CN109094788A - 一种无人机弹射装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种无人机弹射装置及系统，其中，所述无人机弹射装置包括伞仓、推进剂、点火装置。所述伞仓的顶部设有封盖。所述点火装置设置在所述伞仓的底部。所述伞仓用于容纳的物体包括降落伞、所述推进剂。所述推进剂位于所述伞仓内的底部。在满足点火触发条件的情况下，所述点火装置点燃所述推进剂，所述推进剂燃烧产生的气体将所述降落伞弹出。由于本发明提供的无人机弹射装置通过采用点燃推进剂将降落伞弹出的方式，因此相对于现有技术中采用弹簧的方案而言，本发明无人机弹射装置可以解决由于弹射装置采用弹簧，而导致的无人机空间占用过多、重量增加以及弹簧将降落伞弹出后，无人机的平衡受到影响的问题。
Description
技术领域
本发明涉及无人机领域，尤其涉及一种无人机弹射装置及系统。
背景技术
无人机在飞行过程中有时会处于坠落、失控等异常飞行状态，为了保证无人机的安全，一般会在无人机上配有降落伞，当无人机处于上述异常飞行状态时，通过相应的弹射装置，将降落伞弹出，进而可保障无人机的安全，以免因失控坠落导致无人机损坏。
而目前无人机采用的弹射装置均是基于弹簧的弹射装置，这种装置的缺点在于，首先，使用弹簧会占用无人机的空间；其次，为了使降落伞有效弹出，往往会采用弹力较好的弹簧，即质量较大的弹簧，因此，会增加无人机的重量。而且当降落伞弹出后，无人机的机翼很大情况下还保持工作，因此由于弹簧伸长而出现的摇摆、重心偏移等情况，一般会影响到无人机的平衡。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无人机弹射装置及系统，以解决目前无人机因采用弹簧的弹射装置，而导致的无人机空间占用过多、重量增加以及弹簧将降落伞弹出后，无人机的平衡受到影响的问题。
为实现上述目的，一方面，本发明提供一种无人机弹射装置，该装置包括伞仓、推进剂、点火装置；所述伞仓的顶部设有封盖；所述点火装置设置在所述伞仓的底部；所述伞仓用于容纳的物体包括降落伞、所述推进剂；所述推进剂位于所述伞仓内的底部；在满足点火触发条件的情况下，所述点火装置点燃所述推进剂，所述推进剂燃烧产生的气体将所述降落伞弹出。
在一些实施方式中，所述推进剂为固态物质，用于燃烧产生气体。
在一些实施方式中，所述推进剂为低氮硝化纤维或者叠氮化钠。
在一些实施方式中，所述点火触发条件为无人机处于异常状态；所述异常状态包括坠落状态、失控状态。
在一些实施方式中，所述点火装置为电弧点火装置。
在一些实施方式中，所述电弧点火装置包括电弧发生器。
在一些实施方式中，所述电弧发生器的两个电极通过基座固定在所述伞仓底面上，位于伞仓底面中央。
在一些实施方式中，所述基座主要采用氧化铝陶瓷制作。
在一些实施方式中，所述电弧点火装置还包括点火控制电路；所述点火控制电路包括控制芯片、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、第一MOS管、第二MOS管；其中，控制芯片的Vcc管脚接高电平，GND管脚接地，Vd管脚用于输入外部触发信号；控制芯片的PWR管教与第三电阻的一端连接；第三电阻的另一端与第二电阻的一端、第二MOS管的栅极连接；第二电阻的另一端作为电压输入端与电芯的正极连接；第二MOS管的漏极与第一电阻的一端、第一MOS管的栅极连接；第一电阻的另一端与第一MOS管的漏极连接；第一电阻的另一端与第一MOS管的漏极之间的节点作为电芯电压输出端，与电池包的电压输入端连接；第一MOS管的源极、第一电容的一端、第二电容的一端均接高电平Vcc；第一电容的另一端、第二电容的另一端、第二MOS管的源极均接地。
在一些实施方式中，所述封盖与所述降落伞连接。
另一方面，为更好的实现上述目的，本发明还提供了一种无人机弹射系统，该系统包括触发控制装置、上述方案及其可实施方式中的弹射装置；所述触发控制装置用于获取无人机的飞行状态信息，以及根据无人机的飞行状态信息，判断是否满足点火触发条件，并在满足触发条件的情况下，触发所述弹射装置将降落伞弹出。
在一些实施方式中，所述触发控制装置包括：
感知模块，用于获取无人机的飞行状态信息；所述飞行状态信息包括所述无人机的姿态信息；
触发信号处理模块，用于根据所述飞行状态信息，判断所述无人机是否处于异常飞行状态，在所述无人机处于异常飞行状态下，触发所述点火装置点火。
在一些实施方式中，所述感知模块包括陀螺仪；所述陀螺仪用于采集所述无人机的姿态信息；所述姿态信息包括角度信息、加速度信息。
在一些实施方式中，所述感知模块还包括用于获取所述无人机高度信息的气压计；所述气压计用于获取无人机的飞行高度信息；所述触发信号处理模块结合所述高度信息、所述姿态信息，判断所述无人机是否处于异常飞行状态。
在一些实施方式中，所述弹射系统还包括反馈装置；所述反馈装置包括：
光敏传感器，用于检测点火装置的光信号；
反馈信号处理模块，用于对所述光信号进行处理，判断所述点火装置是否正常点火，确定点火装置的工作状态；
提示模块，用于提示所述点火装置的工作状态。
在一些实施方式中，所述光敏传感器设置在弹射装置的基座上。
在一些实施方式中，所述反馈装置还包括热敏传感器；热敏传感器用于检测所述基座、触发控制装置、反馈信号处理模块的温度；所述反馈信号处理模块对所述热敏传感器检测的温度进行分析处理，判断所述基座、触发控制装置、反馈信号处理模块是否处于安全状态。
由于本发明提供的无人机弹射装置及系统通过采用点燃推进剂将降落伞弹出的方式，因此相对于现有技术中采用弹簧的方案而言，本发明无人机弹射装置及系统可以解决由于弹射装置采用弹簧，而导致的无人机空间占用过多、重量增加以及弹簧将降落伞弹出后，无人机的平衡受到影响的问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：
图1是本发明实施例一提供的一种无人机弹射装置的结构示意图；
图2是图1所示的弹射装置中的点火控制电路；
图3是本发明实施例二提供的一种无人机弹射系统的示意图；
图4是图3所示的系统用于无人机时降落伞弹出后的场景示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
现在根据参考附图详细描述本发明的实施案例。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。
图1是本发明实施例一提供的一种无人机弹射装置的结构示意图。如图1所示，该弹射装置包括伞仓3、点火装置、推进剂。伞仓3的顶部设有封盖1。封盖1与伞仓3通过魔术贴2连接。伞仓3中装有降落伞、所述推进剂。推进剂在降落伞之下，位于伞仓3内的底部。伞仓3经CNC固件10固定在底部固定板11上。点火装置包括电弧发生器、高压包、点火控制电路。高压包与点火控制电路连接。其中，电弧发生器的两个电极通过基座8固定在伞仓3的底面之上。点火控制电路包含在内置电路5中。所述内置电路5在伞仓3的底面之下，固定在底部固定板11上，位于伞仓3的底面和底部固定板11之间。在满足点火触发条件的情况下，点火控制电路控制电弧发生器点燃推进剂，推进剂燃烧产生的气体将降落伞弹出伞仓3。
进一步地，点火装置还包括电芯，通过高压包将电芯的电压提升，进而产生高温电弧，点燃推进剂。例如，可采用高压包将3.7v锂电芯的电压升为15kv，产生高温电弧，点燃推进剂。
进一步地，如图2所示的点火控制电路，该点火控制电路包括控制芯片U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2、MOS管Q1、MOS管Q2。其中，控制芯片U1的Vcc管脚接高电平，GND管脚接地，Vd管脚用于输入外部触发信号(即在满足点火触发条件的情况下，输入的触发信号。)；控制芯片U1的PWR管教与电阻R3的一端连接；电阻R3的另一端与电阻R2的一端、MOS管Q2的栅极连接；电阻R2的另一端作为电压输入端Vin，用于与电芯的正极连接；MOS管Q2的漏极与电阻R1的一端、MOS管Q1的栅极连接；电阻R1的另一端与MOS管Q1的漏极连接，并在电阻R1的另一端与MOS管Q1的漏极之间选一节点作为电芯电压输出端，用于与电池包J2的电压输入端2连接，向电池包输出电芯电压Vbat，电压Vbat经电池包J1放大后，用于点火，产生高温电弧；MOS管Q1的源极、电容C1的一端、电容C2的一端均接高电平Vcc；电容C1的另一端、电容C2的另一端、MOS管Q2的源极均接地。
可选的，Vcc的电压值可以为3.7V。通过本实施例一提供的上述点火控制电路，可将输出电压Vbat的频率调制至18KHz-20KHz，以便提高点火的成功率，避免频率过低容易产生断弧，导致点火成功率低的问题。
进一步地，本点火电路通过采用MOS管Q1、MOS管Q2构成复合管，可放大电流，提高点火成功率。
可选的，MOS管Q1、MOS管Q2可采用耗尽型的NMOS管。
可选的，控制芯片U1可采用STC 15w 402as。
进一步地，本实施例一中的推进剂可采用燃烧后可产生大量气体的固态可燃物质(例如火药、叠氮化钠)或者气态可燃物质(例如丁烷、甲烷、氢气等可燃气体)。本实施例一优选低氮硝化纤维，低氮硝化纤维是一种简单的火药，其占用空间小，且可迅速燃烧产生充足的气体，是一种非常适合用于无人机的推进剂材料。
进一步地，点火触发条件为无人机处于异常状态；所述异常状态可包括坠落状态、失控状态等。
进一步地，电弧发生器通过基座8固定在伞仓底部的中央，使得电弧发生器在点燃推进剂时，推进剂均匀燃烧，产生均匀的气体，确保降落伞有效地弹出。
进一步地，基座8使用氧化铝陶瓷基座，并做耐高温处理，以达到绝缘耐高温性能，提高使用寿命。
进一步地，封盖1与降落伞连接，使得在推进剂燃烧产生的气体将封盖1弹出时，封盖3将所述降落伞带出，进一步更有效地将降落伞弹出。
本实施例一通过采用推进剂的方式，在满足触发条件的情况下，点火装置点燃推进剂，由推进剂产生的气体将降落伞弹出，相较于目前采用弹簧弹射降落伞的现有技术而言，节省空间，且减小无人机体积和重量(无人机因使用弹簧而增加重量)。
图3是本发明实施例二提供的一种无人机弹射系统的示意图。如图3所示，该系统包括触发控制装置210、图1所示的弹射装置220、反馈装置230。其中，触发控制装置210用于获取无人机的飞行状态信息，以及根据无人机的飞行状态信息，判断是否满足点火触发条件，并在满足触发条件的情况下，触发弹射装置220将降落伞弹出，如图4所示。反馈装置230用于获取弹射装置220中点火装置电弧产生的光信号，并对所述光信号进行处理，判断点火装置是否正常点火，确定点火装置的工作状态，以及根据点火装置的工作状态，进行工作状态提示。
具体地，触发控制装置210包括感知模块211、触发信号处理模块212。其中，感知模块211用于采集无人机的飞行状态信息。触发信号处理模块212用于根据所述飞行状态信息，判断所述无人机是否处于异常飞行状态。控制模块213用于在所述无人机处于异常飞行状态下，控制弹射装置220中的点火装置点火。
进一步地，无人机的飞行状态信息包括姿态信息。感知模块211可采用陀螺仪，用于获取无人机的姿态信息；所述姿态信息包括角度信息、加速度信息。触发信号处理模块212可根据无人机的飞行角度、加速度等姿态信息，判断无人机是否处于坠落、失控等异常飞行状态(即可控姿态角之外的情况)。当无人机处于上述异常飞行状态时，触发信号处理模块212输出触发信号，触发弹射装置中点火装置的点火控制电路控制电弧发生器产生电弧，点燃推进剂。
进一步地，无人机的飞行状态信息还可包括飞行高度信息。感知模块211还可以包括用于获取所述无人机高度信息的气压计。触发信号处理模块212可结合无人机的飞行高度的变化(例如掉高等)、飞行角度、加速度等姿态信息，判断无人机是否处于坠落、失控等异常飞行状态。进一步提高触发控制装置210的触发精度。
进一步地，无人机的通讯模块在飞行过程中会接收来自地面站或者飞行控制设备的各种遥控信号。因此，可以在发现无人机处于坠落或者失控等异常飞行状态时，通过地面站或者飞行控制设备向无人机发送弹射控制信号，由触发控制装置210中的触发信号处理模块212根据所述弹射控制信号，产生触发信号，触发弹射装置220中的点火装置点火，进而点燃推进剂，将降落伞从伞仓3中弹出，以确保无人机的安全。
具体地，反馈装置230包括光敏传感器231、反馈信号处理模块232、提示模块233、热敏传感器234。其中，光敏传感器231用于检测所述点火装置的光信号。反馈信号处理模块232用于对所述光信号进行处理，判断点火装置是否正常点火，确定点火装置的工作状态，并根据点火装置的工作状态，控制提示模块233提示点火装置的工作状态。热敏传感器234用于检测所述基座8的温度、触发控制装置的温度。反馈信号处理模块212对热敏传感器234检测的温度进行分析处理，判断所述基座8、触发控制装置210是否处于安全状态(即是否处于安全工作的温度范围内)。以确保无人机的处于正常的工作温度，避免因温度过高而影响各控制电路/装置的正常工作。
进一步地，光敏传感器231可设置在弹射装置220基座8附近，位于一个便于检测电弧的位置(例如图1中附图标记4所示的位置。)，具体可根据实际情况选择。
进一步地，热敏传感器234可设置在如图1中附图标记9所示的位置，位于陶瓷基座8内部，位于电弧发生器的两极之间。
进一步地，反馈装置230中的反馈信号处理模块231和触发控制装置210中的触发信号处理模块212可分别采用硬件电路的方式来实现，或者集成在一个处理器中通过软件程序的方式来实现，该处理器可以是无人机的主控制芯片，也可以是不同于无人机主控制芯片的其他处理器。
进一步地，提示模块233可采用指示灯。指示灯可安装在伞仓3上便于观察的位置，例如图1中附图标记7所示的位置。
本实施例二基于实施例一的弹射装置，通过结合触发控制装置对弹射装置进行触发弹射，以实现自动触发或者结合地面站/飞行控制设备的控制信号进行触发，并通过反馈装置将弹射装置中的点火装置的工作状态进行监测，以便确保弹射控制的有效实施。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (17)
1.一种无人机弹射装置，其特征在于，所述装置包括伞仓、推进剂、点火装置；所述伞仓的顶部设有封盖；所述点火装置设置在所述伞仓的底部；所述伞仓用于容纳的物体包括降落伞、所述推进剂；所述推进剂位于所述伞仓内的底部；在满足点火触发条件的情况下，所述点火装置点燃所述推进剂，所述推进剂燃烧产生的气体将所述降落伞弹出。
2.根据权利要求1所述弹射装置，其特征在于，所述推进剂为固态物质，用于燃烧产生气体。
3.根据权利要求2所述弹射装置，其特征在于，所述推进剂为低氮硝化纤维或者叠氮化钠。
4.根据权利要求1所述弹射装置，其特征在于，所述点火触发条件为无人机处于异常状态；所述异常状态包括坠落状态、失控状态。
5.根据权利要求1所述弹射装置，其特征在于，所述点火装置为电弧点火装置。
6.根据权利要求5所述弹射装置，其特征在于，所述电弧点火装置包括电弧发生器。
7.根据权利要求6所述弹射装置，其特征在于，所述电弧发生器的两个电极通过基座固定在所述伞仓底面上，位于伞仓底面中央。
8.根据权利要求7所述弹射装置，其特征在于，所述基座主要采用氧化铝陶瓷制作。
9.根据权利要求6所述弹射装置，其特征在于，所述电弧点火装置包括点火控制电路；所述点火控制电路包括控制芯片(U1)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第一MOS管(Q1)、第二MOS管(Q2)；其中，控制芯片(U1)的Vcc管脚接高电平，GND管脚接地，Vd管脚用于输入外部触发信号；控制芯片(U1)的PWR管教与第三电阻(R3)的一端连接；第三电阻(R3)的另一端与第二电阻(R2)的一端、第二MOS管(Q2)的栅极连接；第二电阻(R2)的另一端作为电压输入端(Vin)与电芯的正极连接；第二MOS管(Q2)的漏极与第一电阻(R1)的一端、第一MOS管(Q1)的栅极连接；第一电阻(R1)的另一端与第一MOS管(Q1)的漏极连接；第一电阻(R1)的另一端与第一MOS管(Q1)的漏极之间的节点作为电芯电压输出端，与电池包(J2)的电压输入端(2)连接；第一MOS管(Q1)的源极、第一电容(C1)的一端、第二电容(C2)的一端均接高电平Vcc；第一电容(C1)的另一端、第二电容(C2)的另一端、第二MOS管(Q2)的源极均接地。
10.根据权利要求1所述弹射装置，其特征在于，所述封盖与所述降落伞连接。
11.一种无人机弹射系统，其特征在于，所述系统包括触发控制装置(210)、权利1-10任一项所述的弹射装置(220)；所述触发控制装置(220)用于获取无人机的飞行状态信息，以及根据无人机的飞行状态信息，判断是否满足点火触发条件，并在满足触发条件的情况下，触发所述弹射装置将降落伞弹出。
12.根据权利要求11所述弹射系统，其特征在于，所述触发控制装置(210)包括：
感知模块(211)，用于获取无人机的飞行状态信息；所述飞行状态信息包括所述无人机的姿态信息；
触发信号处理模块(212)，用于根据所述飞行状态信息，判断所述无人机是否处于异常飞行状态，在所述无人机处于异常飞行状态下，触发所述点火装置点火。
13.根据权利要求12所述弹射系统，其特征在于，所述感知模块(211)包括陀螺仪；所述陀螺仪用于采集所述无人机的姿态信息；所述姿态信息包括角度信息、加速度信息。
14.根据权利要求13所述弹射系统，其特征在于，所述感知模块(211)还包括用于获取所述无人机高度信息的气压计；所述气压计用于获取无人机的飞行高度信息；所述触发信号处理模块(212)结合所述高度信息、所述姿态信息，判断所述无人机是否处于异常飞行状态。
15.根据权利要求11-14任一项所述弹射系统，其特征在于，所述弹射系统还包括反馈装置(230)；所述反馈装置(230)包括：
光敏传感器(232)，用于检测点火装置的光信号；
反馈信号处理模块(231)，用于对所述光信号进行处理，判断所述点火装置是否正常点火，确定点火装置的工作状态；
提示模块(233)，用于提示所述点火装置的工作状态。
16.根据权利要求15所述弹射系统，其特征在于，所述光敏传感器设置在弹射装置的基座上。
17.根据权利要求15所述弹射系统，其特征在于，所述反馈装置还包括热敏传感器(234)；热敏传感器(234)用于检测所述基座、触发控制装置(210)、反馈信号处理模块(231)的温度；所述反馈信号处理模块(231)对所述热敏传感器(234)检测的温度进行分析处理，判断所述基座、触发控制装置(210)、反馈信号处理模块(231)是否处于安全状态。
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