CN108891616A - 一种无人机编队中的自动防撞保护装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机编队中的自动防撞保护装置，属于无人机领域，一种无人机编队中的自动防撞保护装置，包括无人机本体，无人机本体上端安装有控制板和弹射柱，弹射柱位于控制板中心，弹射柱内底端安装有弹射器，弹射器上端连接有降落伞，降落伞位于弹射柱内侧，控制板上端安装有姿态传感器，无人机本体四周开凿有四个安装槽和凹槽，安装槽内端安装有石墨烯传感器，无人机本体四周设有智能变性材料，可以实现发生撞击后通过智能变性材料形状的变化来保护无人机效果，同时在一定情况下，还可以实现撞击后使无人机尽量保持平衡的效果，而且当无人机被撞击失控后，降落伞可以保护无人机，使无人机能安全降落。

Description

一种无人机编队中的自动防撞保护装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及无人机领域，更具体地说，涉及一种无人机编队中的自动防撞保护装置。

背景技术

随着技术的日新月异，无人机得到普及，广泛应用于航拍、农业、植保、自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等领域，无人机旋翼是便于无人机起飞的装置，其主要构件为电机与旋转叶片。

姿态传感器是基于MEMS技术的高性能三维运动姿态测量系统。它包含三轴陀螺仪、三轴加速度计，三轴电子罗盘等运动传感器，通过内嵌的低功耗ARM处理器得到经过温度补偿的三维姿态与方位等数据。LPMS系列和iAHRS-M0姿态传感器可广泛嵌入到航模无人机，机器人，机械云台，车辆船舶，地面及水下设备，虚拟现实，人体运动分析等需要自主测量三维姿态与方位的产品设备中。石墨烯传感器是由石墨烯制作而成的用途广泛的高光敏度传感器

澳大利亚国立大学的科研人员发布了一种智能材料，遇水材料迅速卷曲成吸管状，当卷曲的管子遇到乙醇时，管子又将展开回到原状。这种奇特的材料上层是聚己内酯PCL材料，下层由聚氯乙烯PVC微纤构成，PCL具有亲水性，遇水负责材料自组装卷曲，而下层PVC具有疏水性可以防止水滴流失。

但是无人机在编队飞行中，经常会发生碰撞，使得无人机会失去平衡，碰撞严重时，无人机甚至会失控坠落。

发明内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种无人机编队中的自动防撞保护装置，它可以实现发生撞击后通过智能变性材料形状的变化来保护无人机效果，同时在一定情况下，还可以实现撞击后使无人机尽量保持平衡的效果，而且当无人机被撞击失控后，降落伞可以保护无人机，使无人机能安全降落。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种无人机编队中的自动防撞保护装置，包括无人机本体，所述无人机本体上端安装有控制板和弹射柱，所述弹射柱位于控制板中心，所述弹射柱内底端安装有弹射器，所述弹射器上端连接有降落伞，所述降落伞位于弹射柱内侧，所述控制板上端安装有姿态传感器，所述无人机本体四周开凿有四个安装槽和凹槽，所述安装槽内端安装有石墨烯传感器，所述无人机本体四周设有智能变性材料，所述智能变性材料与凹槽内底端之间固定连接有连接柱，所述凹槽位于石墨烯传感器外侧，所述连接柱外端固定连接有弹性板，所述弹性板内端开凿有多个出水孔，所述弹性板下方固定连接有多个上尖刺，所述连接柱左右两侧的凹槽分别放置有两个水囊，所述水囊位于上尖刺下方，所述水囊下方设置有穿刺装置，可以实现发生撞击后通过智能变性材料形状的变化来保护无人机效果，同时在一定情况下，还可以实现撞击后使无人机尽量保持平衡的效果，而且当无人机被撞击失控后，降落伞可以保护无人机，使无人机能安全降落。

进一步的，所述控制板由单片机控制，所述单片机内编入有自平衡程序，当无人机本体受到撞击后，自平衡程序可以尽量保持保持无人机本体的平衡。

进一步的，所述水囊内填充有纯水，水囊被上尖刺刺破后，智能变性材料遇到纯水后会变卷曲，而且纯水导电性很弱，几乎可以忽略，降低无人机本体纯水从而漏电的可能性。

进一步的，所述穿刺装置包括下尖刺，所述凹槽内底端开凿有多个穿刺孔，所述穿刺孔位于水囊正下方，所述下尖刺位于穿刺孔内，所述无人机本体内端开凿有四个穿刺槽，所述穿刺槽与穿刺孔相通，所述穿刺槽内底端固定连接有四个电动伸缩杆，每两个相邻所述电动伸缩杆的上端固定连接有连接板，所述连接板与下尖刺固定连接，当无人机本体受到撞击后，其中一个智能变性材料变卷曲，使无人机本体不再是对称状态，控制板可以控制电动伸缩杆伸长，使得下尖刺可以刺破水囊，使得其他几个智能变性材料均变卷曲，使无人机本体恢复对称状态，有助于无人机本体保持平衡。

进一步的，所述石墨烯传感器、弹射器、姿态传感器和电动伸缩杆均与控制板通过无线信号连接，控制板可以控制石墨烯传感器、弹射器、姿态传感器和电动伸缩杆。

进一步的，所述水囊的材料为硅橡胶，常温下硅橡胶的强度仅是天然橡胶或某些合成橡胶的一半，使得水囊较容易被刺破，同时硅橡胶具有明显的高温稳定性，使得水囊不易受温度影响而变形。

进一步的，所述水囊的厚度为3MM，使水囊容易被刺破，使智能变性材料能及时遇水变卷曲，提高无人机本体的被撞击的敏感性。

进一步的，所述弹射柱为中部向外突出的空心柱体，使得无人机本体内部有足够的的空间放置降落伞。

一种无人机编队中的自动防撞保护装置，其使用方法为：

第一步、飞行状态监控，无人机本体内安装的姿态传感器，对无人机本体的飞行状态进行实时监控，并将监控信息通过无线信号反馈给控制板；

第二步、撞击监控，当无人机本体受到第一次撞击后，靠近撞击点的上尖刺会刺破水囊，使得水囊内的水流出，水通过出水孔流到智能变性材料上，智能变性材料变卷曲，当发生第二次撞击时，卷曲的智能变性材料可以产生一个缓冲力，降低撞击对无人机本体的影响；

第三步、平衡监控，当第二步中智能变性材料变卷曲后，使得此时无人机本体不再是对称状态，会影响无人机本体的平衡，该智能变性材料下方的石墨烯传感器监测到光线的变化，并将信号反馈给控制板，控制板控制自平衡程序启动，当自平衡程序无法使无人机本体保持平衡时，控制板会通过无线信号控制穿刺装置，穿刺装置刺破水囊，使得另外三个智能变性材料也变卷曲，无人机本体恢复对称状态，使无人机本体尽量保持平衡；

第四步、失控监控，当第三步无法保持平衡时，则无人机本体失控，此时姿态传感器将无人机本体失衡的飞行状态信号反馈给控制板，控制板控制弹射器向外将降落伞弹出。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本方案可以实现发生撞击后通过智能变性材料形状的变化来保护无人机效果，同时在一定情况下，还可以实现撞击后使无人机尽量保持平衡的效果，而且当无人机被撞击失控后，降落伞可以保护无人机，使无人机能安全降落。

（2）控制板由单片机控制，单片机内编入有自平衡程序，当无人机本体受到撞击后，自平衡程序可以尽量保持保持无人机本体的平衡。

（3）水囊内填充有纯水，水囊被上尖刺刺破后，智能变性材料遇到纯水后会变卷曲，而且纯水导电性很弱，几乎可以忽略，降低无人机本体纯水从而漏电的可能性。

（4）穿刺装置包括下尖刺，凹槽内底端开凿有多个穿刺孔，穿刺孔位于水囊正下方，下尖刺位于穿刺孔内，无人机本体内端开凿有四个穿刺槽，穿刺槽与穿刺孔相通，穿刺槽内底端固定连接有四个电动伸缩杆，每两个相邻电动伸缩杆的上端固定连接有连接板，连接板与下尖刺固定连接，当无人机本体受到撞击后，其中一个智能变性材料变卷曲，使无人机本体不再是对称状态，控制板可以控制电动伸缩杆伸长，使得下尖刺可以刺破水囊，使得其他几个智能变性材料均变卷曲，使无人机本体恢复对称状态，有助于无人机本体保持平衡。

（5）石墨烯传感器、弹射器、姿态传感器和电动伸缩杆均与控制板通过无线信号连接，控制板可以控制石墨烯传感器、弹射器、姿态传感器和电动伸缩杆。

（6）水囊的材料为硅橡胶，常温下硅橡胶的强度仅是天然橡胶或某些合成橡胶的一半，使得水囊较容易被刺破，同时硅橡胶具有明显的高温稳定性，使得水囊不易受温度影响而变形。

（7）水囊的厚度为3MM，使水囊容易被刺破，使智能变性材料能及时遇水变卷曲，提高无人机本体的被撞击的敏感性。

（8）弹射柱为中部向外突出的空心柱体，使得无人机本体内部有足够的的空间放置降落伞。

附图说明

图1为本发明的顶面的结构示意图；

图2为图1中A处的结构示意图；

图3为本发明的智能变性材料卷曲时的结构示意图；

图4为本发明的立体结构示意图；

图5为本发明的正面的结构示意图；

图6为本发明的降落伞打开时的结构示意图。

图中标号说明：

1无人机本体、2弹射柱、3智能变性材料、4控制板、5石墨烯传感器、6安装槽、7连接柱、8上尖刺、9出水孔、10水囊、11穿刺孔、12下尖刺、13连接板、14电动伸缩杆、15穿刺槽、16弹射器、17凹槽、18姿态传感器、19降落伞。

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，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-6，一种无人机编队中的自动防撞保护装置，包括无人机本体1，无人机本体1上端安装有控制板4和弹射柱2，控制板4由单片机控制，单片机内编入有逻辑语言，单片机内编入有自平衡程序，当无人机本体1受到撞击后，自平衡程序可以尽量保持保持无人机本体1的平衡，弹射柱2位于控制板4中心，弹射柱2内底端安装有弹射器16，弹射器16上端连接有降落伞19，弹射柱2为中部向外突出的空心柱体，使得无人机本体1内部有足够的的空间放置降落伞19，降落伞19位于弹射柱2内侧，控制板4上端安装有姿态传感器18，本领域技术人员可以根据需要选择合适型号的姿态传感器18，例如iAHRS-M0姿态传感器，无人机本体1四周开凿有四个安装槽6和凹槽17，安装槽6内端安装有石墨烯传感器5，石墨烯传感器5、弹射器16和姿态传感器18均与控制板4通过无线信号连接，控制板4可以控制石墨烯传感器5、弹射器16和姿态传感器18，无人机本体1四周设有智能变性材料3，智能变性材料3与凹槽17内底端之间固定连接有连接柱7，凹槽17位于石墨烯传感器5外侧，连接柱7外端固定连接有弹性板，弹性板内端开凿有多个出水孔9，弹性板下方固定连接有多个上尖刺8，连接柱7左右两侧的凹槽17分别放置有两个水囊10，水囊10内填充有纯水，水囊10被上尖刺8刺破后，智能变性材料3遇到纯水后会变卷曲，而且纯水导电性很弱，几乎可以忽略，降低无人机本体1纯水从而漏电的可能性，水囊10位于上尖刺8下方，可以实现发生撞击后通过智能变性材料3形状的变化来保护无人机效果，同时在一定情况下，还可以实现撞击后使无人机尽量保持平衡的效果，而且当无人机被撞击失控后，降落伞19可以保护无人机，使无人机能安全降落。

请参阅1-3，水囊10下方设置有穿刺装置，穿刺装置包括下尖刺12，凹槽17内底端开凿有多个穿刺孔11，穿刺孔11位于水囊10正下方，下尖刺12位于穿刺孔11内，无人机本体1内端开凿有四个穿刺槽15，穿刺槽15与穿刺孔11相通，穿刺槽15内底端固定连接有四个电动伸缩杆14，每两个相邻电动伸缩杆14的上端固定连接有连接板13，连接板13与下尖刺12固定连接，当无人机本体1受到撞击后，其中一个智能变性材料3变卷曲，使无人机本体1不再是对称状态，控制板4可以控制电动伸缩杆14伸长，使得下尖刺12可以刺破水囊10，水囊10的材料为硅橡胶，常温下硅橡胶的强度仅是天然橡胶或某些合成橡胶的一半，使得水囊10较容易被刺破，同时硅橡胶具有明显的高温稳定性，使得水囊10不易受温度影响而变形，水囊10的厚度为3MM，使水囊10容易被刺破，使智能变性材料3能及时遇水变卷曲，提高无人机本体1的被撞击的敏感性，使得其他几个智能变性材料3均变卷曲，使无人机本体1恢复对称状态，有助于无人机本体1保持平衡。

一种无人机编队中的自动防撞保护装置，其使用方法为：

第一步、飞行状态监控，无人机本体1内安装的姿态传感器18，对无人机本体1的飞行状态进行实时监控，并将监控信息通过无线信号反馈给控制板4；

第二步、撞击监控，当无人机本体1受到第一次撞击后，靠近撞击点的上尖刺8会刺破水囊10，使得水囊10内的水流出，水通过出水孔9流到智能变性材料3上，智能变性材料3变卷曲，当发生第二次撞击时，卷曲的智能变性材料3可以产生一个缓冲力，降低撞击对无人机本体1的影响；

第三步、平衡监控，当第二步中智能变性材料3变卷曲后，使得此时无人机本体1不再是对称状态，会影响无人机本体1的平衡，该智能变性材料3下方的石墨烯传感器5监测到光线的变化，并将信号反馈给控制板4，控制板4控制自平衡程序启动，当自平衡程序无法使无人机本体1保持平衡时，控制板4会通过无线信号控制穿刺装置，另外三个智能变性材料3下方的穿刺装置会刺破水囊10，水囊10内的水通过出水孔9流到智能变性材料3上，使得另外三个智能变性材料3也变卷曲，这时无人机本体1恢复对称状态，使无人机本体1可以尽量保持平衡；

第四步、失控监控，当第三步无法保持平衡时，则无人机本体1失控，此时姿态传感器18将无人机本体1失衡的飞行状态信号反馈给控制板4，控制板4控制弹射器16向外将降落伞19弹出。

当无人机本体1第一次被撞击时，靠近撞击点的弹性板会向靠近水囊10的方向发生形变，使上尖刺8会刺破水囊10，使得水囊10内的水流出，水通过出水孔9流到智能变性材料3上，智能变性材料3变卷曲，当发生第二次撞击时，卷曲的智能变性材料3可以产生一个缓冲力，降低撞击对无人机本体1的影响，智能变性材料3变卷曲后，此时无人机本体1不再是对称状态，会影响无人机本体1的平衡，该智能变性材料3下方的石墨烯传感器5监测到光线的变化，并将信号反馈给控制板4，控制板4控制自平衡程序启动，当自平衡程序无法使无人机本体1保持平衡时，控制板4会通过无线信号控制穿刺装置，另外三个智能变性材料3下方的穿刺装置会刺破水囊10，水囊10内的水通过出水孔9流到智能变性材料3上，使得另外三个智能变性材料3也变卷曲，这时无人机本体1恢复对称状态，使无人机本体1可以尽量保持平衡，当持续发生撞击使得无人机本体1无法保持平衡时，此时姿态传感器18将无人机本体1失衡的飞行状态信号反馈给控制板4，控制板4控制弹射器16向外将降落伞19弹出，降落伞19可以保护无人机，使无人机能安全降落。

以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种无人机编队中的自动防撞保护装置，包括无人机本体（1），其特征在于：所述无人机本体（1）上端安装有控制板（4）和弹射柱（2），所述弹射柱（2）位于控制板（4）中心，所述弹射柱（2）内底端安装有弹射器（16），所述弹射器（16）上端连接有降落伞（19），所述降落伞（19）位于弹射柱（2）内侧，所述控制板（4）上端安装有姿态传感器（18），所述无人机本体（1）四周开凿有四个安装槽（6）和凹槽（17），所述安装槽（6）内端安装有石墨烯传感器（5），所述无人机本体（1）四周设有智能变性材料（3），所述智能变性材料（3）与凹槽（17）内底端之间固定连接有连接柱（7），所述凹槽（17）位于石墨烯传感器（5）外侧，所述连接柱（7）外端固定连接有弹性板，所述弹性板内端开凿有多个出水孔（9），所述弹性板下方固定连接有多个上尖刺（8），所述连接柱（7）左右两侧的凹槽（17）分别放置有两个水囊（10），所述水囊（10）位于上尖刺（8）下方，所述水囊（10）下方设置有穿刺装置。

2.根据权利要求1所述的一种无人机编队中的自动防撞保护装置，其特征在于：所述控制板（4）由单片机控制，所述单片机内编入有自平衡程序。

3.根据权利要求1所述的一种无人机编队中的自动防撞保护装置，其特征在于：所述水囊（10）内填充有纯水。

4.根据权利要求1所述的一种无人机编队中的自动防撞保护装置，其特征在于：所述穿刺装置包括下尖刺（12），所述凹槽（17）内底端开凿有多个穿刺孔（11），所述穿刺孔（11）位于水囊（10）正下方，所述下尖刺（12）位于穿刺孔（11）内，所述无人机本体（1）内端开凿有四个穿刺槽（15），所述穿刺槽（15）与穿刺孔（11）相通，所述穿刺槽（15）内底端固定连接有四个电动伸缩杆（14），每两个相邻所述电动伸缩杆（14）的上端固定连接有连接板（13），所述连接板（13）与下尖刺（12）固定连接。

5.根据权利要求1或4所述的一种无人机编队中的自动防撞保护装置，其特征在于：所述石墨烯传感器（5）、弹射器（16）、姿态传感器（18）和电动伸缩杆（14）均与控制板（4）通过无线信号连接。

6.根据权利要求1所述的一种无人机编队中的自动防撞保护装置，其特征在于：所述水囊（10）的材料为硅橡胶。

7.根据权利要求1所述的一种无人机编队中的自动防撞保护装置，其特征在于：所述水囊（10）的厚度为3MM。

8.根据权利要求1所述的一种无人机编队中的自动防撞保护装置，其特征在于：所述弹射柱（2）为中部向外突出的空心柱体。

9.根据权利要求1所述的一种无人机编队中的自动防撞保护装置，其特征在于：其使用方法为：

第一步、飞行状态监控，无人机本体（1）内安装的姿态传感器（18），对无人机本体（1）的飞行状态进行实时监控，并将监控信息通过无线信号反馈给控制板（4）；

第二步、撞击监控，当无人机本体（1）受到第一次撞击后，靠近撞击点的上尖刺（8）会刺破水囊（10），使得水囊（10）内的水流出，水通过出水孔（9）流到智能变性材料（3）上，智能变性材料（3）变卷曲，当发生第二次撞击时，卷曲的智能变性材料（3）可以产生一个缓冲力，降低撞击对无人机本体（1）的影响；

第三步、平衡监控，当第二步中智能变性材料（3）变卷曲后，使得此时无人机本体（1）不再是对称状态，会影响无人机本体（1）的平衡，该智能变性材料（3）下方的石墨烯传感器（5）监测到光线的变化，并将信号反馈给控制板（4），控制板（4）控制自平衡程序启动，当自平衡程序无法使无人机本体（1）保持平衡时，控制板（4）会通过无线信号控制穿刺装置，穿刺装置刺破水囊（10），使得另外三个智能变性材料（3）也变卷曲，无人机本体（1）恢复对称状态，使无人机本体（1）尽量保持平衡；

第四步、失控监控，当第三步无法保持平衡时，则无人机本体（1）失控，此时姿态传感器（18）将无人机本体（1）失衡的飞行状态信号反馈给控制板（4），控制板（4）控制弹射器（16）向外将降落伞（19）弹出。