一种无人机自动切伞装置的制作方法

本发明涉及伞降式无人机切伞技术，具体地说，涉及一种无人机自动切伞装置。

背景技术：

无人机的降落回收在无人机的飞行系统中占有重要的地位，无人机的降落回收方式主要分为滑降式回收、伞降式回收、撞网式回收和钩索式回收。其中，伞降式回收因其对外部环境的要求低、回收伞可重复利用、适用性强的特点，在无人机领域有广泛的应用。采用伞降式回收的无人机在伞降回收过程中，依次需要经历开伞、切伞、抛伞等几个步骤。在进行切伞步骤之前，无人机为防止整机摆动过大，需要将降落伞的伞带部分用绳索固定，待飞机速度平稳并接近地面时再切断绳索，释放固定的伞带，使飞机和降落伞分离，避免由于降落伞和飞机没有分离，进而造成飞机在地面上受风吹的影响出现拖拽和磕碰的损伤、损坏。因此，在无人机伞降式回收过程中的切伞过程要求速度快、安全可靠。

发明专利201310269265.7提出了“一种无人机与降落伞自动分离系统与方法”，该自动分离系统与方法对无人机切伞装置无机械保护机构，该装置在降落伞的拉力过大时，由摇臂的旋转驱动活动销的移动，从而实现切伞时需要电机输出的力矩大，容易造成电机的损坏。在发明专利201710259453.x公开了“一种无人机自动切伞器”，该自动切伞器采用全机械结构的方式，仅依靠无人机触地时挂钩对舌片的压力减小来实现降落伞和无人机的分离，但可靠性低，智能化低。

技术实现要素：

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种无人机自动切伞装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括图像采集模块、图像处理和自动控制单元、切伞机构，其特征在于所述图像采集模块包括光电摄像头和图像采集卡，光电摄像头位于无人机机身底部，光电摄像头的输出端和图像采集卡的输入端连接；

所述图像处理和自动控制单元为无人机机载计算机中的图像处理板和自动控制板，图像采集模块的输出端和图像处理板的输入端连接，图像处理板的输出端和自动控制板的输入端连接，图像处理和自动控制单元的输出端和切伞机构的输入端连接；

所述切伞机构包括电机组件、曲柄、连杆、摇杆、舌片、套环、销轴、弹簧和安装座，所述安装座为各部件提供支撑；所述电机组件包括电机和减速器，电机输出轴和减速器通过联轴器连接，减速器输出端与曲柄连接，电机为双向旋转电机，电机在接收到图像处理和自动控制单元输出的指令后，输出旋转力矩驱动减速器和曲柄旋转；所述曲柄为正方体和圆柱体一体结构，圆柱体顶部为球面形，曲柄的正方体和圆柱体上分别开有径向销轴孔，且曲柄上的两个销轴孔的轴线相互平行位于同一平面内；所述连杆为h形结构，两端开有销轴孔，连杆一端和曲柄通过销轴连接，连杆另一端和摇杆配合通过销轴连接；

所述摇杆为圆柱体，摇杆顶端部为球面，摇杆下端侧面开有销轴孔；所述舌片前端为有曲率的圆弧结构，舌片中间部位开有销轴孔，舌片后端为平板结构，舌片位于安装座上端凹槽内，销轴穿过安装座和舌片上的销轴孔连接在安装座上，舌片绕销轴转动，舌片的后端底面与摇杆顶端配合，舌片与摇杆之间为点接触；

所述套环穿过舌片的前端位于舌片与安装座之间的间隙中，套环用于连接伞带；所述弹簧装套在连接舌片和安装座的销轴上，并使舌片的初始位置为舌片的前端靠在安装座上，切伞机构和无人机机身通过安装座连接。

所述曲柄、连杆、摇杆、舌片、套环和安装座均采用铝合金材质加工。

有益效果

本发明提出的一种无人机自动切伞装置，与现有技术相比:

(1)图像采集模块的光电摄像头为无人机通用配套设备，无需加装其他传感器用于测距，减少无人机机身重量，降低无人机成本。光电摄像头具有红外摄像功能，不受夜间和光线差环境的影响，灵敏度较高。

(2)图像处理和自动控制单元集成在无人机机载计算机中，合理分配利用机载计算机的硬件资源，处理速度快、控制精度高。

(3)切伞机构采用四杆机构的原理，实际应用稳定可靠，保证切伞动作前伞带套环牢固、不易脱落；进行切伞动作时，舌片打开快速不卡顿、伞带套环可瞬间和切伞机构分离。

(4)自动切伞装置体积小，安装便捷，适应性和通用性强。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种无人机自动切伞装置作进一步详细说明。

图1为本发明无人机自动切伞装置安装部位示意图。

图2为本发明自动切伞装置在切伞前切伞机构工作状态示意图。

图3为本发明自动切伞装置在切伞后切伞机构工作状态示意图。

图4为本发明自动切伞装置的自动切伞控制流程图。

图中:

1.图像采集模块2.图像处理和自动控制单元3.切伞机构4.电机组件5.曲柄6.连杆7.摇杆8.舌片9.套环10.销轴11.弹簧12.安装座

具体实施方式

本实施例是一种无人机自动切伞装置。

参阅图1～图4，本实施例无人机自动切伞装置，由图像采集模块1、图像处理和自动控制单元2和切伞机构3组成；其中，图像采集模块1包括光电摄像头和图像采集卡，光电摄像头安装在无人机机身底部光电吊舱的云台上，云台具有三个方向的旋转自由度，光电摄像头的镜头垂直朝向地面拍摄，光电摄像头的输出端和图像采集卡的输入端连接。图像处理和自动控制单元2为无人机机载计算机中的图像处理板和自动控制板，图像采集模块1的输出端和图像处理板的输入端连接，图像处理板的输出端和自动控制板的输入端连接，图像处理和自动控制单元2的输出端和切伞机构3的输入端连接。

图像采集模块1对获取到的图像进行预处理，光电摄像头负责获取图像信息，摄像头为双目摄像头，采用左摄像头和右摄像头区分，摄像头获取图像并实现图像光信号到模拟信号的转换，图像采集卡将模拟信号进行a/d转换并输出数字信号到图像处理和自动控制单元2；图像处理和自动控制单元2中的图像处理板对数字信号进行图像去燥、畸变消除、特征提取、图像匹配和距离计算，自动控制板对图像处理板的结果做出判断，发送控制指令。

本实施例中，切伞机构3包括电机组件4、曲柄5、连杆6、摇杆7、舌片8、套环9、销轴10、弹簧1、安装座12；其中，电机组件4包括电机和减速器，电机输出轴和减速器通过联轴器连接，减速器的输出端和曲柄5连接，电机为双向旋转电机。电机在接收到图像处理和自动控制单元2输出的指令后，输出旋转力矩，驱动减速器和曲柄5旋转，电机为切伞机构3提供驱动力。曲柄5采用铝合金材质加工，曲柄5为正方体和圆柱体一体结构，曲柄5下部正方体的两侧面上开有销轴孔，电机组件4的输出轴穿过销轴孔将电机组件的输出轴和曲柄5配合连接，曲柄5上部圆柱体侧面开有销轴孔，曲柄5下部销轴孔的轴线和上部销轴孔的轴线相互平行且处于同一平面内。

本实施例中，连杆6采用铝合金材料加工，连杆6为对称结构，连杆6的两端有销轴孔，销轴10穿过连杆6和曲柄5的销轴孔使曲柄5和连杆6连接。摇杆7采用铝合金材质加工，摇杆7为圆柱形状，摇杆7顶端为球面，球面上喷涂有耐磨材料；摇杆7下端侧面开有销轴孔，销轴10穿过连杆6和摇杆7的销轴孔将连杆6和摇杆7连接。舌片8为铝合金材质，舌片8前端为有曲率的圆弧结构，舌片8中间部位开有销轴孔，舌片8后端为平板结构，舌片8平板的底面喷涂有耐磨材料。舌片8前端靠在安装座12上，舌片8的后端位于摇杆7顶端的球面上，舌片8和摇杆7之间为点接触，销轴10穿过安装座12上的销轴孔和舌片8上的销轴孔将舌片固定在安装座上。

套环9为圆环结构，套环9穿过舌片8的前端，套在舌片8前端和安装座12之间的间隙中，套环9采用铝合金材质加工。弹簧11套装在连接舌片8和安装座12的销轴10上，并保证舌片8的初始位置为舌片8的前端靠在安装座12上。安装座12采用铝合金材质加工，安装座12用于安装支撑上述各部件，切伞机构3和无人机机身通过安装座12连接。

本实施例中，切伞前伞机构3处于初始位置时，曲柄5长度方向的轴线和连杆6长度方向轴线处于同一条直线上；摇杆7长度方向的轴线为垂直方向，舌片8销轴孔的轴线为水平方向，保证摇杆7和舌片8之间互相垂直，此时连杆6和摇杆7之间处于机械死点位置。

切伞机构3中各部件的所处的位置，在曲柄5转过很小的角度，曲柄5长度方向的轴线和连杆6长度方向的轴线此时不再共线；摇杆7在连杆6的带动下偏转很小的角度，打破机械死点位置，舌片8绕销轴10旋转一个角度，舌片8在杠杆作用下，舌片8的前端向上翘起，舌片8和安装座12之间的间隙变大，套环9在伞带的拉力作用下轻松滑脱出舌片8和安装座12之间的间隙，实现切伞动作。

无人机进入降落回收航迹时，切伞机构3开始工作，依次经过相机云台调节、搜寻远距离目标、左右摄像头同步采集图像、图像的预处理、图像分割、图像特征提取、摄像头标定、图像特征匹配、计算左右摄像头视差x，计算目标距离l，判断目标距离l和切伞临界距离l0的大小各步骤，当满足目标距离l在切伞临界距离之内时，自动控制板向电机发出切伞指令，电机旋转一个角度，实现切伞动作，完成切伞机构3的自动切伞过程。