CN209103156U - 一种无人机应急伞降与落点定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于无人机技术领域，公开了一种无人机应急伞降与落点定位系统，包括机载单元1，用于检测所述无人机的姿态数据、定位数据和电池剩余电量数据，并通过姿态数据完成无人机当前飞行姿态的自主判断；将无人机的定位数据发送给所述手机客户端3的远控网关2；对接收到的定位数据进行处理，并将处理后的定位数据显示在地图上实现无人机的飞行轨迹绘制和落点定位的手机客户端3。该无人机应急伞降与落点定位系统通过硬件和软件之间的相互协作，实现了无人机应急伞降子系统和落点定位子系统，通过不断读取相关数据自主判断无人机的飞行姿态，最终实现应急伞降避损；通过手机客户端实现了无人机的飞行轨迹绘制和落点定位功能。

Description

一种无人机应急伞降与落点定位系统

技术领域

本实用新型属于无人机技术领域，尤其涉及一种无人机应急伞降与落点定位系统。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：

在现有技术中，与小型旋翼无人机避损相关的研究主要有安全气囊避损、螺旋桨护圈、降落伞等方式。在这些避损方式中，安全气囊进行避损的技术要求和成本比较高，对气囊填充物也需要专门的化学物质(如叠氮化钠)反应，进行瞬间爆炸充气；而螺旋桨护圈的保护和避损作用也非常有限，更多的只是对低高度和下降过程中旋翼无人机着陆时，为了避免螺旋桨触地导致螺旋桨损坏而设计，对于在高空中的无人机失控坠机几乎起不到保护和避损的作用；无人机伞降系统目前已经有不少的研究成果，但在这些研究中，更多的集中在降落伞伞舱的设计上，无人机失控状态的判断由飞控系统或者无人机操作手直接观察完成，并且关于失控状态判断条件的具体参数设置保密。

而关于无人机落点定位的技术或是和无人机飞控系统配合使用，而当无人机飞控系统出现故障时则不能发挥实际作用，或是运用现有的定位模块完成无人机的实时定位，并通过无线传输模块将位置数据上传到指挥中心进行分析。

综上所述，现有技术存在的问题是：

无人机降落伞避损开伞的触发机制主要是飞控系统在检测到致命异常时会自动触发系统开伞，这种方法在飞控系统出现故障时容易导致无人机飞行状态判断的失误甚至是不能判断无人机当前的飞行姿态；而现有的无人机定位模式需要构建专门的指挥中心，在结构复杂的同时，也加大了成本投入，只适合少量高端设备使用，不具有普及性，不适合无人机个体使用。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种无人机应急伞降与落点定位系统。

本实用新型是这样实现的，一种无人机应急伞降与落点定位系统，包括：

机载单元，用于检测所述无人机的姿态数据、定位数据和电池剩余电量数据，并通过姿态数据完成无人机当前飞行姿态的自主判断；

与机载单元相连接，将无人机的定位数据发送给所述手机客户端的远控网关；

与远控网关相连接，对接收到的定位数据进行处理，并将处理后的定位数据显示在地图上实现无人机的飞行轨迹绘制和落点定位的手机客户端。

进一步，所述机载单元包括第一主控制器，

与第一主控制器电性连接，用于检测无人机的姿态数据和定位数据的飞行姿态及位置检测模块，其中，飞行姿态检测模块通过万用板固定于伞舱内部，位置检测模块通过双面胶带固定于伞舱右侧外部；

与第一主控制器电性连接，用于接收第一主控制器的开/关伞舱指令的物伞模块，该模块包括伞舱，降落伞和舵机，其中，伞舱为长方体塑料盒子并带有弹力绳，降落伞通过尼龙绳固定于伞舱内部四个转角并放置于弹力绳上方，舵机通过强力双面胶固定于伞舱正前方外部；

与第一主控制器电性连接，用于指示机载单元当前的工作状态以及在无人机伞降着陆后发出报警提示音的第一指示模块，其中，工作状态指示灯通过打孔的方式固定于伞舱后侧正中央，报警模块通过双面胶固定于伞舱左前侧外部；

与第一主控制器电性连接，用于发送机载单元的定位数据和电池剩余电量数据的第一通信模块，该模块通过万用板固定于伞舱内部；

与第一主控制器电性连接，用于为机载单元总体供电的第一电源模块，该模块包括电池盒、升压模块，其中，电池盒通过双面胶和螺丝固定于伞舱左侧外部，升压模块通过万用板固定于伞舱内部；

与第一主控制器电性连接，用于检测机载单元电池当前的剩余电量的第一电量检测模块，该模块通过万用板固定于伞舱内部。

进一步，所述远控网关包括第二主控制器，

与第二主控制器电性连接，用于通过液晶显示屏显示机载单元的定位数据、电池剩余电量数据以及远控网关的电池剩余电量数据，并且通过液晶显示屏设置第二通信模块的相关参数，发光二极管用于通电显示、通信连接显示、收发数据显示的第二指示模块，其中，液晶显示屏通过双面胶固定于远控网关上侧正中央，发光二极管通过打孔的方式固定于远控网关上侧右前方；

与第二主控制器电性连接，用于接收来自机载单元的定位数据、电池剩余电量数据，以及向手机客户端转发无人机的定位数据的第二通信模块，该模块通过万用板固定于远控网关内部，其天线通过打孔的方式固定于远控网关左前侧外部；

与第二主控制器电性连接，用于实现一键远程开/关伞舱的手动开关，该开关通过打孔的方式固定于远控网关前侧外部中央；

与第二主控制器电性连接，用于为远控网关的总体供电的第二电源模块，该模块包括电池盒、升压模块，其中，电池盒通过双面胶和螺丝固定于远控网关后侧卡槽外部，升压模块通过万用板固定于远控网关内部；

与第二主控制器电性连接，用于提供电池剩余电量检测的第二电量检测模块，该模块通过万用板固定于远控网关内部。

进一步，所述手机客户端包括通信连接页面和离线地图下载页面，

所述通信连接页面与所述远控网关建立通信连接，然后接收无人机的定位数据并调用电子地图绘制无人机的飞行轨迹以及显示无人机的实时位置；

所述离线地图下载页面用于用户预先下载相应城市的离线地图，实现在没有网络覆盖的区域进行无人机的飞行轨迹绘制和地图定位。

本实用新型的另一目的在于提供一种安装有所述的无人机应急伞降与落点定位系统的无人机。

本实用新型的另一目的在于提供一种安装有所述的无人机应急伞降与落点定位系统的飞行器。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

(1)该无人机应急伞降与落点定位系统通过硬件和软件之间的相互协作，实现了无人机应急伞降子系统和落点定位子系统，能够独立于无人机飞控系统稳定运行，并通过不断读取相关数据自主判断无人机的飞行姿态，最终实现应急伞降避损；(2)通过手机客户端实现了无人机的飞行轨迹绘制和落点定位功能，克服了当前定位系统复杂成本高的不足；(3)通过本地远程遥控开关实现一键远程开/关伞舱，增加了系统整体的可靠性；(4)系统上电后自动建立通信连接，并且当远控网关因各种原因断电重启后仍然能够再次建立可靠的通信连接；(5)系统具备各种工作状态的指示功能，方便操作人员的操作使用，并且通过液晶屏显示相关数据以及对相关参数进行设置；(6)电量检测与蜂鸣器报警为用户的实际使用提供了方便。总之，该系统能在无人机遇到紧急情况时对其进行伞降保护，以保障无人机及相关业务设备的安全；并通过与手机客户端 APP互联来快速确切地知道无人机的飞行轨迹以及降落的位置，能够更加方便准确地回收无人机，从而避免不必要的损失。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的无人机应急伞降与落点定位系统结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的新型机载单元的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的远控网关的结构示意图。

图中：1、机载单元；2、远控网关；3、手机客户端。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

该无人机应急伞降与落点定位系统既可以准确地根据无人机的飞行姿态自主控制降落伞的开启实现应急伞降，也可以实时地通过手机客户端3查看无人机当前的飞行位置。

该无人机应急伞降与落点定位系统包括机载单元1、远控网关2、手机客户端3，所述机载单元1用于检测所述无人机的姿态数据、定位数据和电池剩余电量数据，并通过姿态数据完成无人机当前飞行姿态的自主判断，若无人机的飞行姿态不正常，则所述机载单元1发出开伞指令弹出降落伞实现应急伞降，同时，所述机载单元1将无人机的定位数据和电池剩余电量数据发送给所述远控网关2，所述远控网关2则将无人机的定位数据发送给所述手机客户端3，所述手机客户端3对接收到的定位数据进行处理，并将处理后的定位数据显示在地图上实现无人机的飞行轨迹绘制和落点定位。

所述机载单元1内设有相互间经电路连接的第一主控制器、飞行姿态及位置检测模块、物伞模块、第一指示模块、第一通信模块、第一电源模块、第一电量检测模块。

所述飞行姿态及位置检测模块电性连接于第一主控制器，包括运动传感器和定位组件，用于检测无人机的姿态数据和定位数据。

所述物伞模块电性连接于第一主控制器，包括降落伞、放置降落伞的伞舱、开伞驱动装置。所述开伞驱动装置电性连接于第一主控制器，用于接收第一主控制器的开/关伞舱指令。

所述第一指示模块电性连接于第一主控制器，包括发光二极管和蜂鸣器，用于指示机载单元1当前的工作状态以及在无人机伞降着陆后发出报警提示音。

所述第一通信模块电性连接于第一主控制器，用于发送机载单元1的定位数据和电池剩余电量数据。

所述第一电源模块电性连接于第一主控制器，包括电池和升压组件，用于机载单元1的总体供电。

所述第一电量检测模块电性连接于第一主控制器，用于检测机载单元1电池当前的剩余电量。

所述第一主控制器与飞行姿态及位置检测模块、物伞模块、第一指示模块、第一通信模块、第一电源模块、第一电量检测模块相连接。

所述远控网关2内设有相互间经电路连接的第二主控制器、第二指示模块、第二通信模块、手动开关、第二电源模块、第二电量检测模块。

所述第二指示模块电性连接于第二主控制器，包括液晶显示屏和发光二极管，其中，液晶显示屏用于显示机载单元1的定位数据、电池剩余电量数据以及远控网关2的电池剩余电量数据，并且可通过液晶显示屏设置第二通信模块的相关参数，发光二极管用于通电显示、通信连接显示、收发数据显示。

所述第二通信模块电性连接于第二主控制器，用于接收来自机载单元1的定位数据、电池剩余电量数据，以及向手机客户端3转发无人机的定位数据。

所述手动开关电性连接于第二主控制器，用于实现一键远程开/关伞舱。

所述第二电源模块和第二电量检测模块电性连接于第二主控制器，其组成和机载单元1完全相同，用于远控网关2的总体供电和电池剩余电量检测。

所述第二主控制器与第二指示模块、第二通信模块、手动开关、第二电源模块、第二电量检测模块相连接。

所述手机客户端3通过远控网关2接收无人机的定位数据，并对所接收的定位数据进行转换处理，然后将处理后得到的经纬度数据在手机客户端3调用的地图上显示，以完成无人机的飞行轨迹绘制和落点定位，同时，所述手机客户端3支持离线地图下载功能，在没有网络覆盖的情况下，所述手机客户端3 优先加载离线地图。

本实用新型的另一目的在于提供一种安装有所述的无人机应急伞降与落点定位系统的无人机。

本实用新型的另一目的在于提供一种安装有所述的无人机应急伞降与落点定位系统的飞行器。

如图2所示，在本实施例中，机载单元1的第一主控制器选用 STM32F401CEU6；飞行姿态及位置检测模块选用JY901B运动传感器、M8N GPS 定位组件；物伞模块包括降落伞、放置降落伞的伞舱、开伞驱动装置，其中，降落伞可根据无人机系统总体重量选择伞布大小，伞舱为长方体高强度塑胶盒子，开伞驱动装置使用大拉力金属舵机，电性连接于第一主控制器，通过接收第一主控制器的开/关伞舱指令实现一键远程开/关伞舱；第一指示模块电性连接于第一主控制器，包括发光二极管和蜂鸣器，其中，发光二极管用于指示机载单元1当前的工作状态，蜂鸣器是为了方便地面人员在复杂地形下对已降落无人机的搜索寻找，在无人机伞降着陆后发出报警提示音；第一通信模块选用LoRa 模块，采用全双工工作模式，其通信频段可采用433MHz、2.4GHz或5GHz以达到最好的抗干扰及传输效果；第一电源模块包括18650电池和SX1308升压模块，并且采用分离式电池盒设计，可通过更换电池盒以实现不同型号的电池供电；第一电量检测模块用于测量机载单元1电池当前的剩余电量值，为用户实际使用提供方便。

如图3所示，远控网关2内设有相互间经电路连接的第二主控制器、第二指示模块、第二通信模块、手动开关、第二电源模块、第二电量检测模块，在本实施例中，第二主控制器选用STM32F103C8T6；第二指示模块包括一个液晶显示屏和四个不同颜色的发光二极管，液晶屏用于显示机载单元1的定位数据、电池剩余电量数据以及远控网关2的电池剩余电量数据，并且可以设置WiFi模块的IP地址和端口号，发光二极管用于通电显示、通信连接显示、收发数据显示；第二通信模块包括LoRa模块和WiFi模块，LoRa模块采用全双工工作模式，用于和机载单元1建立通信连接，WiFi模块用于和手机客户端3建立通信连接；手动开关为无人机领域应用广泛的三态开关，电性连接于第二主控制器，通过 LoRa模块实现一键远程手动开/关伞舱；第二电源模块、第二电量检测模块分别与第一电源模块、第一电量检测模块完全相同。

手机客户端3的APP采用Android Studio开发实现，通过远控网关2中WiFi 模块的IP地址和端口号接收无人机的定位数据，并通过高德地图API处理相关数据。

本实用新型系统的工作过程如下：

过程一：数据初始化与通信连接建立。机载单元1与远控网关2上电后，分别进行系统初始化。其中，机载单元1的数据初始化包括无人机当前角度和高度的初始化，初始化后分别获得系统初始位置的角度值和高度值，机载单元1 通过计算无人机当前角度值与初始角度值的差值完成翻转角度判断，通过计算无人机当前高度值与初始高度值的差值得到无人机的实际飞行高度；远控网关2 的数据初始化包括发光二极管、WiFi、LoRa、手动开关各接口参数的初始化，初始化后系统进入准备工作状态；机载单元1与远控网关2通过相互间发送多次连接确认信息以建立稳定通信连接，手机客户端3通过WiFi模块的IP地址和端口号与远控网关2建立稳定的通信连接，并通过远控网关2中的发光二极管显示通信连接是否建立。

过程二：无人机飞行姿态的自主判断。系统初始化完成后，机载单元1第一主控制器通过飞行姿态及位置检测模块获取无人机当前的三轴加速度值和三轴角度值，并通过系统设置的自由落体判别阈值和翻转角度判别阈值以判断无人机是否处于自由落体状态或者翻转状态，若通过判断得出无人机的飞行姿态不正常，则第一主控制器发出开伞指令驱动舵机打开伞舱弹出降落伞实现应急伞降，若通过判断得出无人机的飞行姿态正常，则主控制器继续采集无人机的实时姿态数据。另外，通过远控网关2中的手动开关可完成远程一键开/关伞舱，实现在紧急情况下的手动开伞。

过程三：无人机相关数据的显示和实时定位。第一主控制器通过飞行姿态及位置检测模块、第一电量检测模块获取无人机当前的经纬度数据、飞行高度数据、机载单元1电池当前剩余电量数据，并通过LoRa模块将相关数据发送至远控网关2，远控网关2同样通过LoRa模块接收相关数据，并且将所有数据显示在液晶显示屏上，同时，远控网关2通过WiFi模块将所接收的经纬度数据和飞行高度数据转发至手机客户端3，手机客户端3直接将接收到的数据显示在 APP界面上，并调用高德地图API处理所接收到的经纬度数据，然后将经纬度坐标显示在所调用的高德地图中，实现无人机的飞行轨迹绘制和实时定位。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种无人机应急伞降与落点定位系统，其特征在于，所述无人机应急伞降与落点定位系统包括：

机载单元，用于检测所述无人机的姿态数据、定位数据和电池剩余电量数据，并通过姿态数据完成无人机当前飞行姿态的自主判断；

远控网关，与机载单元相连接，将无人机的定位数据发送给手机客户端；

手机客户端，与远控网关相连接，对接收到的定位数据进行处理，并将处理后的定位数据显示在地图上实现无人机的飞行轨迹绘制和落点定位。

2.根据权利要求1所述的无人机应急伞降与落点定位系统，其特征在于，所述机载单元包括第一主控制器，

与第一主控制器电性连接，用于检测无人机的姿态数据和定位数据的飞行姿态及位置检测模块；

与第一主控制器电性连接，用于接收第一主控制器的开/关伞舱指令的物伞模块；

与第一主控制器电性连接，用于指示机载单元当前的工作状态以及在无人机伞降着陆后发出报警提示音的第一指示模块；

与第一主控制器电性连接，用于发送机载单元的定位数据和电池剩余电量数据的第一通信模块；

与第一主控制器电性连接，用于为机载单元总体供电的第一电源模块；

与第一主控制器电性连接，用于检测机载单元电池当前的剩余电量的第一电量检测模块。

3.根据权利要求1所述的无人机应急伞降与落点定位系统，其特征在于，所述远控网关包括第二主控制器，

与第二主控制器电性连接，用于通过液晶显示屏显示机载单元的定位数据、电池剩余电量数据以及远控网关的电池剩余电量数据，并且通过液晶显示屏设置第二通信模块的相关参数，发光二极管用于通电显示、通信连接显示、收发数据显示的第二指示模块；

与第二主控制器电性连接，用于接收来自机载单元的定位数据、电池剩余电量数据，以及向手机客户端转发无人机的定位数据的第二通信模块；

与第二主控制器电性连接，用于实现一键远程开/关伞舱的手动开关；

与第二主控制器电性连接，用于为远控网关的总体供电的第二电源模块；

与第二主控制器电性连接，用于提供电池剩余电量检测的第二电量检测模块。

4.根据权利要求1所述的无人机应急伞降与落点定位系统，其特征在于，所述手机客户端包括通信连接页面和离线地图下载页面；

所述通信连接页面与所述远控网关建立通信连接，然后接收无人机的定位数据并调用电子地图绘制无人机的飞行轨迹以及显示无人机的实时位置；

所述离线地图下载页面用于用户预先下载相应城市的离线地图，实现在没有网络覆盖的区域进行无人机的飞行轨迹绘制和地图定位。

5.一种安装有如权利要求1至4任意一项所述的无人机应急伞降与落点定位系统的无人机。

6.一种安装有如权利要求1至4任意一项所述的无人机应急伞降与落点定位系统的飞行器。