CN111164014B - 坠落检测装置、检测飞行器坠落的方法、降落伞或滑翔伞的展开装置及安全气囊装置 - Google Patents

坠落检测装置、检测飞行器坠落的方法、降落伞或滑翔伞的展开装置及安全气囊装置 Download PDF

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Abstract

本发明的课题是提供一种能够在安全方面提高可靠性的坠落检测装置、检测飞行器坠落的方法、降落伞或滑翔伞的展开装置和安全气囊装置。解决方法是一种检测飞行器坠落的装置，具有检测部，其可检测飞行器的飞行状态；运算部，其基于从所述检测部得到的飞行器飞行状态的数据，能够判定飞行器的飞行状态是否异常；异常信号输出部，其在所述运算部判定飞行器的飞行状态异常时，能够输出异常信号至外部。所述运算部以1kHz以上的采样频率从所述检测部获得数据，在所述数据在预先设定的预定阈值以上时，判定该数据是示出飞行器的飞行状态异常的数据还是作为无用数据的噪声，在判定该数据是示出飞行器的飞行状态异常的数据时，判定所述飞行器的飞行状态异常。

Description

坠落检测装置、检测飞行器坠落的方法、降落伞或滑翔伞的展 开装置及安全气囊装置
技术领域
本发明涉及一种搭载于飞行器上的坠落检测装置、检测飞行器坠落的方法、降落伞或滑翔伞的展开装置及安全气囊装置。
背景技术
近年，伴随着自主控制技术和飞行控制技术的发展，例如被称为无人机的具有多个旋翼的飞行器在产业上的利用也在加速发展。无人机例如通过同时使多个旋翼平衡地旋转飞行，通过旋翼的旋转次数的增减实现上升和下降，借由旋翼的旋转次数的增减使机体倾斜从而实现前进和后退。可以预见，今后该种飞行器将会在全球有所发展。
另一方面，上述飞行器的坠落事故风险被认为十分危险，妨碍了飞行器的普及。为了降低坠落事故的风险，作为安全装置，降落伞展开装置和安全气囊装置等被商品化。例如，专利文献1公开了一种用于飞行器的自动开伞装置，其在检测到飞行器在规定高度以上后，将飞行姿态参数和电池容量参数与预设值进行比较判断，检测出异常时停止飞行器的电源供给，自动打开降落伞。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:中国专利申请公开第105775142号说明书
发明内容
发明要解决的课题
但是，在以上述专利文献为代表的现有技术中，关于飞行器的异常检测尚有可进一步提高迅速性和可靠性的空间。具体而言，现有技术未考虑收集用于飞行器异常检测的数据的迅速性和可靠性，在意欲提高飞行器异常检测的精度时，无法避免误运行。
因此，本发明的目的是，提供一种能在安全方面提高飞行器的可靠性的坠落检测装置、检测飞行器坠落的方法、降落伞或滑翔伞的展开装置及安全气囊装置。
解决课题的方法
(1)本发明为一种坠落检测装置，可搭载于飞行器上，同时可检测所述飞行器的坠落，其特征在于：具有检测部，其能够检测所述飞行器的飞行状态；运算部，其可基于所述检测部得到的所述飞行器的飞行状态数据，判定所述飞行器的飞行状态是否异常；异常信号输出部，其在所述运算部判定所述飞行器的飞行状态异常时，可将异常信号输出到外部，所述运算部以1kHz以上的采样频率从所述检测部获得数据，并进行该数据是示出所述飞行器的飞行状态异常的数据还是作为无用数据的噪声的判定(以下称为信号/噪声判定)，当判定该数据是示出所述飞行器的飞行状态异常的数据时，判定所述飞行器的飞行状态异常。另外，所述运算部也可以是在判定所述飞行器的飞行状态异常时，将异常信号输出给外部的构件。
根据上述(1)的构成，因为采样频率比以往的大，即使检测部实测出的数据中混入了噪声，也能够容易判别示出飞行器飞行状态异常的数据(信号)和作为无用数据的噪声。因此，能够准确检测飞行器的飞行状态是否异常。进而，因为无需担心电噪声和机械噪声等噪声，无需像以往一样，对于坠落检测装置，对现有构件实施电磁波屏蔽构件的安装或电磁波屏蔽处理等，因此与以往相比，能够更轻量化和低成本化。
(2)在上述(1)的坠落检测装置中，所述运算部包含以所述1kHz以上的采样频率从所述检测部获得所述数据的异常模式，和在非异常的一般情况时，所述运算部以小于1kHz的采样频率从所述检测部获得数据的一般模式，优选初始状态为所述一般模式，而在所述一般模式中从所述检测部获得的数据在预定阈值以上时，从所述一般模式切换到所述异常模式，而从所述检测部获得数据。
根据上述(2)的构成，由于一般情况时使用一般模式，紧急状态时使用异常模式的构成，与上述(1)的构成相比，能够抑制数据收集的浪费(能够只选出精查必要性高的数据进行收集)，因此与上述(1)的构成相比，能够抑制电量的耗费。
(3)在上述(1)或(2)的坠落检测装置中，优选所述运算部基于从所述检测部获得的数据算出而得到的所述数据的半峰宽或峰面积信息，进行所述信号/噪声判定。
根据上述(3)的构成，在运算部中，算出信号和噪声的半峰宽或峰面积，并对此进行利用，由此与以往相比，能够对检测部实测获得的数据进行精度更高的信号/噪声判定。
(4)从其他角度看，本发明也可以为一种检测具有安全装置的飞行器的坠落的方法，其特征在于，具有：数据获得步骤，其以1kHz以上的采样频率获得所述飞行器的飞行状态数据；第1判定步骤，其判定在所述数据获得步骤中获得的数据是否在预先设定的预定阈值以上；第2判定步骤，通过所述第1判定步骤判定所述数据在预先设定的预定阈值以上时，判定该数据是示出所述飞行器的飞行状态异常的数据还是作为无用数据的噪声；以及通过所述第2判定步骤判定该数据是示出所述飞行器的飞行状态异常的数据时，启动所述安全装置的步骤。
通过上述(4)的构成，能够起到与上述(1)相同的效果。
(5)从其他角度看，本发明的降落伞或滑翔伞的展开装置具有上述(1)至(3)中任一坠落检测装置，能够展开的降落伞或滑翔伞，以及在所述坠落检测装置输出所述异常信号时，接收所述异常信号并射出所述降落伞或所述滑翔伞的射出部。
根据上述(5)的构成，因为具有即使实测的数据混入了噪声，也能容易判别信号和噪声的坠落检测装置，在能够保证降落伞或滑翔伞的展开装置运行的同时，能够防止该展开装置的误运行。由此，能够在安全方面提高降落伞或滑翔伞的展开装置的可靠性。
(6)进而从其他角度看，本发明的安全气囊装置具有可以膨胀的安全气囊，上述(1)至(3)中任一坠落检测装置，以及在所述坠落检测装置输出所述异常信号时，接收所述异常信号并向所述安全气囊内供给气体的气体产生器。
根据上述(6)的构成，因为具有即使实测的数据混入了噪声，也能容易判别信号和噪声的坠落检测装置，在能够保证安全气囊装置运行的同时，能够防止安全气囊装置的误运行。由此，能够在安全方面提高安全气囊装置的可靠性。
发明的效果
通过本发明，能够提供一种可在安全方面提高飞行器的可靠性的坠落检测装置、检测飞行器坠落的方法、降落伞或滑翔伞的展开装置和安全气囊装置。
附图说明
[图1]为示出应用本发明一实施方案中的降落伞或滑翔伞的展开装置的飞行器的一例的图。
[图2]为示出本发明一实施方案中的降落伞或滑翔伞的展开装置的截面图。
[图3]为示出设置于图2展开装置上的坠落检测装置的功能构成的框图。
[图4](a)是示出信号和噪声的示例的图表，(b)是说明峰面积的图表。
[图5]为示出坠落检测装置运行的一个示例的流程图。
[图6]为示出具有应用坠落检测装置的安全气囊装置的飞行器一个示例的图。
[图7]为示出具有应用坠落检测装置的安全气囊装置的飞行器另一示例的图。
[图8]为示出坠落检测装置运行的其他示例的流程图。
具体实施方式
下文参照附图，对应用本发明一实施方案的降落伞或滑翔伞的展开装置的飞行器进行说明。
图1是示出应用降落伞或滑翔伞的展开装置90的飞行器的一个示例的图。如图1所示，飞行器100具有机体1，与机体1结合并推进该机体1的1个以上的推进机构(例如推进器等)2，设置于机体1的下部的多个腿部3，降落伞或滑翔伞的展开装置90。降落伞或滑翔伞的展开装置90设置于机体1上。
另外，图2示出了降落伞或滑翔伞的展开装置90的一个示例，在图2中举出了使降落伞展开的展开装置的一个示例，下文进行说明。
如图2所示，降落伞或滑翔伞的展开装置90具有致动器88和降落伞或滑翔伞86。致动器88具有包含容纳点火药(图略)的杯状盒85的点火器84，包含凹部82和与该凹部82一体成形的活塞头83的活塞81，收纳活塞81并限制该活塞81的推进方向的有底筒状机壳80。降落伞或滑翔伞86为以配置于活塞头83上的状态被收纳于机壳80内的构件，即降落伞。在该构成中，能够通过推进活塞81直接推出降落伞或滑翔伞86，使其展开。另外，在初始状态，盖87闭合机壳80的开口端部，通过推出降落伞或滑翔伞86，从上述开口端部脱落。
另外，降落伞或滑翔伞的展开装置90具有包含检测飞行器异常的加速传感器等的坠落检测装置40(图2中略)。
在该构成中，坠落检测装置40检测出异常时，通过点火器84的点火产生的气压推进活塞81。由此，能够通过活塞81的推进力，直接推出降落伞或滑翔伞86，使其展开。
在此对坠落检测装置40的功能性构成进行说明。坠落检测装置40如图3所示，具有传感器(检测部)11和控制部(有CPU、ROM、RAM等的电脑)20，并与展开装置90的点火器84电连接。
传感器11检测飞行器100的飞行状态(包含冲撞，坠落等)。具体而言，传感器11例如是从加速传感器、陀螺仪传感器、气压传感器、激光传感器、超声波传感器等传感器中选择的一种以上的传感器，能够获得飞行器100的速度、加速度、倾斜度、高度、位置等飞行器100的飞行状态数据。
控制部20作为功能性构成具有传感器异常检测部21，运算部22，通知部23。这些传感器异常检测部21、运算部22和通知部23通过控制部20运行预定程序实现其功能。
传感器异常检测部21检测传感器11的异常状态。即，传感器异常检测部21检测传感器11是否能够正常地运行。
运算部22基于传感器11实测获得的各数据，判定飞行器的飞行状态是否异常，具体而言判定飞行器100是否受到冲击(或是否受到了冲撞)。另外，运算部22的数据收集间隔(采样频率)例如可设定为1kHz以上的任一值(优选1kHz以上10KHz以下的任一值)，在本实施方案中，设定为10kHz。另外，运算部22在判定飞行器的飞行状态异常时，将异常信号(也包含启动其他机器或使其运行的命令信号)输出至外部，但也可以设置不同于运算部22的异常信号输出部，根据运算部22的命令，让该异常信号输出部输出异常信号。
另外，此处将检测到冲击时被检测的数据作为信号，作为电噪声或机械噪声产生的无用数据作为噪声。另外，图4(a)示出了上述信号和上述噪声的示例。信号的半峰宽比噪声的宽。利用这些特性，运算部22能够将采样频率取10kHz并采集数据，算出图4示出的信号和噪声的半峰宽或峰面积。并且，运算部22可基于这些信号和噪声的半峰宽或峰面积信息，对是信号还是噪声进行判定(信号/噪声判定)。另外，峰面积是指如图4(b)所示的斜线部的范围，即连接作为对象的波形的起点(基线起点)和终点(基线终点)的平行于时间轴的直线(基线)与作为对象的数据的波形(具有峰起点、峰顶、峰终点)所包围部分的面积。另外，运算部22在将数据判定为信号时，会认定飞行器100受到了冲击，将展开装置启动信号输出至降落伞或滑翔伞的展开装置90。
通知部23在传感器异常检测部21检测到传感器11异常时，通知管理员等检测到异常。
接下来，使用流程图对本实施方案的坠落检测装置40的运行流程进行说明。
如图5所示，首先传感器异常检测部21对传感器11进行异常检测(步骤S1)。具体而言，通过传感器异常检测部21检测测量飞行器加速度的加速度传感器等是否正常运行。
步骤S1的结果没有被判定为无异常时(步骤S2中的NO)，传感器异常检测部21向管理员等发出错误通知(步骤S3)，并结束。相反，步骤S1的结果被判定为无异常时(步骤S2中的YES)，运算部22读取传感器11实测的各数据(步骤S4)。
步骤S4后，运算部22判定传感器11实测获得的数据是信号还是噪声(步骤S5)。获得的数据不是信号(步骤S6中的NO)时，运算部22返回步骤S4的处理。
相反，如果获得的数据是信号(步骤S6中的YES)，运算部22将展开装置启动信号(异常信号)输出至降落伞或滑翔伞的展开装置90(步骤S7)。另外，作为一个变形例，在获得的数据为信号时，进而该信号的峰值高度(峰顶)在预定阈值以上时，运算部22也可以将展开装置启动信号输出至降落伞或滑翔伞的展开装置90。
接着，接收到展开装置启动信号的降落伞或滑翔伞的展开装置90启动，使降落伞或滑翔伞展开(步骤S8)，并结束。
由此，通过本实施方案，即使实测的数据混入了噪声，因为具有采样频率比以往更大而能够容易判别信号和噪声的坠落检测装置40，由此能够保证展开装置90的运行，同时能够防止该展开装置90的误运行。由此，能够在安全方面提升降落伞或滑翔伞的展开装置90的可靠性。进而，因为无需考虑噪声，无需像以往一样，对现有构件实施电磁波屏蔽构件的安装或电磁波屏蔽处理等，因此与以往相比，能够更轻量化和低成本化。
另外，通过本实施方案，因为运算部22算出信号和噪声的半峰宽或峰面积，并对此进行利用，由此与以往相比，可对传感器11实测获得的数据进行更高精度的信号/噪声判定。
另外，通过本实施方案，因为通过传感器异常检测部21检测传感器11的运行状态，可以了解该传感器11是否正常运行。由此，能够实现保证传感器11的运行。由此，可以防止在不明确传感器11能否运行时就启动展开装置90。另外，通过运算部22，能够在安全方面提高展开装置90的可靠性。
另外，通过本实施方案，在传感器异常检测部21检测出传感器11异常时，通过通知部23通知管理员等检测到异常。由此，管理员等能够容易并迅速地知道上述异常。
接下来，对具有应用上述实施方案的坠落检测装置的安全气囊装置的飞行器200、300进行说明。另外，在后述的图6中，和图1后两位数字相同的附图标记的部位，若没有特别标注，与图1中说明的部位相同，因此省略说明。同样，在后述图7中，和图1及图6后两位数字相同的附图标记的部位，若没有特别标注，与图1及图6中说明的部位相同，因此省略说明。另外，此处使用的安全气囊装置中，通过具有点火器的气体产生器产生的气压使安全气囊膨胀。另外，气体产生器如果能够向安全气囊内供给气体，任何种类均可，例如可以是高压储气瓶式等。
如图6所示，飞行器200具有安全气囊装置210，该安全气囊装置210基于与上述点火器84相同的点火器点火运行产生的气压使安全气囊211膨胀。安全气囊装置210设置在与被设置于通常姿态时的机体201下部的降落伞或滑翔伞的展开装置190相向的机体201上。
在此构成中，通过搭载于安全气囊装置210的坠落检测装置(图略)判定传感器(图略)实测获得的数据是信号时，与上述坠落检测装置40同样地，从坠落检测装置向点火器发送展开装置启动信号，该点火器运行。另外，通过搭载于安全气囊装置210的坠落检测装置判定传感器(图略)实测获得的数据为噪声时，坠落检测装置不向点火器发送展开装置启动信号。
另外，通过上述点火器运行产生的气压，安全气囊311膨胀。由此，在飞行器降落时，能够保护障碍物和搭载物，特别是步行者。
另外，如图7所示，在飞行器300中，安全气囊装置310也可以设置在与被设置于通常姿态时的机体301上部的降落伞或滑翔伞的展开装置290相向的机体301上。另外，飞行器300中，设备(图略)设置在通常姿态时的机体301的下部。
在该构成中，通过搭载于安全气囊装置310的坠落检测装置(图略)判定传感器(图略)实测获得的数据是信号时，与上述坠落检测装置40同样地，从坠落检测装置向点火器发送展开装置启动信号，该点火器运行。另外，通过搭载于安全气囊装置310的坠落检测装置判定传感器(图略)实测获得的数据是噪声时，坠落检测装置不向点火器发送展开装置启动信号。
另外，飞行器300降落时，通过上述安全气囊装置310使安全气囊311膨胀时，能够保护步行者和障碍物，特别是飞行器300的上述设备。
由此，安全气囊装置210、310因为具有坠落检测装置(图略)，能够防止安全气囊装置210、310的误运行。由此，能够提高安全气囊装置210、310在安全方面的可靠性。其他作用效果与上述降落伞或滑翔伞的展开装置90相同。
虽然上文基于附图对本发明的实施方式进行了说明，但是具体构成不限于上述实施方式。本发明的范围并非由上述实施方案的说明而是由权利要求示出，进而包含与权利要求等同的意义和范围内的所有改变。
另外，在上述实施方案中，使传感器异常检测部21、运算部22和通知部23通过软件在功能上实现，但不限于此，也可以由硬件构成。
另外，在上述实施方案中，关于读取传感器实测获得的数据，将运算部22的采样频率设定为单一的10kHz。与之相替，运算部也可以适当分为一般模式(设定为采样频率小于1kHz(优选100Hz以下)的任一值)和异常模式(设定为采样频率1kHz以上(优选1kHz以上10kHz以下)的任一值)构成。下文示出该构成的具体示例。另外，使用与上述实施方案相同的部位名的，如未特殊说明，表示相同部位，有时省略说明。另外，未特别说明的部位是与上述实施方案相同的部位，有时省略说明。
本变形例的坠落检测装置中的运算部一般情况时使用上述一般模式，在传感器检测到受到一定冲击时，从上述一般模式切换到上述异常模式后，进行与上述实施方案相同的信号/噪声判定。
接下来用流程图对本变形例的坠落检测装置的运行流程进行说明，另外，本变形例的坠落检测装置中的运算部在初始状态时为上述一般模式。
如图8所示，首先传感器异常检测部对传感器进行异常检测(步骤S11)。具体而言，通过传感器异常检测部检测测量飞行器加速度的加速度传感器等是否正常运行。
步骤S11的结果没有被判定为无异常时(步骤S12中的NO)，传感器异常检测部向管理员等发出错误通知(步骤S13)，并结束。相反，步骤S11的结果被判定为无异常时(步骤S12中的YES)，运算部通过上述一般模式(此处例如将采样频率设定为100Hz)读取传感器实测的各数据(步骤S14)。
步骤S14后，判定实测的数据值(峰值高度(峰顶))是否在预定阈值以上(步骤S15)。获得的数据值不在预定阈值以上时(步骤S15中的NO)，运算部22返回步骤S14的处理。
相反，如果获得的数据值在预定阈值以上(步骤S15中的YES)，运算部从上述一般模式切换到上述异常模式(此处例如将采样频率设定为1kHz)，读取传感器实测的各数据(步骤S16)。
步骤S16后，运算部判定传感器实测获得的数据是信号还是噪声(步骤S17)。获得的数据不是信号时(步骤S18中的NO)，运算部返回步骤14的处理。
相反，获得的数据是信号时(步骤S18中的YES)，运算部将展开装置启动信号(异常信号)输出至降落伞或滑翔伞的展开装置(步骤S19)。另外，作为一个变形例，也可以在获得的数据为信号时，进而该信号的峰值高度(峰顶)在其他预定阈值以上时，运算部22将展开装置启动信号输出至降落伞或滑翔伞的展开装置90。
接着，接收到展开装置启动信号的降落伞或滑翔伞的展开装置启动，使降落伞或滑翔伞展开(步骤S20)，并结束。
由此，能够达到与上述实施方案的降落伞或滑翔伞的展开装置90相同的作用效果。另外，在本变形例的运算部中，通过一般情况时使用一般模式，紧急时使用异常模式的构成，与上述实施方案相比，能够抑制数据收集的浪费(能够只选出精查必要性高的数据进行收集)，由此与上述实施方案相比，能够抑制电量的消耗。
附图标记说明
1，201，301 机体
2，202，302 推进机构
3，203，303 腿部
20 控制部
21 传感器异常检测部
22 运算部
23 通知部
80 机壳
81 活塞
82 凹部
83 活塞头
84 点火器
85 盒
86 降落伞或滑翔伞
87 盖
88 致动器
90，190，290 降落伞或滑翔伞的展开装置
100，200，300 飞行器
210，310 安全气囊装置
211，311 安全气囊

Claims (6)

1.一种坠落检测装置，其能够搭载于飞行器上，同时可检测所述飞行器的坠落，其特征在于，具有：
检测部，其能够检测所述飞行器的飞行状态；和
运算部，其能够基于从所述检测部获得的所述飞行器的飞行状态的数据，判定所述飞行器的飞行状态是否异常，
所述运算部以1kHz以上的采样频率从所述检测部获得所述数据，判定该数据是示出所述飞行器的飞行状态异常的数据还是作为无用数据的噪声,即进行信号/噪声判定，当判定是示出所述飞行器的飞行状态异常的数据时，判定所述飞行器的飞行状态异常。
2.根据权利要求1所述的坠落检测装置，其特征在于：
所述运算部包含
异常模式，以所述1kHz以上的采样频率从所述检测部获得所述数据；和
一般模式，在非异常的一般情况时，所述运算部以小于1kHz的采样频率从所述检测部获得所述数据，
初始状态为所述一般模式，而在所述一般模式中，从所述检测部获得的所述数据在预定阈值以上时，从所述一般模式切换到所述异常模式，从所述检测部获得所述数据。
3.根据权利要求1或2所述的坠落检测装置，其特征在于：
所述运算部基于从所述检测部获得的所述数据算出而得到的所述数据的半峰宽或峰面积信息，进行所述信号/噪声判定。
4.一种检测飞行器坠落的方法，其检测具有安全装置的飞行器的坠落，其特征在于，具有：
数据获得步骤，以1kHz以上的采样频率获得所述飞行器的飞行状态的数据；
第1判定步骤，判定在所述数据获得步骤中获得的所述数据是否在预先设定的预定阈值以上；
第2判定步骤，通过所述第1判定步骤判定所述数据在预先设定的预定阈值以上时，判定是示出所述飞行器的飞行状态异常的数据还是作为无用数据的噪声；和
通过所述第2判定步骤判定是示出所述飞行器的飞行状态异常的数据时，启动所述安全装置的步骤。
5.一种降落伞或滑翔伞的展开装置，具有
权利要求1至3中任一项所述的坠落检测装置；
可展开的降落伞或滑翔伞；和
射出部，其在所述坠落检测装置输出所述异常信号时，接收所述异常信号，射出所述降落伞或所述滑翔伞。
6.一种安全气囊装置，其特征在于，具有：
能够膨胀的安全气囊；
权利要求1至3中任一项所述的坠落检测装置；和
气体产生器，其在所述坠落检测装置输出所述异常信号时，接收所述异常信号，向所述安全气囊内供给气体。
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