CN112591107B - 一种用于海上作业旋翼无人机的安全保护装置及保护方法 - Google Patents

Abstract

一种用于海上作业旋翼无人机的安全保护装置及保护方法，所述装置包括安全伞系统及漂浮系统，所述安全伞系统整体安装于旋翼机机体(6)正上方，通过绑带与旋翼无人机(6)固定连接，漂浮系统包括可调式起落架和气囊装置(7)，可调式起落架安装于无人机机体(6)下方。

Description

一种用于海上作业旋翼无人机的安全保护装置及保护方法

技术领域

本发明属于飞行器技术领域，具体涉及一种用于海上作业旋翼无人机的安全保护装置及保护方法。

背景技术

目前旋翼无人机飞行过程中因特殊情况失控坠机后，往往与传统飞行器一般，通过搜索黑匣子来找寻失事无人机。目前技术情况下，没有针对海上飞行的无人机进行针对性保护的装置及方法，所以，当无人机在海上或水面上坠机失事后，打捞难度极大，就算打捞成功，相关机载数据也难以恢复，可能会造成难以估计的后果。

发明内容

针对传统技术对海上作业无人机失事后保护搜救不利这一困难，设计了一套安全保护装置，该装置包括安全伞系统及漂浮系统；安全伞系统包括安全伞外壳、绑带、安全伞、激发装置、开伞电控装置；安全伞外壳包括壳盖、方舱、上圆壁、内扣环；安全伞包括伞体、伞绳；激发装置包括锁止弹簧、PWM开关、安装板一、支腿、安装板二；开伞电控装置包括微控制器STM32F103C8T6、MPU6050陀螺仪传感器、BMP180气压传感器、HC-05蓝牙通信模块；漂浮系统包括气囊装置、可调式起落架、飞行数据记录仪、气囊电控装置；气囊装置包括安装底座、气囊、网带、弹性固定带、滑轨；可调式起落架包括固定支腿、可调支腿、电动伸缩缸；气囊电控装置包括微控制器STM320F103C8T6、HC-05蓝牙通信模块、超声波测距模块、L1激光测距模块。

安全伞系统整体安装于旋翼机机体正上方，通过绑带与旋翼无人机固定连接；安全伞系统包括安全伞外壳、绑带、安全伞、激发装置、开伞电控装置；安全伞外壳包括壳盖、方舱、上圆壁、内扣环；安全伞包括伞体、伞绳。激发装置包括锁止弹簧、PWM开关、安装板一、支腿、安装板二；开伞电控装置包括微控制器STM32F103C8T6、MPU6050陀螺仪传感器、BMP180气压传感器、HC-05蓝牙通信模块。

安全伞外壳内部存放安全伞未打开时安全伞系统的所有装置，安全伞外壳下表面与绑带粘连，绑带穿过无人机机体，使安全伞外壳下表面与无人机机体上表面紧贴；安全伞外壳包括壳盖、方舱、上圆壁、内扣环。

进一步的，方舱内存放安全伞、激发装置、开伞电控装置，方舱与壳盖通过上圆壁连接，上圆壁内部安装有多个内扣环。

安全伞用于判断海上作业无人机失事后开伞，利用空气阻力帮助无人机缓降；安全伞包括伞体、伞绳。

进一步的，伞体通过伞绳与安全伞外壳底部连接，伞绳的数量与内扣环相等，伞绳安装时穿过内扣环，伞绳一端与伞体外延处固定，所有伞绳的另一端均固定在安装板二中心处。

激发装置在收到开伞指令后作出开伞动作，激发装置安装在方舱内，激发装置包括锁止弹簧、PWM开关、安装板一、支腿、安装板二。

进一步的，安装板二下表面与安全伞外壳底部重合，安装板二固定在安全伞外壳底部中心处，安装板二上表面设置有四个支腿，安装板二上表面中心处是伞绳一端的固定位置，安装板一下表面通过支腿与安装板二固定连接，安装板一上表面安装PWM开关及锁止弹簧，弹簧上表面与收拢的安全伞伞体接触；未执行开伞动作时，PWM开关处于关闭状态，通过绳子限位，锁止弹簧处于压缩状态，执行开伞动作时，PWM开关检测到脉冲信号，开关打开，驱动步进电机割断绳子，弹簧的弹力激发，壳盖被顶落，伞体被顶出安全伞外壳。

开伞电控装置用于判断是否开伞及开伞时机，当判断执行开伞动作时，会输出对应频率的PWM脉冲信号，用以激发PWM开关；开伞电控装置安装在安装板二上，包括微控制器STM32F103C8T6、MPU6050陀螺仪传感器、BMP180气压传感器、HC-05蓝牙通信模块。

进一步的，STM32F103C8T6微控制器使用MPU6050传感器、BMP180气压传感器采集飞行过程中的飞行数据，使用HC-05蓝牙通信模块在无人机失事时发送失事信号给气囊电控装置，其中MPU6050传感器的SDA和SCL与微控制器的PB6和PB7相连，利用IIC协议进行数据传输，BMP180气压传感器的SDA和SCL接口与微控制器的PB10和PB11相连，利用IIC协议进行传输数据，HC-05蓝牙通信模块的RXD_TTL和TXD_TTL与微控制器的PA9和PA10相连，利用IIC协议进行传输数据；微控制器不断检测MPU6050传感器的数据和BMP180气压传感器的数据，获取无人机飞行过程中的飞行数据(横滚角、俯仰角、偏航角、z轴加速度、飞行高度)；无人机失事情况分为二种，第一种为无人机因动力装置失效而自由落体，第二种为无人机机身翻转超过一定角度后失控；Z轴加速度数据和飞行高度的变化确定无人机处于自由落体；当横滚角、俯仰角超出安全阈值时即判断无人机已经处于失事状态；当微控制器识别到无人机处于失事状态时通过PB3口输出对应频率的PWM脉冲信号，以激发PWM开关，并通过蓝牙通信模块将无人机失事信号传给气囊电控装置；PWM开关检测到脉冲信号，开关打开，驱动步进电机割断绳子，弹簧的弹力激发，壳盖被顶落，伞体被顶出安全伞外壳；安全伞正常打开，减缓无人机下降速度。

漂浮系统通过替换无人机原始起落架，通过起落架与机体固定连接，整体安装于无人机机体下方；漂浮系统包括气囊装置、可调式起落架、飞行数据记录仪、气囊电控装置；气囊装置包括安装底座、气囊、网带、弹性固定带、滑轨；可调式起落架包括固定支腿、可调支腿、电动伸缩缸；气囊电控装置包括微控制器STM320F103C8T6、HC-05蓝牙通信模块、超声波测距模块(L1激光测距模块)。

气囊装置是在无人机接近海面时打开的，其作用有二，一是减弱坠机时无人机与海面撞击产生的冲击力，二是通过非对称式支腿令无人机倾倒，倾倒的同时使飞行数据记录仪产生纵向位移，确保飞行数据记录仪一直处于海平面以上，便于搜救无人机。气囊装置包括安装底座、气囊、网带、弹性固定带、滑轨。

进一步的，安装底座上表面设置两个滑轨，固定支腿与安装底座铰链，可调支腿安装在安装底座的滑轨内，安装底座中心设有一个可以通过飞行数据记录仪的通孔，网带一端固定安装在上表面，通过下表面穿过通孔，包裹飞行数据记录仪后再从通孔穿过，再经过下表面另一侧绕到安装底座上表面另一侧，固定在安装底座上表面另一侧；通孔内安装飞行数据记录仪，飞行记录仪上表面由网带包裹，下表面由弹性固定带支撑，弹性固定带两端分别固定在安装底座下表面两侧；飞行数据记录仪在未开启气囊时处于安装底座上表面以上位置，网带处于松弛状态，飞行数据记录仪由弹性固定带支撑，飞行数据记录仪处于网带和弹性固定带中间；当气囊开启时，由于气囊充气后体积变大，使得网带由松弛状态变成紧绷状态，弹性固定带可产生形变，飞行数据记录仪在网带的作用力下由安装底座上表面以上位置位移至安装底座下表面以下位置，从而保证在无人机倾倒后飞行数据记录仪始终处于海面以上，飞行数据记录仪内置GPS信号，可对外界发出位置信息，便于失事后搜救人员对无人机飞行数据记录仪搜救工作的开展。

可调式起落架采用非对称式四支腿起落架设计，其作用在于保证无人机坠落海面时产生倾倒动作，使其重心朝下，在气囊开启后，确保飞行数据记录仪始终处于海面以上位置；可调式起落架包括固定支腿、可调支腿、电动伸缩缸。

进一步的，固定支腿和可调支腿分别为两个，所有支腿的一端固定在机体上，固定支腿的另一端通过铰链安装在安装底座上，可调支腿的另一端用铰链与滑块连接，与滑轨配合，使之能在滑轨上移动；电动伸缩缸是可调支腿的一部分，滑块上部铰链连接可调支腿的电动伸缩缸，由电动伸缩缸产生可调支腿的长度变化，从而使得滑块在滑轨中产生位移，带动安装底座产生转动，最终使得无人机产生倾倒动作。

倾倒过程分为三个阶段，第一阶段气囊电控装置接收失事信号，准备动作；第二阶段电动伸缩缸带动支腿收缩，气囊打开；第三阶段接触海面后发生侧倾。

气囊电控装置安装在安装底座上，用于判断气囊打开动作时机和支腿伸缩动作时机，包括微控制器STM320F103C8T6、HC-05蓝牙通信模块、超声波测距模块、L1激光测距模块。

进一步的，STM32F103C8T6微控制器使用HC-05蓝牙通信模块接受开伞电控装置发送无人机失事信号、超声波测距模块检测无人机距离海面的高度，其中HC-05蓝牙通信模块的RXD_TTL和TXD_TTL与微控制器的PA9和PA10相连，利用IIC协议进行传输数据，超声波测距模块的INPUT和OUT与微控制器的PA7和PA6相连；等待开伞电控装置发出无人机失事信号；当接收到无人机失事信号时，开启超声波测距模块和激光测距模块；微控制器的PA7发出10us以上的高电平以激发超声波模块发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回，等待INPUT端输出高电平，捕捉上升沿并且打开定时器计时一直到捕获到INPUT输出的下降沿；微控制器读出计时器的时间(为超声波在空气中传输的时间)，通过公式s＝t*340，其中s为所测高度，t为计时器的时间(340m/s为超声波在空气中传输的速度)；当无人机距离海面还有几十米时，微控制器的PB5输出对应频率的PWM脉冲信号，以激发电动伸缩缸装置；由电动伸缩缸产生可调支腿的长度变化，从而使得滑块在滑轨中产生位移，带动安装底座产生转动，最终使得无人机产生倾倒动作；微控制器延迟数几秒后，微控制器的PB6输出对应频率的PWM脉冲信号，以激发PWM开关；PWM开关检测到脉冲信号，开关打开，气囊充气以保证在无人机倾倒后飞行数据记录仪始终处于海面以上。

针对海上作业旋翼无人机的保护方法，其步骤主要如下：

1.判断无人机飞行故障，准备执行保护动作；

2.执行开伞动作，监控无人机降落姿态及速度；

3.执行气囊开启动作，监控无人机降落海面后姿态以判断是否顺利产生倾倒；

4.搜救人员通过飞行数据记录仪中的GPS定位功能搜索无人机失事位置。

进一步的，本发明设计的开伞装置可以重复利用，所以这里还会阐述如何重复利用开伞装置的方法。

海上作业旋翼无人机的保护方法包括判断无人机飞行故障的方法、判断执行开伞动作的方法、判断执行气囊开启动作的方法、通过飞行数据记录仪搜救无人机的方法、重复利用开伞装置的方法。

判断无人机飞行故障，其步骤如下：

1.微控制器收集MPU6050传感器、BMP180气压传感器的横滚角、俯仰角、偏航角、z轴加速度、飞行高度数据；

2.微控制器不断检测MPU6050传感器的数据和BMP180气压传感器的数据，实时获取无人机飞行过程中的飞行数据，数据包括横滚角、俯仰角、偏航角、z轴加速度、飞行高度，当Z轴加速度数据和飞行高度数据的变化满足自由落体规律时，确定无人机处于失事状态；

3.无人机失事情况分为二种，第一种为无人机因动力装置失效而自由落体，判断标准为Z轴加速度数据和飞行高度的变化符合自由落体的运动规律；第二种为无人机机身翻转超过一定角度后失控，判断标准为横滚角、俯仰角超出安全阈值；

判断执行开伞动作，其步骤如下：

1.微控制器识别到无人机处于失事状态时通过PB3口输出对应频率的PWM脉冲信号，以激发PWM开关；

2.通过蓝牙通信模块将无人机失事信号传给气囊电控装置；

3.PWM开关检测到脉冲信号，开关打开，弹簧的弹力激发，壳盖被顶落，伞体被顶出安全伞外壳；

4.安全伞正常打开，减缓无人机下降速度。

判断执行气囊开启动作，其步骤如下：

1.超声波测距模块等待开伞电控装置发出无人机失事信号；

2.气囊电控板接收到无人机失事信号时，开启超声波测距模块和激光测距模块；

3.微控制器的PA6发出10us以上的高电平以激发超声波模块发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回，等待INPUT端输出高电平，捕捉上升沿并且打开定时器计时一直到捕获到INPUT输出的下降沿；

4.微控制器读出计时器的时间(为超声波在空气中传输的时间)，通过公式s＝t*340，其中s为所测高度，t为计时器的时间(340m/s为超声波在空气中传输的速度)；

5.当无人机距离海面一定高度时，微控制器的PB5输出对应频率的PWM脉冲信号，以激发电动伸缩缸装置，起落架支腿收缩；

6.微控制器延迟数几秒后，微控制器的PB6输出对应频率的PWM脉冲信号，以激发气囊打开；

7.无人机降落海平面后在支腿不平衡作用下产生倾倒动作，飞行数据记录仪在网带和弹性固定带的保护下始终处于海平面以上位置；

搜救无人机的方法，其步骤如下：

1.失事降落后飞行数据记录仪不断对外发送gps定位信号；

2.搜救人员通过找寻该信号最终找到无人机具体失事位置。

重复利用开伞装置的方法，其步骤如下：

1.复原PWM开关，通过绳将弹簧恢复至压缩状态；

2.将伞绳牵直理顺，以保证绳子之间不相互牵扯和打结，并且两边绳子不能缠绕在一起；

3.安全伞五个角要齐平，保持伞绳长度一致；

4.将安全伞平铺于地面上，一边三个角，一边两个角，压平降落伞，任意拿起一边角对折，然后以Z字形反复折叠一直到无法折叠，再将降落伞翻转过来，另一边也以Z字形折叠，其宽度尽量折成于方舱内一致；

5.拿起降落伞以中线对折，继续以Z字形翻折，捏住伞包，准备卷伞绳；

6.用大拇指和食指将伞捏住伸出中指和无名指，将伞绳以8字形缠绕于两指，从中间捏住伞绳并取出，并将伞绳放入最后一层的伞布上藏好，捏住伞包；

7.将剩下的伞绳先放入方舱内，然后将伞包塞入方舱，用壳盖压住，将露出了的伞塞入方舱，并压好每一个角。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：本申请提供的一种用于海上作业旋翼无人机的安全保护装置及保护方法安全性好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种用于海上作业旋翼无人机的安全保护装置及保护方法中安全伞外观示意图；

图2是本发明实施例提供的一种用于海上作业旋翼无人机的安全伞内部结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种用于海上作业旋翼无人机的安全伞开伞状态示意图；

图4是本发明实施例提供的一种用于海上作业旋翼无人机的气囊保护装置未开启时示意图；

图5是本发明实施例提供的一种用于海上作业旋翼无人机的气囊保护装置未开启时底部示意图；

图6是本发明实施例提供的一种用于海上作业旋翼无人机的气囊保护装置开启时示意图；

图7是本发明实施例提供的一种用于海上作业旋翼无人机的气囊保护装置开启时底部示意图；

图8是本发明实施例提供的一种用于海上作业旋翼无人机的无人机坠落海面倾倒过程示意图；

图9是本发明实施例提供的一种用于海上作业旋翼无人机的开伞电控装置原理图；

图10是本发明实施例提供的一种用于海上作业旋翼无人机的气囊电控装置原理图。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

安全保护装置，该装置包括安全伞系统及漂浮系统。安全伞系统包括安全伞外壳1、绑带2、安全伞3、激发装置4、开伞电控装置5；安全伞外壳包括壳盖11、方舱12、上圆壁13、内扣环14；安全伞3包括伞体31、伞绳32。激发装置4包括锁止弹簧41、PWM开关42、安装板一43、支腿44、安装板二45；开伞电控装置5包括微控制器STM32F103C8T6、MPU6050陀螺仪传感器、BMP180气压传感器、HC-05蓝牙通信模块；漂浮系统包括气囊装置7、可调式起落架8、飞行数据记录仪9、气囊电控装置10；气囊装置7包括安装底座71、气囊72、网带73、弹性固定带74、滑轨75；可调式起落架8包括固定支腿、可调支腿、电动伸缩缸81；气囊电控装置包括微控制器STM320F103C8T6、HC-05蓝牙通信模块、超声波测距模块、L1激光测距模块。

安全伞系统整体安装于旋翼机机体6正上方，通过绑带与旋翼无人机6固定连接；安全伞系统包括安全伞外壳1、绑带2、安全伞3、激发装置4、开伞电控装置5；安全伞外壳包括壳盖11、方舱12、上圆壁13、内扣环14；安全伞3包括伞体31、伞绳32。激发装置4包括锁止弹簧41、PWM开关42、安装板一43、支腿44、安装板二45；开伞电控装置5包括微控制器STM32F103C8T6、MPU6050陀螺仪传感器、BMP180气压传感器、HC-05蓝牙通信模块。

安全伞外壳1内部存放安全伞3未打开时安全伞系统的所有装置，安全伞外壳1下表面与绑带2粘连，绑带2穿过无人机机体，使安全伞外壳1下表面与无人机机体6上表面紧贴；安全伞外壳1包括壳盖11、方舱12、上圆壁13、内扣环14。

进一步的，方舱12内存放安全伞3、激发装置4、开伞电控装置5，方舱12与壳盖11通过上圆壁13连接，上圆壁13内部安装有多个内扣环14，壳盖11卡在上圆壁13上，可在外力作用下与上圆壁13分离。

安全伞3用于判断海上作业无人机失事后开伞，利用空气阻力帮助无人机缓降；安全伞3包括伞体31、伞绳32。

进一步的，伞体31通过伞绳32与安全伞外壳1底部连接，伞绳32的数量与内扣环14相等，伞绳32安装时穿过内扣环14，伞绳32一端与伞体31外延处固定，所有伞绳32的另一端均固定在安装板二45中心处。

激发装置4在收到开伞指令后作出开伞动作，激发装置4安装在方舱12内，激发装置4包括锁止弹簧41、PWM开关42、安装板一43、支腿44、安装板二45。

进一步的，安装板二45下表面与安全伞外壳1底部重合，安装板二45固定在安全伞外壳1底部中心处，安装板二45上表面设置有四个支腿44，安装板二45上表面中心处是伞绳32一端的固定位置，安装板一43下表面通过支腿44与安装板二45固定连接，安装板一43上表面安装PWM开关42及锁止弹簧41，弹簧上表面与收拢的安全伞伞体31接触；未执行开伞动作时，PWM开关42处于关闭状态，通过绳子限位，锁止弹簧41处于压缩状态，执行开伞动作时，PWM开关42检测到脉冲信号，开关打开，驱动步进电机割断绳子，弹簧的弹力激发，壳盖11被顶落，伞体31被顶出安全伞外壳1。

开伞电控装置5用于判断是否开伞及开伞时机，当判断执行开伞动作时，会输出对应频率的PWM脉冲信号，用以激发PWM开关；开伞电控装置5安装在安装板二45上，包括微控制器STM32F103C8T6、MPU6050陀螺仪传感器、BMP180气压传感器、HC-05蓝牙通信模块。

进一步的，STM32F103C8T6微控制器使用MPU6050传感器、BMP180气压传感器采集飞行过程中的飞行数据，使用HC-05蓝牙通信模块在无人机失事时发送失事信号给气囊电控装置，其中MPU6050传感器的SDA和SCL与微控制器的PB6和PB7相连，利用IIC协议进行数据传输，BMP180气压传感器的SDA和SCL接口与微控制器的PB10和PB11相连，利用IIC协议进行传输数据，HC-05蓝牙通信模块的RXD_TTL和TXD_TTL与微控制器的PA9和PA10相连，利用IIC协议进行传输数据；微控制器不断检测MPU6050传感器的数据和BMP180气压传感器的数据，获取无人机飞行过程中的飞行数据，包括横滚角、俯仰角、偏航角、z轴加速度、飞行高度；无人机失事情况分为二种，第一种为无人机因动力装置失效而自由落体，第二种为无人机机身翻转超过一定角度后失控；Z轴加速度数据和飞行高度的变化确定无人机处于自由落体；当横滚角、俯仰角超出安全阈值时即判断无人机已经处于失事状态；当微控制器识别到无人机处于失事状态时通过PB3口输出对应频率的PWM脉冲信号，以激发PWM开关42，并通过蓝牙通信模块将无人机失事信号传给气囊电控装置10；PWM开关42检测到脉冲信号，开关打开，驱动步进电机割断绳子，弹簧的弹力激发，壳盖11被顶落，伞体31被顶出安全伞外壳1；安全伞3正常打开，减缓无人机下降速度。

漂浮系统包括可调式起落架，替换无人机原始起落架，可调式起落架与机体6固定连接，整体安装于无人机机体6下方；漂浮系统包括气囊装置7、可调式起落架8、飞行数据记录仪9、气囊电控装置10；气囊装置7包括安装底座71、气囊72、网带73、弹性固定带74、滑轨75；可调式起落架8包括固定支腿、可调支腿、电动伸缩缸81；气囊电控装置包括微控制器STM320F103C8T6、HC-05蓝牙通信模块、超声波测距模块、L1激光测距模块。

气囊装置7是在无人机接近海面时打开的，其作用有二，一是减弱坠机时无人机与海面撞击产生的冲击力，二是通过非对称式支腿令无人机倾倒，倾倒同时打开的气囊使飞行数据记录仪产生纵向位移，确保飞行数据记录仪9一直处于海平面以上，便于搜救无人机。气囊装置7包括安装底座71、气囊72、网带73、弹性固定带74、滑轨75。

进一步的，安装底座71上表面设置两个滑轨75，固定支腿与安装底座71铰链，可调支腿安装在安装底座的滑轨75内，安装底座71中心设有一个可以通过飞行数据记录仪9的通孔，气囊72为环形气囊，环设于安装底座71下表面，气囊72为环形气囊，环设于安装底座71下表面，网带73一端固定安装在安装底座71的上表面，通过下表面绕过气囊72，再穿过通孔，包裹飞行数据记录仪9后再从通孔穿过，再经过下表面另一侧气囊72绕到安装底座71上表面另一侧，网带73另一端固定在安装底座上表面另一侧；通孔内安装飞行数据记录仪9，飞行记录仪9上表面由网带73包裹，下表面由弹性固定带74支撑，弹性固定带74两端分别固定在安装底座71下表面通孔两侧；飞行数据记录仪9在未开启气囊72时处于安装底座71上表面以上位置，网带73处于松弛状态，飞行数据记录仪9由弹性固定带74支撑，飞行数据记录仪9处于网带73和弹性固定带74中间；当气囊72开启时，由于气囊72充气后体积变大，使得网带73由松弛状态变成紧绷状态，弹性固定带74可产生形变，飞行数据记录仪在网带73的作用力下由安装底座71上表面以上位置位移至安装底座71下表面以下位置，从而保证在无人机倾倒后飞行数据记录仪9始终处于海面以上，飞行数据记录仪9内置GPS信号，可对外界发出位置信息，便于失事后搜救人员对无人机飞行数据记录仪9搜救工作的开展。

可调式起落架8采用非对称式四支腿起落架设计，其作用在于保证无人机坠落海面时产生倾倒动作，使其重心朝下，在气囊72开启后，确保飞行数据记录仪9始终处于海面以上位置；可调式起落架8包括固定支腿、可调支腿、电动伸缩缸81。

进一步的，固定支腿和可调支腿分别为两个，所有支腿的一端铰接固定在机体上，固定支腿的另一端通过铰链安装在安装底座上，可调支腿的另一端用铰链与滑块连接，与滑轨75配合，使之能在滑轨75上移动；电动伸缩缸81是可调支腿的一部分，滑块上部铰接可调支腿的电动伸缩缸81，由电动伸缩缸81产生可调支腿的长度变化，从而使得滑块在滑轨中产生位移，带动安装底座71产生转动，最终使得无人机一定产生倾倒动作；倾倒过程分为三个阶段，第一阶段气囊电控装置接收失事信号，准备动作；第二阶段电动伸缩缸带动支腿收缩，气囊打开；第三阶段接触海面后发生侧倾。

气囊电控装置10安装在安装底座71上，用于判断气囊72打开动作时机和支腿伸缩动作时机，包括微控制器STM320F103C8T6、HC-05蓝牙通信模块、超声波测距模块、L1激光测距模块。

进一步的，STM32F103C8T6微控制器使用HC-05蓝牙通信模块接受开伞电控装置发送无人机失事信号、超声波测距模块检测无人机距离海面的高度，其中HC-05蓝牙通信模块的RXD_TTL和TXD_TTL与微控制器的PA9和PA10相连，利用IIC协议进行传输数据，超声波测距模块的INPUT和OUT与微控制器的PA7和PA6相连；等待开伞电控装置发出无人机失事信号；当接收到无人机失事信号时，开启超声波测距模块和激光测距模块；微控制器的PA7发出10us以上的高电平以激发超声波模块发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回，等待INPUT端输出高电平，捕捉上升沿并且打开定时器计时一直到捕获到INPUT输出的下降沿；微控制器读出计时器的时间(为超声波在空气中传输的时间)，通过公式s＝t*340，其中s为所测高度，t为计时器的时间(340m/s为超声波在空气中传输的速度)；当无人机距离海面还有几十米时，微控制器的PB5输出对应频率的PWM脉冲信号，以激发电动伸缩缸81；由电动伸缩缸91产生可调支腿的长度变化，从而使得滑块在滑轨75中产生位移，带动安装底座71产生转动，最终使得无人机产生倾倒动作；微控制器延迟数几秒后，微控制器的PB6输出对应频率的PWM脉冲信号，以激发PWM开关；PWM开关检测到脉冲信号，开关打开，气囊72充气以保证在无人机倾倒后飞行数据记录仪9始终处于海面以上。

本申请提供的一种用于海上作业旋翼无人机的安全保护装置及保护方法安全性好。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

总之，以上所述仅为本发明技术方案的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于海上作业旋翼无人机的安全保护装置，其特征在于：包括安全伞系统及漂浮系统，所述安全伞系统整体安装于旋翼机无人机体（6）正上方，通过绑带与旋翼无人机机体（6）固定连接，漂浮系统包括可调式起落架和气囊装置（7），可调式起落架安装于旋翼无人机机体（6）下方；所述安全伞系统包括安全伞外壳（1）、绑带（2）、安全伞（3）、激发装置（4）、开伞电控装置（5）；所述安全伞外壳包括壳盖（11）、方舱（12）、上圆壁（13）、内扣环（14）；所述安全伞（3）包括伞体（31）、伞绳（32）；所述激发装置（4）包括锁止弹簧（41）、PWM开关（42）、安装板一（43）、支腿（44）、安装板二（45）；所述开伞电控装置（5）包括微控制器、陀螺仪传感器、气压传感器、蓝牙通信模块；所述安全伞外壳（1）下表面与所述绑带（2）粘连，所述绑带（2）穿过所述旋翼无人机机体（6），使所述安全伞外壳（1）下表面与所述旋翼无人机机体（6）上表面紧贴；所述方舱（12）内存放所述安全伞（3）、所述激发装置（4）、所述开伞电控装置（5），所述方舱（12）与所述壳盖（11）通过所述上圆壁（13）连接，所述上圆壁（13）内部安装有多个所述内扣环（14），所述壳盖（11）卡在所述上圆壁（13）上，可在外力作用下与所述上圆壁（13）分离；所述伞体（31）通过所述伞绳（32）与所述安全伞外壳（1）底部连接，所述伞绳（32）的数量与所述内扣环（14）相等，所述伞绳（32）安装时穿过所述内扣环（14），所述伞绳（32）一端与所述伞体（31）外延处固定，所有所述伞绳（32）的另一端均固定在所述安装板二（45）中心处；所述激发装置（4）安装在所述方舱（12）内，所述安装板二（45）下表面与所述安全伞外壳（1）底部重合，所述安装板二（45）固定在所述安全伞外壳（1）底部中心处，所述安装板二（45）上表面设置有四个支腿（44），所述安装板二（45）上表面中心处是所述伞绳（32）一端的固定位置，所述安装板一（43）下表面通过所述支腿（44）与所述安装板二（45）固定连接，所述安装板一（43）上表面安装所述PWM开关42及所述锁止弹簧（41），所述锁止弹簧（41）上表面与收拢的所述安全伞伞体（31）接触；

所述气囊装置（7）包括安装底座（71）、气囊（72）、网带（73）、弹性固定带（74）、滑轨（75）；

所述可调式起落架（8）包括固定支腿、可调支腿、电动伸缩缸（81）。

2.如权利要求1所述的一种用于海上作业旋翼无人机的安全保护装置，其特征在于：所述的开伞电控装置（5）安装在所述安装板二（45）上，其中，所述微控制器为STM32F103C8T6，所述陀螺仪传感器为MPU6050传感器。

3.如权利要求1所述的一种用于海上作业旋翼无人机的安全保护装置，其特征在于：所述安装底座（71）上表面设置两个滑轨（75），所述固定支腿与所述安装底座（71）铰链，可调支腿安装在所述安装底座的滑轨（75）内，所述安装底座（71）中心设有一个可以通过飞行数据记录仪的通孔，所述气囊（72）为环形气囊，环设于所述安装底座（71）下表面，所述网带（73）一端固定安装在所述安装底座（71）的上表面，通过下表面绕过所述气囊（72），再穿过通孔，包裹飞行数据记录仪（9）后再从通孔穿过，再经过下表面另一侧所述气囊（72）绕到所述安装底座（71）上表面另一侧，所述网带（73）另一端固定在所述安装底座上表面另一侧；所述通孔内安装飞行数据记录仪，所述飞行数据记录仪上表面由所述网带（73）包裹，下表面由所述弹性固定带（74）支撑，所述弹性固定带（74）两端分别固定在所述安装底座（71）下表面通孔两侧；所述飞行数据记录仪内置GPS信号发射器；所述固定支腿和可调支腿分别为两个，所有所述支腿的一端固定铰接在机体上，所述固定支腿的另一端铰接在所述安装底座上，所述可调支腿的另一端用铰链与滑块连接，与所述滑轨（75）配合，使之能在所述滑轨（75）上移动；所述可调支腿包括电动伸缩缸（81），滑块上部铰接可调支腿的电动伸缩缸（81）。

4.如权利要求3所述的一种用于海上作业旋翼无人机的安全保护装置，其特征在于：所述气囊电控装置10安装在所述安装底座（71）上，包括微控制器STM320F103C8T6、HC-05蓝牙通信模块、超声波测距模块、L1 激光测距模块。

5.一种使用权利要求1所述的用于海上作业旋翼无人机的安全保护装置的无人机保护方法，其特征在于，包括如下步骤：

判断无人机飞行故障，准备执行保护动作；

执行开伞动作，监控无人机降落姿态及速度；

执行气囊开启动作，调节所述可调支腿的长度，监控无人机降落海面后姿态是否顺利产生倾倒；

搜救人员通过飞行数据记录仪中的GPS定位功能搜索无人机失事位置。

6.根据权利要求5所述的用于海上作业旋翼无人机的安全保护装置采用的保护方法，其特征在于，判断无人机飞行故障，准备执行保护动作的步骤具体包括如下内容：

开伞电控装置（5）的微控制器收集陀螺仪传感器、气压传感器采集的横滚角、俯仰角、偏航角、z轴加速度、飞行高度数据；当Z轴加速度数据和飞行高度数据的变化满足自由落体规律时，或是无人机机身翻转超过一定角度后失控，即横滚角、俯仰角超出安全阈值时，确定无人机处于失事状态。

7.根据权利要求5所述的无人机保护方法，其特征在于，搜救人员通过飞行数据记录仪中的GPS定位功能搜索无人机失事位置的步骤具体包括如下内容：

失事降落后飞行数据记录仪不断对外发送gps定位信号；

搜救人员通过找寻该信号最终找到无人机具体失事位置。

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