CN112478139B - 用于无人机的起落架控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种用于无人机的起落架控制系统及方法，系统包括机体、锁止件、起落架和电动组件；还包括固设在机体内部的控制器、加速度传感器以及测距传感器，加速度传感器和测距传感器均与控制器信号连接，控制器与舵机信号连接；控制器包括：输入模块，用于获取加速度传感器采集到的运行方向，并接收测距传感器采集到的离地间距；处理模块，用于检测无人机的运动方向，当运动方向为向下时，判断离地间距是否小于预设高度阈值，如果是，且无人机未放下起落架，则生成控制指令；和输出模块，用于接收控制指令，并根据控制指令驱动舵机放下起落架；采用本方案能够解决安全性偏低的问题。

Description

用于无人机的起落架控制系统及方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种用于无人机的起落架控制系统及方法。

背景技术

随着科学技术的发展，无人机以其突出的任务性能、更低的能量损耗和零伤亡等优势使其有广阔的应用前景。一般来说，无人机均安装有用于支撑机体的起落架，以便于无人机在着陆时，可以通过其起落架进行站立支撑。而为了避免固定于机体的起落架无法进行收放动作，而导致对无人机操作的影响，现有的无人机设有起落架收放功能。

例如，中国专利公开号为CN207697992U的文件中公开了一种多旋翼无人机起落架折叠收放装置，包括起落架支座、舵机支架、舵机、舵机臂、拉力弹簧、弹簧支座、大拉杆以及碳纤维圆管接头，舵机固定连接在舵机支架上，舵机通过舵机花键带动舵机臂转动，舵机臂一端活动连接在起落架支座的侧壁内测，舵机臂另一端与大拉杆的一端活动连接，拉力弹簧一端连接在大拉杆上，拉力弹簧另一端连接在弹簧支座上。

但在实际应用中，无人机起落架的收放动作一般都由用户通过遥控器手动操纵；在某些应用场合中，由于某些特殊原因可能导致无人机未及时放下起落架，进而导致无人机的机体直接与地面等障碍物接触而对无人机造成严重后果。例如，当用户在试飞具有起落架收放功能的无人机时，可能由于误操作等原因而忘记在无人机的降落过程中及时打开起落架开关，导致机体直接触地而炸机，存在安全性偏低的问题。

因此，现目前急需一种安全性更高的用于无人机的起落架控制系统及方法。

发明内容

本发明意在于提供一种用于无人机的起落架控制系统及方法，能够解决安全性偏低的问题。

本发明提供的基础方案为：用于无人机的起落架控制系统，包括：

机体，机体底部固定有连接件，连接件包括两块间隔设置的支撑板，两块支撑板上均设有多个第一通孔；

锁止件，锁止件包括套管、两个套筒、两个按压帽和弹簧，两个套筒分别固定在套管的左右两端，按压帽与套筒螺纹连接；弹簧位于在套管内，弹簧的左右两端分别两个按压帽转动连接，所述按压帽的高度大于套筒高度；按压帽的直径小于第一通孔，套筒的直径大于第一通孔；

起落架，起落架与机体铰接，起落架的铰接端设有横向贯通的第二通孔，套管穿入并固定在第二通孔内；套管和两个套筒的长度之和小于两块支撑板的间距，套管、两个套筒和两个按压帽的长度之和大于两块支撑板的间距；

电动组件，电动组件包括舵机、第一齿轮和第二齿轮，舵机固定在支撑板上，第一齿轮固定在舵机的输出轴上，第二齿轮固定在起落架的铰接端，第一齿轮和第二齿轮啮合；

还包括固设在机体内部的控制器、加速度传感器以及测距传感器，加速度传感器和测距传感器均与控制器信号连接，控制器与舵机信号连接；

控制器包括：

输入模块，用于获取加速度传感器采集到的运行方向，并接收测距传感器采集到的离地间距；

处理模块，用于检测无人机的运动方向，当运动方向为向下时，判断离地间距是否小于预设高度阈值，如果是，且无人机未放下起落架，则生成控制指令；

输出模块，用于接收控制指令，并根据控制指令驱动舵机放下起落架。

本发明的工作原理及优点在于：

由于机体的底部固设有连接件，通过锁止件能够起落架铰接在连接件中；又因为锁止件中按压帽和套筒为螺纹连接，当按压帽向内旋转，则可以缩小锁止件的整体长度，使起落架能够在连接件内活动；相应的，按压帽向外旋，锁止件恢复原长，并从第一通孔穿出后固定在连接件中；即通过按压帽与套筒之间的螺纹连接，可以实现起落架在连接件中两种状态(即可活动状态和锁止固定状态)的切换；

通过设置电动组件能够由舵机带动第一齿轮旋转，从而带动第二齿轮旋转，进而实现起落架的自动抬起和放下；所以在使用无人机起飞前，可先将按压帽逐渐向套筒内旋入，使起落架变为可活动的状态，起飞后通过舵机自动将起落架收起，飞机外形具有很好的流线形状，减小空气阻力并加快飞行速度，还能够降低纵向高度，能够使无人机在复杂环境中飞行更加灵活；

为了避免用户忘记控制起落架放下，通过加速器传感器以及测距传感器分别采集运动方向以及离地间距，如果无人机下降过程中离地间距小于预设阈值，而且起落架未放下，则可以生成控制舵机放下起落架的控制指令，使起落架能够对无人机的落地起到缓冲作用，防止炸机，从而提升安全性能。

进一步，还包括用户终端；处理模块还用于在生成控制指令的同时，生成告警信息；输入模块还用于将告警信息发送至用户终端。

有益效果：便于及时提醒用户出现未放下起落架的误操作，改善和优化无人机的控制方式。

进一步，第一齿轮和第二齿轮的连接方式为外啮合。

有益效果：采用外啮合的方式具有结构简单、制造方便以及工作可靠的优点；应用在本方案中不会占用太多安装空间。

进一步，第一齿轮与第二齿轮的齿数比为1:5。

有益效果：本方案中，第一齿轮与舵机的输出轴连接作为主动齿轮，第二齿轮则为从动齿轮，由于第一齿轮的齿数小于第二齿轮，相当于小齿轮驱动大齿轮旋转，扭矩更大，便于对起落架进行收放。

进一步，套筒设有内螺纹，按压帽的外表面设有外螺纹；按压帽远离套筒的一端为内六角螺帽。

有益效果：由于按压帽与套筒为螺纹连接，将按压帽采用内六角螺帽的设计，即可通过内六角扳手使按压帽向内、外的转动更加轻松省力，能够避免操作人员用手旋转按压帽所带来的不便。

进一步，起落架向上收起的角度小于45度。

有益效果：避免起落架收起角度超过45度，接触到上方的机翼，影响到无人机的飞行。

进一步，起落架的数量为两个，两起落架呈对称式铰接在机身底部；起落架采用的是碳纤维复合材料。

有益效果：两个起落架的支撑稳定性更好；而且采用的碳纤维复合材料具有高比强度，以及较好的结构尺寸稳定性和抗疲劳断裂性等优点；而且，由这种材料制成的起落架重量更轻，更容易被抬起。

进一步，弹簧采用的是螺旋弹簧。

有益效果，螺旋弹簧具备质量轻、占用空间小、不需润滑的特点。

本发明还提供了用于无人机的起落架控制方法，包括如下步骤：

S1、无人机起飞前，将按压帽旋入套筒内；

S2、起飞后，通过舵机带动起落架抬起；

S3、下降过程中，通过获取加速度传感器采集到的运行方向，并接收测距传感器采集到的离地间距；

S4、通过检测无人机的运动方向，当运动方向为向下时，判断离地间距是否小于预设高度阈值，如果是，且无人机未放下起落架，则生成控制指令；

S5、通过接收并根据控制指令驱动舵机放下起落架。

有益效果：采用本方案，无人机在起飞后可以自动收起起落架，能够减小空气阻力并加快飞行速度，并降低纵向高度，使无人机在复杂环境中飞行更加灵活；通过检测运动方向和离地高度能够避免无人机的降低过程用户忘记控制起落架放下，保证落地时起落架正常放下，起到缓冲作用，从而提升无人机的安全性能。

进一步，所述步骤S4中具体还包括步骤S41、生成控制指令的同时，向用户终端发送告警信息。

有益效果：便于及时提醒用户出现了误操作的情况。

附图说明

图1为本发明用于无人机的起落架控制系统及方法实施例一的无人机整体结构示意图。

图2为本发明用于无人机的起落架控制系统及方法实施例一的锁止件主视图。

图3为本发明用于无人机的起落架控制系统及方法实施例一的起落架和电动组件的结构示意图。

图4为本发明用于无人机的起落架控制系统及方法实施例一的系统框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：机体1、支撑板2、第一通孔3、套管4、套筒5、按压帽6、起落架7、舵机8、第一齿轮9、第二齿轮10。

实施例一

如图1-3所示，用于无人机的起落架控制系统，包括：

机体1，机体1底部固定有连接件，连接件包括两块间隔设置的支撑板2，两块支撑板2上均设有多个第一通孔3；

锁止件，锁止件包括套管4、两个套筒5、两个按压帽6和弹簧，两个套筒5分别固定在套管4的左右两端，按压帽6与套筒5螺纹连接；即套筒5内设有内螺纹，按压帽6的外表面设有外螺纹；并且，为了便于用户转动按压帽6，按压帽6远离套筒5的一端为内六角螺帽。弹簧采用的是螺旋弹簧，其位于在套管4内，弹簧的两端分别两个按压帽6转动连接，即弹簧在非压缩状态时，其两端分别两个按压帽接触；转动连接具体是指旋转按压帽时，由于弹簧与按压帽接触，弹簧会受力进行同向(旋转方向与旋转按压帽的方向相同)旋转并受压缩。按压帽6的高度大于套筒5高度；按压帽6的直径小于第一通孔3，套筒5的直径大于第一通孔3；

起落架7，起落架7与机体1铰接，起落架7的铰接端设有横向贯通的第二通孔，套管4穿入并固定在第二通孔内；套管4和两个套筒5的长度之和小于两块支撑板2的间距，套管4、两个套筒5和两个按压帽6的长度之和大于两块支撑板2的间距；起落架7的数量为两个，两起落架7呈对称式铰接在机身底部；起落架7采用的是碳纤维复合材料；

电动组件，电动组件包括舵机8、第一齿轮9和第二齿轮10，舵机8固定在支撑板2上，第一齿轮9固定在舵机8的输出轴上，第二齿轮10固定在起落架7的铰接端，第一齿轮9和第二齿轮10啮合；具体的，本实施例中第一齿轮9和第二齿轮10的具体啮合方式为外啮合，且第一齿轮9和第二齿轮10的齿数比为1:5。

还包括固设在机体1内部的控制器(采用的是DJI大疆无人机控制器)、加速度传感器以及测距传感器，加速度传感器的输出端和测距传感器的输出端均与控制器的输入端信号连接，控制器的输出端与舵机8的输入端信号连接；舵机8可采用市面上常用的奥松机器人(RobotBase)RB-150MG舵机8，除了包括输出轴以外，舵机8内部还包括变速齿轮、角度传感器、直流电机和控制电路；无人机控制器的输出端与舵机8控制电路的输入端信号连接，其工作原理主要是通过控制器给舵机8一个PWM信号(脉宽调制信号)，舵机8就会转到一个特定角度，该技术为现有技术，在此不再赘述；本方案中为了避免起落架7向上抬起的角度过大触碰到机臂，影响飞行，设定起落架7向上收起的角度小于45度。

如图4所示，控制器包括输入模块、处理模块和输出模块；其中：

输入模块用于获取加速度传感器采集到的运行方向，并接收测距传感器采集到的离地间距；具体的，可采用TOF(Time of flight)传感技术计算无人机的离地间距，即通过给目标连续发送光脉冲，然后用传感器接收从物体返回的光，通过探测光脉冲的飞行(往返)时间来得到目标物距离；在其他实施例中还可以采用激光雷达或红外传感器；运动方向的获取类似于现有电子式计步器，通过采用三轴加速度传感器感应在三维方向上的运动，除了加速度大小，还能得到相应的运动方向，该技术为现有技术，在此不再赘述。

处理模块用于检测无人机的运动方向，当运动方向为向下时，判断离地间距是否小于预设高度阈值(本实施例中将高度阈值设定为25米)，如果是，且无人机未放下起落架7，则生成控制指令；本实施例中，无人机在降落时起落架7是否被放下可以通过判断遥控器是否发出控制指令来确定，还可以根据舵机8的输出轴是否逆时针旋转进行确定，如果与左起落架7配合的舵机8逆时针旋转了一定角度(旋转角度需要达到40-45度)，判断起落架7处于放下状态；

输出模块用于接收控制指令，并根据控制指令驱动舵机8放下起落架7。

用于无人机的起落架7控制方法，上述系统基于本方法，包括如下步骤：

S1、无人机起飞前，将按压帽6旋入套筒5内；

S2、起飞后，通过舵机8带动起落架7抬起；

S3、下降过程中，通过获取加速度传感器采集到的运行方向，并接收测距传感器采集到的离地间距；

S4、通过检测无人机的运动方向，当运动方向为向下时，判断离地间距是否小于预设高度阈值，如果是，且无人机未放下起落架7，则生成控制指令；

S5、通过接收并根据控制指令驱动舵机8放下起落架7。

实施例二

与实施例一相比，不同之处仅在于，还包括用户终端(手机)；处理模块还用于在生成控制指令的同时，生成告警信息(请在无人机降落时放下起落架7)；输入模块还用于将告警信息发送至用户终端；

用于无人机的起落架7控制方法，在实施例一的基础上，步骤S4中具体还包括步骤S41、生成控制指令的同时，向用户终端发送告警信息。

实施例三

与实施例一相比，不同之处仅在于，无人机机体上固定有摄像头，还包括用于控制无人机的遥控器；遥控器上设置有手机支架，手机支架上固定有手机端，手机端用于获取摄像头拍摄的视频图像。手机端上还包括前置摄像头，该摄像头用于获取用户姿态图像；处理模块，还用于在无人机运动方向为向下时，判断用户姿态图像，若姿态图像中用户的目光焦点在手机上，则判断无人机处于低空飞行；反之，若用户姿态为注视前方，则判断无人机正在降落；还包括自纠正模块，用于在预设时间内，如果同时存在注视前方姿态和注视手机的用户姿态，则根据预设阈值处理当前升阻比，若当前升阻比小于预设阈值，则判定无人机正在降落；反之，则判定无人机处于低空飞行，则不打开起落架。

通常，用户需要控制无人机在某一区域进行低空飞行；所以，为了避免低空飞行时，无人机仍然打开起落架，影响用户体验。本方案通过遥控器上手机的摄像头对操控者的姿态进行采集，根据操控者的目光焦点反馈无人机的状态，即如果无人机要降落，操控者更多的是通过眼睛观察降落地面环境；如果无人机低空飞行，则还是会继续注视手机显示屏接收到的画面；最后，为了极端情况发生，还可以根据升阻比进行反馈，得到准确度更高的检测结果。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.用于无人机的起落架控制系统，其特征在于，包括：

机体，机体底部固定有连接件，连接件包括两块间隔设置的支撑板，两块支撑板上均设有多个第一通孔，机体上还固定有摄像头；

锁止件，锁止件包括套管、两个套筒、两个按压帽和弹簧，两个套筒分别固定在套管的左右两端，按压帽与套筒螺纹连接；弹簧位于在套管内，弹簧的左右两端分别与两个按压帽转动连接，所述按压帽的高度大于套筒高度；按压帽的直径小于第一通孔，套筒的直径大于第一通孔；

起落架，起落架与机体铰接，起落架的铰接端设有横向贯通的第二通孔，套管穿入并固定在第二通孔内；套管和两个套筒的长度之和小于两块支撑板的间距，套管、两个套筒和两个按压帽的长度之和大于两块支撑板的间距；

电动组件，电动组件包括舵机、第一齿轮和第二齿轮，舵机固定在支撑板上，第一齿轮固定在舵机的输出轴上，第二齿轮固定在起落架的铰接端，第一齿轮和第二齿轮啮合；

还包括固设在机体内部的控制器、加速度传感器以及测距传感器，加速度传感器和测距传感器均与控制器信号连接，控制器与舵机信号连接；

还包括用于控制无人机的遥控器，所述遥控器上设置有手机支架，手机支架上固定有手机端；手机端还包括前置摄像头，所述前置摄像头用于获取用户姿态图像；

控制器包括：

输入模块，用于获取加速度传感器采集到的运行方向，并接收测距传感器采集到的离地间距；

处理模块，用于检测无人机的运动方向，当运动方向为向下时，判断离地间距是否小于预设高度阈值，如果是，且无人机未放下起落架，则生成控制指令； 还用于在无人机运动方向为向下时，判断用户姿态图像，若姿态图像中用户的目光焦点在手机上，则判断无人机处于低空飞行；反之，若用户姿态为注视前方，则判断无人机正在降落；

还包括自纠正模块，用于在预设时间内，如果同时存在注视前方姿态和注视手机的用户姿态，则根据预设阈值处理当前升阻比，若当前升阻比小于预设阈值，则判定无人机正在降落；反之，则判定无人机处于低空飞行，则不打开起落架；

输出模块，用于接收控制指令，并根据控制指令驱动舵机放下起落架。

2.根据权利要求1所述的用于无人机的起落架控制系统，其特征在于：还包括用户终端；处理模块还用于在生成控制指令的同时，生成告警信息；输入模块还用于将告警信息发送至用户终端。

3.根据权利要求1所述的用于无人机的起落架控制系统，其特征在于：第一齿轮和第二齿轮的连接方式为外啮合。

4.根据权利要求3所述的用于无人机的起落架控制系统，其特征在于：第一齿轮与第二齿轮的齿数比为1:5。

5.根据权利要求1所述的用于无人机的起落架控制系统，其特征在于：套筒设有内螺纹，按压帽的外表面设有外螺纹；按压帽远离套筒的一端为内六角螺帽。

6.根据权利要求1所述的用于无人机的起落架控制系统，其特征在于：起落架向上收起的角度小于45度。

7.根据权利要求1所述的用于无人机的起落架控制系统，其特征在于：起落架的数量为两个，两起落架呈对称式铰接在机身底部；起落架采用的是碳纤维复合材料。

8.根据权利要求1所述的用于无人机的起落架控制系统，其特征在于：弹簧采用的是螺旋弹簧。

9.用于无人机的起落架控制方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的用于无人机的起落架控制系统，包括如下步骤：

S1、无人机起飞前，将按压帽旋入套筒内；

S2、起飞后，通过舵机带动起落架抬起；

S3、下降过程中，通过获取加速度传感器采集到的运行方向，并接收测距传感器采集到的离地间距；

S4、通过检测无人机的运动方向，当运动方向为向下时，判断离地间距是否小于预设高度阈值，如果是，且无人机未放下起落架，则生成控制指令；

S5、通过接收并根据控制指令驱动舵机放下起落架。

10.根据权利要求9所述的用于无人机的起落架控制方法，其特征在于：所述步骤S4中具体还包括步骤S41、生成控制指令的同时，向用户终端发送告警信息。

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