CN206363163U

CN206363163U - 一种无人机防坠毁降落系统

Info

Publication number: CN206363163U
Application number: CN201621314589.3U
Authority: CN
Inventors: 张兵; 张龙生; 周小勇; 朱耀庭; 余剑锋; 刘光涛
Original assignee: East China Jiaotong University
Current assignee: Nanchang Hangkong University
Priority date: 2016-12-02
Filing date: 2016-12-02
Publication date: 2017-07-28
Anticipated expiration: 2026-12-02

Abstract

本实用新型公开了一种无人机防坠毁降落系统，主要包括防坠模块、防撞模块和中间智能控制模块；防坠模块由气囊和降落伞组成，防撞模块由一对激光测距传感器组成，中间智能控制模块由系统主芯片、PPM解码芯片、IMU惯性测量单元、磁罗盘、气压计、A/D芯片、伺服舵机、GNSS双模卫星定位模块组成；中间智能控制模块分别连接防坠模块和防撞模块。本实用新型在一定高度无人机出现故障时，中间智能控制模块立即判断无人机的飞行姿态、飞行环境及失控数据，并且瞬间打开降落伞减小下坠速度，并对安全保护硬件下达指令，使其瞬间弹出气囊，在双重保护下保证无人机不受损毁。

Description

一种无人机防坠毁降落系统

技术领域

本实用新型涉及一款无人机系统控制设备，具体为一种无人机防坠毁降落系统。

背景技术

感知-控制技术是机器人自主能力的基础。根据国际标准化组织的定义，机器人的自主能力是指机器在无人干预下，可以根据当前的状态和感知信息执行任务的能力。很多情况下，根据机器人的类型和其预期的用途，无人机使用者对机器人自主性的要求也不尽相同。例如，虽然地面上那些机器人不必关心实时动态监测问题，但对于长距离工作的移动式机器人尤其是无人机而言，知道飞行姿态、飞行数据就很重要了。无人机防坠毁系统，可以按自主性，由低到高分为以下三个层次：

1、感知-运动自主性：将人的高级指令（比如到达一个给定的高度，检测飞机飞行状态及失控数据）转化成平台相关控制信号（比如俯仰角、横滚角、偏航角或速度）的组合。

2、反应自主性（需要以感知运动自主性为基础）：在外部有干扰时保持在当前位置或飞行轨迹上，比如在有风或电器机械故障的情况下；躲避障碍物；保持在距离地面安全的或预定的高度。

3、认知自主性（需要以反应自主性为基础）：解决信息和任务冲突；规划（例如电池启动硬件设备）；识别飞机失速；学习记忆失控数据。

目前对达到2—3级自主水平，即具备反应自主性和认知自主性的防坠毁系统，可以称其为穿防护衣的空中机器人。

实用新型内容

本防坠系统分为防坠模块、防撞模块和中间智能控制三个模块。飞行稳定系统由一组三轴陀螺仪，加速度计和磁力计组成，除此之外，还有气压传感器。该系统最高可以承受24公里/小时的风速。系统配备一对激光测距传感器，它可以帮助飞行器与障碍物保持一定的距离。人们可以使用无人机飞行运行程序进行远程访问，例如：在线接收操纵员、飞控和其他传感器传来的数据，并向各个轴向发出速度监测指令和开启硬件设备的命令。此项目旨在扩大控制范围以及允许板载的可编程性。本系统的保护方式主要分为高空失控保护和近地失控保护。当在一定高度无人机出现故障时，有智能控制软件立即判断无人机的飞行姿态、飞行环境及失控数据，并且瞬间打开降落伞减小下坠速度，并对安全保护硬件下达指令，使其瞬间弹出气囊，在双重保护下保证无人机不受损毁。当在近地高度遭遇故障时，控制软件则直接对硬件部分下达指令，使其打开气囊将无人机主体保护起来。另外，系统内配有一个内置的卫星定位系统（GNSS，包括GPS和GLONASS），操作范围为250m，选配Skycontroller，可使操作范围可以扩展到2km。

本实用新型采用的技术方案如下：一种无人机防坠毁降落系统，主要包括防坠模块、防撞模块和中间智能控制三个模块；其特征在于：防坠模块由气囊和降落伞组成，防撞模块由一对激光测距传感器组成，中间智能控制模块由系统主芯片、PPM解码芯片、IMU惯性测量单元、磁罗盘、气压计、A/D芯片、伺服舵机、GNSS双模卫星定位模块组成；系统主芯片分别连接A/D芯片、伺服舵机、GNSS双模卫星定位模块和PPM解码芯片；IMU惯性测量单元、磁罗盘和气压计分别通过A/D芯片连接至系统主芯片；中间智能控制模块分别连接防坠模块和防撞模块。

本实用新型的系统主芯片的型号为STM32F407。

本实用新型的PPM解码芯片的型号为Atmega168/328。

本实用新型的GNSS双模卫星定位模块：包括GPS和GLONASS。

本实用新型包括三大部分组成，第一部分由气囊和降落伞组成的防坠模块，第二部分是由激光测距传感器组成的防撞模块，第三部分是中间智能控制模块，控制各模块工作，也给整套系统提供电源供应。

本实用新型的设计核心是感知控制技术的运用及智能控制。当在一定高度无人机出现故障时，中间智能控制模块立即判断无人机的飞行姿态、飞行环境及失控数据，并且瞬间打开降落伞减小下坠速度，并对安全保护硬件下达指令，使其瞬间弹出气囊，在双重保护下保证无人机不受损毁。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型是这样来工作和实施的，一种无人机防坠毁降落系统，主要分为防坠模块、防撞模块和中间智能控制三个模块；其特征在于：防撞模块配备一对激光测距传感器，防坠模块配有降落伞和气囊，中间智能控制模块由系统主芯片、PPM解码芯片、IMU惯性测量单元+磁罗盘、气压计、A/D芯片、伺服舵机、GNSS双模卫星定位模块组成。系统主芯片分别连接A/D芯片、伺服舵机、GNSS双模卫星定位模块和PPM解码芯片；IMU惯性测量单元、磁罗盘和气压计分别通过A/D芯片连接至系统主芯片；中间智能控制模块分别连接防坠模块和防撞模块。

本实用新型的系统主芯片：STM32F407

本实用新型的PPM解码芯片：Atmega168/328，负责监视模式通道的pwm信号监测，以便在故障发生时瞬时切换控制模式。

本实用新型的IMU惯性测量单元、磁罗盘：MPU9250，综合三轴加速度计、三轴陀螺仪与三轴磁罗盘，实时监测飞行器运动姿态。

本实用新型的气压计：BMP085，测量空气压力，用以换算成高度、垂直方向速度、加速度，以气压计融合IMU数据实现更准确的滤波。

本实用新型的A/D芯片：ADS7844芯片，将三轴陀螺仪、三轴加速度计、双轴陀螺仪输出温度、输出的模拟电压转换成数字量，以供后续计算。

本实用新型的伺服舵机：多组高速伺服舵机系统构成了紧急气囊/降落伞响应系统的机械响应单元。

本实用新型的GNSS双模卫星定位模块：包括GPS和GLONASS，操作范围为250m，选配Skycontroller，成本大约，可使操作范围可以扩展到2km。

本实用新型最大特点是，不管是在近地还是高空中，只要当无人机遭遇不可控力有坠毁可能性时，智能软件都会根据连续测量并融合来自惯性测量单元（IMU）和全球定位系统（GPS）的数据来根据飞行姿态（横滚、俯仰和偏航）做出相应的保护措施。

本实用新型为一款无人机防坠毁降落系统。无人机防坠毁降落系统可以实现近地失控和高空失控两种保护控制模式。当在一定高度无人机出现故障时，有智能控制软件立即判断无人机的飞行姿态、飞行环境及失控数据，并且瞬间打开降落伞减小下坠速度，并对安全保护硬件下达指令，瞬间弹出气囊，在双重保护下使无人机不受损毁。当在近地高度时，控制软件则直接对硬件部分下达指令，打开气囊，使气囊将无人机主体保护起来，从而起到保护作用。我系统的智能控制软件不仅独立于飞控系统、凌驾于市面上的飞控装置，而且可以重复使用。而且，系统利用简单的机械原理于隧道内直接穿刺气瓶和风嘴将气体密封，能够完成瞬间开启保护模式，而且配备机载激光测距仪以防止无人机碰撞。此外，还具有节能环保、成本低、市场需求大、发展前景好等优势。

Claims

1.一种无人机防坠毁降落系统，主要包括防坠模块、防撞模块和中间智能控制三个模块；其特征在于：防坠模块由气囊和降落伞组成，防撞模块由一对激光测距传感器组成，中间智能控制模块由系统主芯片、PPM解码芯片、IMU惯性测量单元、磁罗盘、气压计、A/D芯片、伺服舵机、GNSS双模卫星定位模块组成；系统主芯片分别连接A/D芯片、伺服舵机、GNSS双模卫星定位模块和PPM解码芯片；IMU惯性测量单元、磁罗盘和气压计分别通过A/D芯片连接至系统主芯片；中间智能控制模块分别连接防坠模块和防撞模块。

2.根据权利要求1所述的一种无人机防坠毁降落系统，其特征在于：所述系统主芯片的型号为STM32F407。

3.根据权利要求1所述的一种无人机防坠毁降落系统，其特征在于：所述PPM解码芯片的型号为Atmega168/328。

4.根据权利要求1所述的一种无人机防坠毁降落系统，其特征在于：所述GNSS双模卫星定位模块：包括GPS和GLONASS。