集；

步骤f，控制系统以最近一次采集到信号的时间为起始时间，在预设的时间内，若采集到信号，则判断包裹未取下，若未采集到信号，则判断包裹已取下。

7.根据权利要求5所述的一种用于无人机的安全投放系统，其特征在于：所述挂钩还包括有用于锁定锁舌的数字密码锁。

8.根据权利要求1所述的一种用于无人机的安全投放系统，其特征在于：所述绳轮的轮辋上设置有凹向绳轮轴线的凹槽，所述绳带内侧的一端插入在该凹槽中。

9.根据权利要求1所述的一种用于无人机的安全投放系统，其特征在于：所述飞控系统包括与信号接收器配套使用的遥控器，其用于设定部分电子调速器参数及无人机的远程控制。