CN110641712A - 一种多旋翼飞行器安全保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于多旋翼飞行器技术领域，具体为一种多旋翼飞行器安全保护装置。本安全保护装置包括：位于多旋翼飞行器上方的降落伞弹射装置，多个收容于多旋翼飞行器螺旋桨底部的保护气囊，连接所述保护气囊的充气装置，控制电路，以及供电电源；所述降落伞弹射装置中放置有折叠的降落伞；当多旋翼无人机失控坠机时，外接的遥控器控制打开降落伞弹射装置，降落伞弹出并打开；外接的遥控器控制电源，激发充气装置对安全气囊快速充气，以保护设备；飞行器在降落伞的作用下坠落速度放缓，减轻了对飞行器本身的伤害，同时也减少了伤人的可能性。本装置结构简单，成本低，操作方便，安全可靠，解决了目前多旋翼无人机坠机无保护问题。

Description

一种多旋翼飞行器安全保护装置

技术领域

本发明属于多旋翼飞行器技术领域，具体涉及一种多旋翼飞行器安全保护装置。

背景技术

在现有的飞行设备市场中，多旋翼飞行器凭借其体积小巧、性能可靠以及灵活性大、可同时进行多任务作业的优势广泛应用于多种领域。当多旋翼飞行器在进行飞行任务时，一旦发生故障（如螺旋桨损坏，电机失灵等），此时的多旋翼飞行器将无法维持原有状态，短时间内将会以各种姿态坠落。由于多旋翼无人机在执行飞行任务时一般携带贵重的机载设备，飞行器一般失控高度离地较远，故坠地的速度很快，将会产生很大的动能。同时，失控坠地的飞行器也可能会对地面行人造成严重的威胁。

现有技术中，部分多旋翼飞行器存在降落伞打开时间长，所开降落伞与桨叶发生缠杂现象，容易出现对飞行器的二次伤害。目前现有的技术中，还未见一种成熟可行的保护方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以克服现有航模器失控坠机对机载设备以及人员造成伤害的多旋翼飞行器安全保护装置。

本发明提供的多旋翼飞行器安全保护装置，包括：位于多旋翼飞行器上方的弹射降落伞装置，多个收容于多旋翼飞行器螺旋桨底部的保护气囊，连接所述保护气囊的快速充气装置，控制电路，以及供电电源；所述降落伞弹射装置中放置有折叠的降落伞；其中：

所述弹射降落伞装置，参见图4所示。包括：外壳，直线电机，弹簧，活塞，航模舵机，电控装置；所述外壳为圆形桶体，桶体上端有筒盖；外壳底部设有螺纹孔用于多旋翼飞行器机体相固定；外壳内通过一块隔板分割成上下两层内腔，上层内腔中有一活塞，活塞的下端连接弹簧，弹簧的另一端固定在隔板上；活塞的中间位置连接一条钢绳，钢绳的一段与活塞底部相连，另一端连接一个环扣，该环扣设置在所述的下层内腔中，在下层内腔中设有一横向直线电机，该电机的输出轴与上述环扣套接在一起；降落伞放置在上层内腔的活塞顶部，降落伞的伞绳系于上层内腔侧壁；所述电控装置包括：MCU控制器、无线接收单元和电源，MCU控制器控制直线电机带动活塞运动，活塞运动压缩弹簧；所述航模舵机设置于外壳上，舵机信号由无人机遥控器控制，舵机通过悬臂压在外壳上端的筒盖上，使筒盖不开启；出现意外坠机情况下，由无人机遥控器发送遥控信号给无人机上的无线接收单元，无人机接收到信号后，航模舵机进行旋转带动悬臂运动离开筒盖，筒盖开启，降落伞弹出，实现对飞行器的安全保护。

在飞行器出现意外情况下，操纵者利用手中的遥控器发送遥控信号给位于飞行器上的无线接收单元触发飞行器的弹射降落伞装置启动。位于弹射降落伞外壳上方的模型舵机进行工作，带动相连的悬臂运动离开筒盖，筒盖处于开启状态，与此同时，位于弹射降落伞内部下层内腔中的MCU控制器控制直线电机带动活塞运动，活塞运动压缩弹簧；压缩到一定程度后直流电机停转，弹簧在自身弹性作用下恢复形变，与弹簧相连的活塞在弹簧的推动下沿筒壁内腔滑动，推动折叠在筒内的降落伞顶开筒盖弹出，由于飞行器在事故情况下有较高的速度，降落伞在弹出后会自动张开，对飞行器进行减速，保障无人机的安全着陆。

所述降落伞弹射装置通过底部设置的固定孔与多旋翼飞行器机体相固定；在相互连接固定处配有具有螺纹的固定垫片。

所述连接保护气囊的快速充气装置，参见图5所示。包括：反应容器，电子打火机，安全阀门，单向阀及过滤器，通气导管，电源；其中，所述反应容器内放置有能够快速释放气体的化学试剂（硝酸铵固体），电子打火机设置于反应容器内，与外部电源连接，电子打火机用于点燃反应容器内的固体化学试剂，以激发产生气体；安全阀门设置于反应容器一侧，当反应容器内达到压力使用要求时，安全阀门用于泄压；反应容器下侧通过管道与安全气囊连通，单向阀及过滤器设置于管道入口处；在充气过程中，单向阀门可根据反应容器的压力大小进行开启及闭合；过滤器用于过滤掉产生的水蒸气及固体杂质。

在飞行器出现意外情况下，操纵者利用手中的遥控器发送遥控信号给位于飞行器上的无线接收单元触发飞行器的快速充气装置启动。位于反应容器的外部电源给反应容器内部的电子打火机供电，电子打火机发出火花点燃放置于反应容器内的固体化学试剂，硝酸铵固体反应生成大量气体，气体通过单向阀和过滤器进入安全气囊中，安全气囊迅速膨胀，伴随着反应气体的增多，反应容器内气压增大。气压达到一定程度后，单向阀关闭，气体不再进入安全气囊，与此同时，安全阀门对反应容器内部气体进行泄压。安全气囊的快速膨胀，极大缓冲了飞行器在坠地的时的冲击力，对地面人员及飞行器上搭载的昂贵设备均进行了保护。

当发生坠机时，充气装置化学试剂快速反应，快速产生大量气体，向安全气囊快速充气。

所述控制电路，由飞行器控制电路、保护装置控制电路、接收器、调速器、保护装置供电电源、飞行器供电电源以及多个电机组成。飞行器控制电路用于控制飞行器稳定飞行，以此完成正常的各项工作任务。飞行器控制电路的信号输出端与调速器相连，调速器与电机相连，电机的输出轴上固定有螺旋桨。操作人员在地面上手持遥控器通过无线的方式实现对多旋翼飞行器进行控制，调速器接收到遥控器发出的信号后，将信号送至飞行器控制电路、由飞行器控制电路对信号进行判断，从而通过调速器和电机的控制实现对多旋翼飞行器的控制。保护装置控制电路用于在飞行器出现故障时，保护装置控制电路可控制弹射降落伞装置以及连接保护气囊的快速充气装置同时或顺序触发以此对飞行器进行保护。保护装置控制电路与弹射降落伞装置以及连接保护气囊的快速充气装置通过有线方式相连。保护装置供电电源与飞行器供电电源同时与保护装置相连并为其供电。参见图6所示。

本安全保护装置的所有供电电源采用与飞行器供电电源共同供电的方式，不会出现安全保护装置控制电路的供电因意外而中断。

在所述多旋翼无人机失控坠机时，外接遥控装置将切断多旋翼飞行器供电电源，可防止多旋翼飞行器发生故障时，电机的持续转动对机载设备以及地面人员造成伤害。

在切断飞行器供电电源的电压输出后，安全保护装置的控制电路将触发降落伞弹射装置以及保护气囊的充气装置，对多旋翼飞行器进行保护。

本发明提供的多旋翼无人机安全保护装置，当多旋翼无人机失控坠机时，外接的遥控器控制无人机螺旋桨停动，并控制舵机转动，使舵机的悬臂打开降落伞弹射装置的桶盖，位于弹射装置内的降落伞在弹簧的驱动下弹出并打开；外接的遥控器控制电源，激发电子打火机打火，点燃固体试剂，快速产生大量气体，对安全气囊快速充气，保护多旋翼飞行器的机载设备；多旋翼飞行器在降落伞的作用下坠落速度放缓，减轻了对飞行器本身的伤害，同时也减少了伤人的可能性。

本发明装置结构简单，成本低，操作方便，安全可靠，解决了目前多旋翼无人机坠机无保护问题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的使用参考图。

图3为本发明的弹射降落伞装置结构图示。

图4为本发明的弹射降落伞装置内部结构图示。

图5为本发明的充气装置结构图示。

图6为本发明控制电路原理方框图。

图中标号：1.多旋翼飞行器， 2.弹射降落伞装置， 3.安全气囊装置， 4.降落伞，5.保护气囊， 6.弹射装置外筒， 7.环扣， 8.弹射筒底部螺纹孔， 9.直线电机， 10.弹簧，11.活塞， 12.舵机， 13.弹射降落伞装置顶部筒盖， 14. 钢绳， 15.电控装置（包含MCU控制器、无线接收单元和电源）， 16.反应容器， 17.电源， 18.电子打火机， 19. 安全阀门，20.单向阀及过滤器， 21.通气导管。

具体实施方式

下面结合附图1至图6对本发明实例中的技术方案进行清楚完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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作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。

多旋翼飞行器正常工作时，未充气的保护气囊5镶嵌于飞行器旋翼底部，快速充气装置3未工作，弹射降落伞装置2位于飞行器机架重心位置顶部，航模舵机12上的悬臂卡住弹射降落伞筒盖13，使其不开启。

当多旋翼飞行器出现故障马上坠机时，螺旋桨停止转动，飞行器在重力作用下下坠。此时操作者通过遥控设备控制舵机12转动带动悬臂打开弹射降筒筒盖13，放出降落伞4，帮助多旋翼飞行器降低下坠速度。

在弹射降落伞装置中，所设计的弹射降落伞包括外壳6，该外壳具有上下两层内腔，上层内腔中有一活塞11，两层内腔通过一块隔板相分割，活塞的下端连接弹簧10，弹簧10的另一端固定在隔板上；活塞的中间位置连接一条钢绳14钢绳的一段与活塞底部相连，另一端连接一个环扣7，该环扣设置在所述的下层内腔中，在下层内腔中设有一横向直线电机9，该电机的输出轴与上述环扣7套接在一起；降落伞4放置在上层内腔的活塞11顶部，降落伞4的伞绳系于上层内腔侧壁；MCU控制器控制直线电机9带动活塞11运动，活塞11运动压缩弹簧10。弹簧10压缩到一定程度后，直线电机9断电，活塞11在弹簧10的推动下复位，此前舵机12已将弹射降落伞顶部筒盖13打开，最终，降落伞4在活塞11的推动下弹出，受上升气流影响降落伞4将会瞬间撑起，帮助多旋翼飞行器减速。

与此同时，操作者也通过遥控设备将受遥控接收机的控制电源17打开，电子打火机18通电开始工作，反应容器16中的硝酸铵NH4NO3固体受热产生大量气体，通过导气管21向未充气的保护气囊5充气，直到压力达到使用要求，安全阀19开始泄压，单向阀门20保证了气囊拥有充足的气压，且气体只进不出，过滤器20去除硝酸铵固体分解产生气体中的水分和其他固体杂质，保证进入保护气囊5的气体干燥纯净；在降落伞4充分降低多旋翼飞行器的下坠速度后，充气的保护气囊主要承受多旋翼飞行器以一定滚转角落地时的瞬间冲击，保护了多旋翼飞行器上机载设备的安全，同时螺旋桨的停转以及多旋翼飞行器的减速也极大降低对人员的伤害。

在图6所示的原理方框图中，现有的多旋翼飞行器上设置有飞行器控制电路、接收器、调速器以及多个电机。飞行器供电电源同时为调速器、飞行器控制电路以及电机相连并为其供电。接收器可由飞行器控制电路以及电子调速器实现供电。飞行器控制电路的信号输出端与调速器相连，调速器与电机相连，电机的输出轴上固定有螺旋桨。操作人员在地面上手持遥控器通过无线的方式实现对多旋翼飞行器进行控制，调速器接收到遥控器发出的信号后，将信号送至飞行器控制电路、由飞行器控制电路对信号进行判断，从而通过调速器和电机的控制实现对多旋翼飞行器的控制。

如图6所示，其中黑色箭头表示控制信号流向，白色箭头表示供电信号流向。多旋翼飞行安全保护装置，包括保护装置控制电路、保护装置供电电源以及通过有线或无线方式与保护装置控制电路相连的弹射降落伞装置及安全气囊保护装置。本设计中，保护装置控制电路与降落伞弹出装置以及快速充气装置通过有线方式相连。保护装置供电电源与上述的飞行器供电电源同时与保护装置相连并为其供电，保护装置控制电路可控制弹射降落伞装置以及保护气囊装置同时或顺序触发以此对多旋翼飞行器进行保护。

上述的接收器同时与保护装置控制电路的信号输入端相连，通过遥控设备可直接向保护装置控制电路发出控住信号，直接将保护装置触发。

Claims (3)

1.一种多旋翼飞行器安全保护装置，其特征在于，包括：位于多旋翼飞行器上端的弹射降落伞装置，多个收容于多旋翼飞行器螺旋桨底部的保护气囊，连接所述保护气囊的快速充气装置，控制电路，以及供电电源；所述降落伞弹射装置中放置有折叠的降落伞；其中：

所述弹射降落伞装置由外壳，直线电机，弹簧，活塞，航模舵机，电控装置组成；所述外壳为圆形桶体，桶体上端有筒盖；外壳底部设有螺纹孔用于多旋翼飞行器机体相固定，外壳内通过一块隔板分割成上下两层内腔，上层内腔中有一活塞，活塞的下端连接弹簧，弹簧的另一端固定在隔板上；活塞的中间位置连接一条钢绳，钢绳的一段与活塞底部相连，另一端连接一个环扣，该环扣设置在所述的下层内腔中，在下层内腔中设有一横向直线电机，该电机的输出轴与上述环扣套接在一起；降落伞放置在上层内腔的活塞顶部，降落伞的伞绳系于上层内腔侧壁；所述电控装置包括：MCU控制器、无线接收单元和电源，MCU控制器控制直线电机带动活塞运动，活塞运动压缩弹簧；所述航模舵机设置于外壳上，舵机信号由无人机遥控器控制，舵机通过悬臂压在外壳上端的筒盖上，使筒盖不开启；出现意外坠机情况下，由无人机遥控器发送遥控信号给无人机上的无线接收单元，无人机接收到信号后，航模舵机进行旋转带动悬臂运动离开筒盖，筒盖开启，降落伞弹出，实现对飞行器的安全保护；

所述快速充气装置由反应容器、电子打火机、安全阀门、单向阀及过滤器、通气导管和电源组成；其中，所述反应容器内放置有能够快速释放气体的化学试剂，电子打火机设置于反应容器内，与外面电源连接，电子打火机用于点燃反应容器内的固体化学试剂，以激发产生气体；安全阀门设置于反应容器一侧，当反应容器内达到压力使用要求时，安全阀用于泄压；反应容器下侧通过管道与充气囊连通，单向阀及过滤器设置于管道入口处；在充气过程中，单向阀门可根据反应容器的压力大小进行开启及闭合；过滤器用于过滤掉产生的水蒸气及固体杂质。

2.根据权利要求1所述的多旋翼飞行器安全保护装置，其特征在于，所述控制电路由飞行器控制电路、保护装置控制电路、接收器、调速器、保护装置供电电源、飞行器供电电源以及多个电机组成；飞行器控制电路用于控制飞行器稳定飞行，以此完成正常的各项工作任务；飞行器控制电路的信号输出端与调速器相连，调速器与电机相连，电机的输出轴上固定有螺旋桨；操作人员在地面上手持遥控器通过无线的方式实现对多旋翼飞行器进行控制，调速器接收到遥控器发出的信号后，将信号送至飞行器控制电路、由飞行器控制电路对信号进行判断，从而通过调速器和电机的控制实现对多旋翼飞行器的控制；保护装置控制电路用于在飞行器出现故障时，控制弹射降落伞装置以及连接保护气囊的快速充气装置同时或顺序触发，以此对飞行器进行保护；保护装置控制电路与弹射降落伞装置以及连接保护气囊的快速充气装置通过有线方式相连；保护装置供电电源与飞行器供电电源同时与保护装置相连并为其供电。

3.根据权利要求1所述的多旋翼飞行器安全保护装置，其特征在于，所述供电电源采用与飞行器供电电源共同供电的方式。

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