相对高度测量装置及飞行器的制作方法

背景技术：

相对高度是指飞行器到指定的水平面的垂直距离，飞行器在起飞或着陆时需要测量其与欲着陆平面之间的相对高度，以便飞控系统能够针对不同相对高度对飞行器制定相应控制策略。

目前，对于飞行器相对高度的测量，通常采用利用机载端的传感器、气压计等相应设备进行数据融合或利用载波相位差分技术进行测量，以得到飞行器的绝对高度，再利用一定的算法和数据处理来估计飞行器的相对高度；或者采用视觉、毫米波、超声波和激光测距等方式直接测量飞行器的相对高度。

然而，采用上述的方式对相对高度进行测量，结构和算法均较复杂，且成本较高。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供一种相对高度测量装置及飞行器，主要目的是使得飞行器的相对高度测量装置的结构和算法均较简单，且降低成本。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供了一种相对高度测量装置，包括：

滑轮；

第一重量块和多个第二重量块，所述第一重量块的重量大于多个所述第二重量块的重量之和；

柔性绳，所述柔性绳的一端与所述第一重量块连接，另一端绕过所述滑轮串接多个所述第二重量块，所述柔性绳的总长度、所述第一重量块的高度和多个所述第二重量块的高度之和为第一预设值，相邻两个所述第二重量块之间的所述柔性绳长度与任一所述第二重量块的高度之和为第二预设值；

测量单元，所述测量单元包括检测模块和与所述检测模块电连接的计算模块，所述检测模块与所述滑轮中心之间的垂直距离为第三预设值；

其中，所述检测模块用于在所述第一重量块接触水平面，所述第二重量块在重力作用下移动至其所在位置时，向所述计算模块发出相应信号，所述计算模块用于接收所述信号，并根据所述第一预设值、所述第二预设值、所述第三预设值和所述滑轮的半径计算所述滑轮中心相对于所述水平面的高度。

进一步地，该相对高度测量装置还包括：

第一导向筒，所述第一导向筒沿所述柔性绳一端的延伸方向布置；

所述柔性绳的一端穿过所述第一导向筒与所述第一重量块连接，所述第一重量块可在所述第一导向筒内沿所述第一导向筒的长度方向进行移动。

进一步地，该相对高度测量装置还包括：

第二导向筒，所述第二导向筒沿所述柔性绳另一端的延伸方向布置；

所述柔性绳的另一端绕过所述滑轮并穿入所述第一导向筒，多个所述第二重量块通过所述柔性绳依次排列于所述第一导向筒内，并可沿所述第一导向筒的长度方向进行移动。

进一步地，所述检测模块为设置于所述第二导向筒内的光电门。

进一步地，所述检测模块为设置于所述第二导向筒内的激光门。

进一步地，每个所述第二重量块内嵌入有磁性材料，或每个所述第二重量块为磁性材料重量块；

所述检测模块为设置于所述第二导向筒内的磁感应传感器。

进一步地，所述第一重量块和多个所述第二重量块均为球体结构。

另一方面，本发明实施例提供了一种飞行器，包括机身和前述的相对高度测量装置；

所述相对高度测量装置的滑轮和检测模块分别安装于所述机身内。

进一步地，所述机身上设置有门体；

当所述门体打开时，所述第一重量块能够通过所述门体露出于所述机身；

当所述门体关闭时，所述第一重量块能够通过所述门体位于所述机身内。

进一步地，所述相对高度测量装置还包括分别安装于所述机身内的第一导向筒和第二导向筒，所述第一导向筒和所述第二导向分别沿所述柔性绳的两端延伸方向布置；

所述柔性绳的一端穿过所述第一导向筒与所述第一重量块连接，所述第一重量块可在所述第一导向筒内沿所述第一导向筒的长度方向进行移动；

所述柔性绳的另一端绕过所述滑轮并穿入所述第二导向筒，多个所述第二重量块通过所述柔性绳依次排列于所述第二导向筒内，并可沿所述第二导向筒的长度方向进行移动。

借由上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：

本发明实施例提供的技术方案，可以应用于飞行器，通过柔性绳将第一重量块和多个第二重量块挂设在滑轮的两端，且第一重量块的重量大于多个第二重量块的重量之和，柔性绳的总长度、第一重量块的高度和多个第二重量块的高度之和为第一预设值，相邻两个第二重量块中心之间的柔性绳长度与任一第二重量块的高度之和为第二预设值，同时，滑轮和检测模块可以设置在飞行器内，滑轮中心至检测模块的距离为第三预设值，实现了当飞行器在起飞或着陆时，可以使第一重量块与水平面接触，由于第一重量块的重量大于多个第二重量块之和，因此，在第一重量块与水平面接触后，各个第二重量块会在重力作用下依次向下移动，且其移动的距离与飞行器的下降距离一致，当各个第二重量块依次分别到达检测模块所在位置时，检测模块会分别向计算模块发送相应信号，使得计算模块可以根据第一预设值、第二预设值、第三预设值和滑轮的半径计算出当前滑轮中心相对于水平面的高度，也就是飞行器的相对高度，测量精度较高，结构和算法均较简单，且成本较低。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种相对高度测量装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的优选实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例保护范围的限制。

如图1所示，本发明实施例提供了一种相对高度测量装置，包括滑轮1，用于安装在飞行器内；第一重量块21和多个第二重量块22，第一重量块21的重量大于多个第二重量块22的重量之和；柔性绳2，其一端与第一重量块21连接，另一端绕过滑轮1串接多个第二重量块22，柔性绳2的总长度、第一重量块21的高度和多个第二重量块22的高度之和为第一预设值，相邻两个第二重量块22之间柔性绳2长度与任一第二重量块22的高度之和为第二预设值；测量单元，其包括计算模块和与计算模块电连接的检测模块3，该检测模块3用于安装在飞行器内，该检测模块3与滑轮1中心之间的垂直距离为第三预设值；其中，检测模块3用于在第一重量块21接触水平面，第二重量块22在重力作用下移动至其所在位置时，向计算模块发出相应信号，计算模块用于接收该信号，并根据第一预设值、第二预设值、第三预设值和滑轮1的半径计算滑轮1中心相对于水平面的高度。

在一些示例中，该相对高度测量装置可以应用于飞行器，例如无人机，其滑轮1和检测模块3可以分别安装在飞行器的机身内，并随着飞行器的运动而运动，计算模块可以为飞行器的飞控系统；而柔性绳2将重量较大的第一重量块21和重量较小的多个第二重量块22分别挂设在滑轮1的两侧，且柔性绳2的总长度、第一重量块21的高度和多个第二重量块22的高度之和为第一预设值，相邻两个第二重量块22之间的柔性绳2长度与任一第二重量块22的高度之和为第二预设值，滑轮1中心与检测模块3之间的垂直距离为第三预设值，其中，第一预设值和第二预设值可以根据飞行器的飞控系统所制定的不同控制策略所针对的不同相对高度而预先设定，且相邻两个第二重量块22之间的距离可以互不相同，而第三预设值可以根据机身内空间大小以及柔性绳2的长度而预先设定；检测模块3用于检测第二重量块22是否到达其所在位置，并在其到达该位置时向计算模块发送相信号，使得计算模块可以根据相应数据计算滑轮1中心相对于水平面的高度，也就是计算出飞行器相对于水平面的相对高度。

下面以第二重量块22的数量为两个，且需测量飞行器着陆过程中的相对高度为例，对该相对高度测量装置的原理和工作过程进行具体说明。其中，为了便于描述，将相对高度、第一预设值、第二预设值、第三预设值和滑轮1的半径依次分别记为h、s、a、c和r。

由于第一重量块21的重量大于两个第二重量块22的重量之和，因此，在第一重量块21未与地面接触前，两个第二重量块22均无法达到预设位置；当第一重量块21接触水平面后，两个第二重量块22会在重力作用下向下移动，且其移动的相对距离与该装置或飞行器的下降距离一致，当第一个第二重量块22到达预设位置时，检测模块3会触发相应信号，计算模块会接收该信号，并根据s、a、c和r计算出当前时刻滑轮1中心相对于地面的高度，具体地计算公式可以为：h＝s-π·r-c，h即为飞行器当前的相对高度，飞控系统可以针对该相对高度制定相应控制策略。

在一些示例中，上述过程可以适用于第二重量块22的数量仅为一个的情形，即仅需该测量装置测量飞行器的一个相对高度，使得飞控系统针对该一个相对高度制定相应控制策略的情形。

根据上述实施例，随着第二重量块22的下降，当第二个第二重量块22到达检测模块3位置时，检测模块3还会触发相应信号，计算模块继续接受该信号，并再次根据s、a和r计算出当前时刻滑轮1中心相对于地面的高度，具体地计算公式可以为：h＝s-π·r-c-a，h即为飞行器当前的相对高度，飞控系统可以针对该相对高度制定相应控制策略。

本发明实施例提供的相对高度测量装置，可以应用于飞行器，通过柔性绳将第一重量块和多个第二重量块挂设在滑轮的两端，且第一重量块的重量大于多个第二重量块的重量之和，柔性绳的总长度、第一重量块的高度和多个第二重量块的高度之和为第一预设值，相邻两个第二重量块中心之间的柔性绳长度与任一第二重量块的高度之和为第二预设值，同时，滑轮和检测模块可以设置在飞行器内，滑轮中心至检测模块的距离为第三预设值，实现了当飞行器在起飞或着陆时，可以使第一重量块与水平面接触，由于第一重量块的重量大于多个第二重量块之和，因此，在第一重量块与水平面接触后，各个第二重量块会在重力作用下依次向下移动，且其移动的距离与飞行器的下降距离一致，当各个第二重量块依次分别到达检测模块所在位置时，检测模块会分别向计算模块发送相应信号，使得计算模块可以根据第一预设值、第二预设值、第三预设值和滑轮1的半径计算出当前滑轮1中心相对于水平面的高度，也就是飞行器的相对高度，测量精度较高，结构和算法均较简单，且成本较低。

在一些示例中，参见图1，该相对高度测量装置还可以包括第一导向筒4，该第二导向筒用于安装在飞行器内；且该第一导向筒4沿柔性绳2一端的延伸方向布置；柔性绳2的一端穿过第一导向筒4与第一重量块21连接，第一重量块21可在第一导向筒4内沿第一导向筒4的长度方向进行移动。

在一些示例中，该第一导向筒4可以呈圆筒状，且其可以竖直安装在飞行器的机身内，并可以沿柔性绳2一端的长度方向布置，以便第一重量块21通过柔性绳2在该第一导向筒4内运动。通过第一导向筒4的设置，使得第一导向筒4可以为第一重量块21的运动提供导向作用，以便于第一重量块21能够顺利地与水平面接触。

在一些示例中，参见图1，该相对高度测量装置还可以包括第二导向筒5，该第二导向筒5沿柔性绳2另一端的延伸方向布置；柔性绳2的另一端绕过滑轮1并穿入第二导向筒5，多个第二重量块22通过柔性绳2依次排列于第二导向筒5内，并可沿第二导向筒5的长度方向进行移动。

在一些示例中，该第二导向筒5可以呈圆筒状，且其可以竖直安装在飞行器的机身内，并可以沿柔性绳2另一端的长度方向布置，以便通过柔性绳2相互串接的多个第二重量块22能够可运动地位于该第二导向筒5内。通过第二导向筒5的设置，使得第二导向筒5可以为各个第二重量块22的下降运动提供导向作用，以便于第二重量块22能够顺利地到达检测模块3所在的位置。

在一些示例中，前述的检测模块3可以为设置于第一导向筒4内的光电门。当第二重量块22在第一导向筒4内下降至光电门时，光电门即会触发信号并发送至计算模块，由计算模块对此时飞行器的相对高度进行计算，结构简单，使用可靠，成本较低。

在一些示例中，前述的检测模块3还可以为设置于第二导向筒5内的激光门，即激光传感器。当第二重量块22在第二导向筒5内下降至光电门时，激光门即会触发信号并发送至计算模块，由计算模块对此时飞行器的相对高度进行计算，结构简单，使用可靠，成本较低。

在一些示例中，每个第二重量块22内可以嵌入有磁性材料，或每个第二重量块22可以为磁性材料重量块，即每个第二重量块22均由磁性材料制成；此时，检测模块3还可以为设置于第二导向筒5内的磁感应传感器。通过在第二质量块内嵌入磁性材料，或者将第二重量块22采用磁性材料制成，然后将检测模块3设置为磁感应传感器，实现了当第二重量块22在第二导向筒5内下降至磁感应传感器的位置时，磁感应传感器即可感应到磁信号并立即触发相应信号并发送至计算模块，由计算模块对此时飞行器的相对高度进行计算，结构简单，使用可靠，成本较低。

需要说明的是，由于飞行器内部的各个部件之间通常多为信号传输连接，而磁性材料在一定程度上易对信号准确性或信号传输等造成干扰，为了避免这一现象发生，推荐选用光电门或激光门作为检测模块3。而且，还需要说明的是，当在第二重量块22嵌入磁性材料，且该磁性材料位于第二重量块22的中心时，前述的第一预设值为柔性绳2的总长度、第一重量块21的高度和多个第二重量块22的高度之和，再减去1/2倍的一个第二重量块22的高度所得到的值。

在一些示例中，参见图1，第一重量块21和多个第二重量块22均可以为球体结构，以便于第一重量块21和第二重量块22分别在第二导向筒5和第一导向筒4内的运动。当然，第一重量块21和第二重量块22亦可以为圆柱体结构，具体可以根据实际需要而定。

本发明实施例还提供了一种飞行器，包括机身和前述的相对高度测量装置；其中，相对高度测量装置的滑轮1和检测模块3分别安装于机身内。

本发明实施例提供的飞行器，包括相对高度测量装置，该相对高度测量装置通过柔性绳将第一重量块和多个第二重量块挂设在滑轮的两端，且第一重量块的重量大于多个第二重量块的重量之和，柔性绳的长度为第一预设值，相邻两个第二重量块中心之间的距离为第二预设值，同时，滑轮中心至检测模块的距离为第三预设值，实现了当飞行器在起飞或着陆时，可以使第一重量块与水平面接触，由于第一重量块的重量大于多个第二重量块之和，因此，在第一重量块与水平面接触后，各个第二重量块会在重力作用下依次向下移动，且其移动的距离与飞行器的下降距离一致，当各个第二重量块依次分别到达检测模块所在位置时，检测模块会分别向计算模块发送相应信号，使得计算模块可以根据第一预设值、第二预设值、第三预设值和滑轮的半径计算出当前滑轮中心相对于水平面的高度，也就是飞行器的相对高度，测量精度较高，结构和算法均较简单，且成本较低。

在一些示例中，在飞行器的机身上可以设置有门体；当该门体打开时，第一重量块21能够通过门体露出于机身；当该门体关闭时，第一重量块21能够通过门体位于机身内。通过在飞行器的机身上设置门体，以使得当门体打开时，第一重量块21才会露出机身，以便于其与水平面接触实现飞行器相对高度的测量，而在无需对飞行器的高度进行测量时，第一重量块21可以通过门体置于机身内，而不会裸露在外，避免了其为飞行器的飞行带来阻力，从而保证了飞行器的正常飞行。

在一些示例中，前述的门体可以与机身通过转轴进行转动连接，且在机身内还可以设置有用于驱使门体进行开门或关门动作的运动机构，以及控制该运动机构驱使门体进行开门或关门的控制模块，以便于该控制模块可以根据控制指令控制运动机构驱使门体进行开门或关门的动作，以使得第一重量块21露出机身或置于机身内部。

在一些示例中，前述的运动机构可以包括气源、以及通过电磁阀与该气源连接的气缸，该气缸的活塞杆与门体连接，而前述的控制模块可以为飞行器的飞控系统，且飞控系统与电磁阀电连接，实现了飞控系统可以根据控制指令控制电磁阀的开启或关闭，从而控制气缸活塞杆的伸出或回缩，进而实现门体的开门或关门动作。其中，控制指令可以设置为与飞控系统电连接的按钮被触发而给出的实现方式，使用方便，成本较低。或者，亦可以采用与飞控系统电连接的舵机来实现上述功能，即飞控系统根据控制指令控制舵机臂驱使门体进行开门或关门的动作，结构简单，实现可靠。

在一些示例中，可参考图1，相对高度测量装置还可以包括分别安装于机身内的第一导向筒4和第二导向筒5，该第一导向筒4和所述第二导向筒5分别沿柔性绳2的两端延伸方向布置；柔性绳2的一端穿过第一导向筒4与第一重量块21连接，第一重量块21可在第一导向筒4内沿第一导向筒4的长度方向进行移动；柔性绳2的另一端绕过滑轮1并穿入第二导向筒5，多个第二重量块22通过柔性绳2依次排列于第二导向筒5内，并可沿第二导向筒5的长度方向进行移动。

在一些示例中，该第一导向筒4可以呈圆筒状，且其可以竖直安装在飞行器的机身内，并可以沿柔性绳2一端的长度方向布置，以便第一重量块21通过柔性绳2在该第一导向筒4内运动。通过第一导向筒4的设置，使得第一导向筒4可以为第一重量块21的运动提供导向作用，以便于第一重量块21能够顺利地与水平面接触。

在一些示例中，该第二导向筒5可以呈圆筒状，且其可以竖直安装在飞行器的机身内，并可以沿柔性绳2另一端的长度方向布置，以便通过柔性绳2相互串接的多个第二重量块22能够可运动地位于该第二导向筒5内。通过第二导向筒5的设置，使得第二导向筒5可以为各个第二重量块22的下降运动提供导向作用，以便于第二重量块22能够顺利地到达检测模块3所在的位置。

在一些示例中，相对高度测量装置的计算模块可以为飞行器的飞控系统，以保证测量结果的精度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。