一种无人机防坠保护装置的制作方法

本实用新型属于无人机技术领域，具体涉及一种无人机防坠保护装置。

背景技术：

无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。随着智能硬件的高速发展，无人机的应用越来越多，然而这也带来了一系列的安全问题。例如，无人机由于操作不当或者程序崩溃导致的坠机情况时常发生，而当今大多数无人机的飞行高度通常在100米以上，如果在高空失控坠落，不仅无人机会严重损坏，还容易在城市人流密集地带造成安全事故。

现有的各类无人机下坠保护装置还存在很多问题，例如通过加固无人机机身防撞的方式，机身固然更坚固了，但是依旧会带来撞击对地面人员或物品的伤害。例如目前无人机主要以多旋翼机型为主，但大多数六旋翼及以下的多旋翼机型载重量有限，常用于航拍、地形检测等的轻型无人机在自身通常挂载相机、图传系统的同时，继续加装为载重能力较强的无人机设计的保护装置，会出现载重超负荷并且造型很不协调的问题；例如无人机保护装置的降落伞开启方式较为复杂，开启失误率会增高；例如无人机保护装置仅通过姿态计算判断无人机坠落状态容易出现误判断的情况，导致降落伞误开；例如在15米高度以内若通过大型降落伞来缓冲，降落伞撑开不及时也会导致无人机在未完全打开降落伞之前就已经落地，数十米的高度仍会使无人机坠毁；另外，现有的无人机保护装置为一体式设计，容易影响无人机的重心平衡。

CN201720527869.0公开了一种单螺旋桨无人机的防坠毁装置，包括无人机、气囊、降落伞、尼龙网、控制器、加速度传感器，所述的无人机为单螺旋桨无人机，所述的无人机尾部安装降落伞包，所述的降落伞包内安装降落伞和弹射装置，所述的降落伞连接于弹射装置；所述的无人机机头下部安装气囊，所述的气囊连接于气体发生器；所述的无人机顶部设置尼龙网，所述的尼龙网连接于发射装置；所述的弹射装置、气体发生器、发射装置分别连接于控制器，所述的加速度传感器连接于控制器，所述的控制器为单片机，所述的尼龙网设置于无人机的螺旋桨的正下方。本实用新型能够有效起到防止无人机坠毁的作用，但是在对无人机下坠的监测上准确性不足。

因此有必要开发一种用于监测和准确判断无人机坠是否下坠，并对下坠的无人机进行保护的装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种无人机防坠保护装置，将传感器提取到的信号，经控制器进行数据处理分析后，结合摄像装置监测到的图像速度变化，准确判断无人机是否下坠，并根据判断结果采用降落伞及气囊对无人机进行保护，使无人机能够平稳下坠。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种无人机防坠保护装置，包括无人机、气囊、弹射装置、降落伞、控制器、加速度传感器，所述无人机包括机体和六个机臂，所述机臂连接在所述机体四周；所述降落伞与所述弹射装置相连，所述气囊与气体发生器相连，所述弹射装置、所述气体发生器、所述加速度传感器分别与所述控制器相连；所述气囊安装在所述机体的上表面，所述弹射装置安装在所述机臂上；所述控制器还与高度传感器、垂直速度传感器、摄像装置及压力传感器相连；所述摄像装置安装在所述机体的下表面，且位于所述机体侧边对称设置的两安装架之间；所述压力传感器安装在所述气囊收容腔的侧壁。

根据所述加速度传感器、所述高度传感器中监测到的信号判定所述无人机的下坠趋势，根据所述垂直速度传感器监测到的速度信息、所述摄像装置中图像变化的数据信息判定所述无人机下坠的速度，当监测到所述无人机的下坠速度超过速度阈值时，所述控制器控制所述气体发生器给所述气囊充气，在所述气囊内的充气压力大于一压力阈值时，所述控制器控制所述弹射装置以开启所述降落伞；各部件之间共同完成联动操作，保证所述无人机在坠落过程中保持平稳。

所述高度传感器采用超声波测距仪，能在所述无人机下坠时有效监测距障碍物的高度，并作为所述无人机的运动信号发送给所述控制器；所述垂直速度传感器检测所述无人机的飞行速度数据，作为所述无人机的运动信号发送给所述控制器；所述摄像装置用于检测图像的变化速度，辅助判断所述无人机是否处于降落趋势，达到高可靠性的判断；所述摄像装置检测到图像变化速度的原理为确定摄像头圆心位置，通过所述控制器，所述控制器为单片机，编辑一个半径为r的圆，然后实时拍摄，如果r的变化速度超过设定值m，那么认为所述无人机在下降。

所述弹射装置安装在所述无人机的其中一个所述机臂上，优选为安装在对称设置的两个所述机臂上，最优选为六个所述机臂上均安装有所述弹射装置。

优选地，所述摄像装置安装在所述机体下表面的中心位置。

优选地，所述控制器为单片机。

优选地，所述机臂与所述无人机的螺旋桨相连，所述机臂上设置尼龙网，所述尼龙网与发射装置相连，所述发射装置与所述控制器相连。所述尼龙网用于缠住螺旋桨，使螺旋桨迅速停止转动，防止螺旋桨转动隔断所述降落伞的绳索。

更优选地，所述尼龙网设置于所述螺旋桨的正下方。

优选地，所述无人机防坠保护装置还包括运动传感器，用于检测所述无人机在三轴方向上的运动数据，作为所述无人机的运动信号发送给所述控制器。所述运动传感器采用三轴陀螺仪芯片，能检测所述无人机在各个方向上的速度，避免所述无人机失速后机身翻转导致无法检测坠落速度。

优选地，所述控制器上还连接有通信模块和定位模块。所述通信模块用于与所述无人机操控端建立通信，便于远程监控所述无人机的运行情况，并可以手动开启所述气囊及所述降落伞，对所述无人机进行保护。所述定位模块用于对所述无人机着落的地点进行定位，通过所述通信模块发送给所述无人机操控端，对下坠的所述无人机进行定位，便于找回。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型采用多种传感器同时检测，能够准确、有效、多角度判断无人机是否存在下降趋势，并对其下降的速度进行准确判定；

2、本实用新型通过降落伞和气囊联动作用，双重保护作用有效保证了无人机下坠过程中的平稳性、安全性和稳定性。

附图说明

图1为本实用新型实施例1所述的一种无人机防坠保护装置中内部连接结构示意图；

图2为本实用新型实施例1所述的一种无人机防坠保护装置中无人机的结构示意图；

图3为本实用新型实施例2所述的一种无人机防坠保护装置中内部连接结构示意图；

图4为本实用新型实施例2所述的一种无人机防坠保护装置中无人机的结构示意图；

图中：1、机体；2、气囊；201、收容腔；3、弹射装置；4、降落伞；5、控制器；51、加速度传感器；52、高度传感器；53、垂直速度传感器；54、压力传感器；55、运动传感器；6、气体发生器；7、摄像装置；8、通信模块；9、定位模块；10、尼龙网；11、发射装置；12、机臂；13、安装架；14、螺旋桨。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

本实施例所述的一种无人机防坠保护装置，结合图1～图2进行说明，包括无人机、气囊2、弹射装置3、降落伞4、控制器5、加速度传感器51、高度传感器52、垂直速度传感器53、压力传感器54、气体发生器6以及摄像装置7；无人机包括机体1和六个机臂12，机臂12连接在机体1四周，机体1的侧壁对称设置两个安装架13；降落伞4与弹射装置3相连，弹射装置3安装在机臂12上；气囊2与气体发生器6相连，气囊2安装在机体1的上表面，气囊2设置在收容腔201内，且收容腔201的侧壁安装有压力传感器54；摄像装置7安装在机体1的下表面的中心位置，且位于两安装架13之间；弹射装置3、加速度传感器51、高度传感器52、垂直速度传感器53、压力传感器54、运动传感器55、气体发生器6以及摄像装置7分别与控制器5相连。控制器5上还连接有通信模块8和定位模块9。控制器5具体为单片机。

具体实施时，包括以下步骤：

1)无人机在发生机械故障时，无人机会出现不正常的快速下坠现象，在下坠过程中会产生加速度，此时无人机的加速度急速上升、垂直下降的速度急速上升，无人机的飞行高度急速下降、摄像装置7中的摄像头拍摄的画面也会急速变化；

2)加速度传感器51将测出加速度数值，垂直速度传感器53将测得的速度数值、高度传感器52将测得的高度数值以及摄像装置7检测到的图片变化数据传输给单片机；

3)单片机经数据处理后，根据无人机加速度的变化及无人机高度的变化，判定无人机处于下坠趋势；根据无人机的速度值，辅以图像变化的速度确定无人机下降的速度；

4)当检测到的无人机的速度值V大于设定的速度阈值V0时，单片机向气体发生器6发出指令，气体发生器6产生气体，并将气体输送给气囊2，气囊2发生膨胀；

5)压力传感器54将检测到气囊2内的压力值数据传输给单片机，单片机对数据处理，且在检测到的气囊2内的压力值F大于等于设定的压力阈值F0时，单片机向弹射装置3发出指令，弹射装置3弹出降落伞4，无人机在降落伞4的作用下，缓慢下降；

6)操作过程中，通过通信模块8实时监控无人机的飞行状态；且加速度传感器51将测出加速度数值，垂直速度传感器53测得的速度数值、高度传感器52将测得的高度数值以及摄像装置7检测到的图片变化数据持续传输给单片机进行分析处理；

7)当检测到无人机的垂直下降速度为0、加速度值为0及摄像装置7检测到的图像变化的速度也为0时，判定无人机已安全降落，此时单片机控制弹射装置3收回降落伞4；

8)通过定位模块9反馈的数据，找回无人机。

实施例2

本实施例所述的一种无人机防坠保护装置与实施例1基本相同，不同之处结合图3～图4进行说明，控制器5还与运动传感器55相连，用于检测无人机在三轴方向上的运动数据；机臂12与无人机的螺旋桨14相连，机臂12上设置尼龙网10，尼龙网10与发射装置11相连，发射装置11与控制器5相连；尼龙网10设置于无人机螺旋桨14的正下方。

具体实施时，包括以下步骤：

1)无人机在发生机械故障时，无人机会出现不正常的快速下坠现象，在下坠过程中会产生加速度，此时无人机的加速度急速上升、垂直下降的速度急速上升，无人机的飞行高度急速下降、摄像装置7中的摄像头拍摄的画面也会急速变化；

2)加速度传感器51将测出加速度数值，垂直速度传感器53测得的速度数值、高度传感器52将测得的高度数值、运动传感器55将测得的无人机在三轴方向上的运动数据以及摄像装置7检测到的图片变化数据传输给单片机；

3)单片机经数据处理后，根据无人机加速度的变化及无人机高度的变化，判定无人机处于下坠趋势；根据无人机的速度值，辅以图像变化的速度确定无人机下降的速度；

4)当检测到的无人机的速度值V大于设定的速度阈值V0时，单片机向发射装置11发出指令，发射装置11向螺旋桨14发射出尼龙网10，尼龙网10缠住螺旋桨14，使螺旋桨14迅速停止转动，防止螺旋桨14转动隔断降落伞4的绳索；与此同时，单片机向气体发生器6发出指令，气体发生器6产生气体，并将气体输送给气囊2，气囊2发生膨胀；

5)压力传感器54将检测到气囊2内的压力值数据传输给单片机，单片机对数据处理，且在检测到的气囊2内的压力值F大于等于设定的压力阈值F0时，单片机向弹射装置3发出指令，弹射装置3弹出降落伞4，无人机在降落伞4的作用下，缓慢下降；

6)操作过程中，通过通信模块8实时监控无人机的飞行状态；且加速度传感器51将测出加速度数值，垂直速度传感器53测得的速度数值、高度传感器52将测得的高度数值、运动传感器55将测得的三轴方向的运动数据以及摄像装置7检测到的图片变化数据持续传输给单片机进行分析处理；

7)当检测到无人机的垂直下降速度为0、加速度值为0、摄像装置7检测到的图像变化的速度也为0且运动传感器55测得的无人机在三轴方向上的运动速度也为0时，判定无人机已安全降落，此时单片机控制弹射装置3收回降落伞4；

8)通过定位模块9反馈的数据，找回无人机。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。