自适应调节弹射角度的多旋翼无人机紧急伞降装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种自适应调节弹射角度的多旋翼无人机紧急伞降装置及方法，所述装置包括伞仓、伞仓盖、降落伞、抛伞弹簧、锁栓、解锁舵机、微控制器、惯性运动测量单元和弹簧支架旋转装置；所述伞仓盖在解锁舵机和锁栓的共同作用下固定在伞仓上，所述伞仓固定在多旋翼无人机上；所述降落伞、抛伞弹簧、微控制器、惯性运动测量单元和弹簧支架旋转装置设置在伞仓和伞仓盖组成的结构内；所述微控制器分别与解锁舵机、惯性运动测量单元和弹簧支架旋转装置连接，所述抛伞弹簧的一端固定在弹簧支架旋转装置上，另一端固定在降落伞上。本发明专利技术通过自适应调整弹簧弹射角度，使得多旋翼无人机姿态出现较大偏转倾斜情况下，均可保证降落伞垂直向上弹出。

Adaptive multi rotor UAV emergency parachute ejection angle device and method

The invention discloses an adaptive multi rotor UAV emergency parachute ejection angle device and method, wherein the device comprises an umbrella, an umbrella cover, cabin parachute, parachute spring, a lock bolt, unlocking actuator, micro controller, inertial measurement unit and spring bracket rotating device; the umbrella cover at unlock the steering gear and the interaction of the lock bolt is fixed on the umbrella compartment, wherein the umbrella bin is fixed on the rotor UAV; the parachute, parachute spring, micro controller, inertial measurement unit and spring bracket rotating device is arranged on the umbrella and an umbrella cover chamber structure composed of the micro controller; the steering gear is respectively connected with the unlock, inertial measurement unit and spring bracket rotating device, one end of the parachute spring is fixed on the spring bracket on the rotary device, the other end is fixed on the parachute. By adjusting the ejection angle of the spring adaptively, the invention makes the multi rotor unmanned air vehicle have a larger posture, and when the deflection is inclined, the parachute can be ejected vertically upwards.

【技术实现步骤摘要】
自适应调节弹射角度的多旋翼无人机紧急伞降装置及方法
本专利技术涉及一种无人机伞降装置及方法，尤其是自适应调节弹射角度的多旋翼无人机紧急伞降装置及方法，属于农业无人机研究领域。
技术介绍
多旋翼无人机是一种具有三个及以上旋翼轴的特殊的无人驾驶直升机，是当前航空领域研究的热点，在实际应用中存在大量的需求，例如：侦察与营救任务，科学数据收集，地质、林业勘探，农业病虫害防治，以及视频监控，影视制作等。通过无人飞行器来完成上述任务可以大大降低成本和提高人员安全保障。因此，近些年来无人飞行器在军事、民用尤其是农业领域发展迅速。但是，目前，无人机作业时由于地形，地貌，障碍，操作等问题容易出现各种突发风险，严重的甚至导致坠机和炸机，使得用户和农户出现较大的经济损失。目前，无人机伞降装置多采用直接向外弹射降落伞的方式来实施自救，在无人机姿态没有出现较大改变时，伞降装置可以正常工作，但是在无人机出现较大偏转倾斜情况下，由于弹射角度斜移，伞降装置不易及时有效打开，从而降低了无人机的自救成功率。因此，设计出一种成本较低，可靠性较高的多旋翼无人机伞降装置具有极高的理论和实际意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种自适应调节弹射角度的多旋翼无人机紧急伞降装置，该装置通过自适应调整弹簧弹射角度，使得多旋翼无人机姿态出现较大偏转倾斜情况下，均可保证降落伞垂直向上弹出，具有结构简单、重量轻、鲁棒性强等特点。本专利技术的另一目的在于提供一种基于上述装置的多旋翼无人机紧急伞降方法。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：自适应调节弹射角度的多旋翼无人机紧急伞降装置，包括伞仓、伞仓盖、降落伞、抛伞弹簧、锁栓、解锁舵机、微控制器、惯性运动测量单元和弹簧支架旋转装置；所述锁栓和解锁舵机各有两个，两个解锁舵机分别固定在伞仓两边侧壁，两个锁栓分别位于两个解锁舵机的上方，并分别与两个解锁舵机连接，所述伞仓盖在锁栓和解锁舵机的共同作用下固定在伞仓上，所述伞仓固定在多旋翼无人机上；所述降落伞、抛伞弹簧、微控制器、惯性运动测量单元和弹簧支架旋转装置设置在伞仓和伞仓盖组成的结构内；所述微控制器分别与解锁舵机、惯性运动测量单元和弹簧支架旋转装置连接，所述抛伞弹簧的一端固定在弹簧支架旋转装置上，另一端固定在降落伞上。优选的，所述弹簧支架旋转装置包括弹簧底部结构支架、横滚轴舵机和俯仰轴舵机，所述抛伞弹簧的一端固定在弹簧底部结构支架上，另一端固定在降落伞上，所述横滚轴舵机前端的圆形转轴与弹簧底部结构支架连接，横滚轴舵机旋转时带动弹簧底部结构支架发生绕横轴方向的旋转；所述俯仰轴舵机前端的圆形转轴与弹簧底部结构支架连接，俯仰轴舵机旋转时带动弹簧底部结构支架发生绕纵轴方向的旋转。优选的，所述装置还包括电源管理模块、内置充电电池和动力电池，所述电源管理模块采用DC-DC模块，该DC-DC模块输出3.3V和5V电源，5V电源用于驱动解锁舵机、横滚轴舵机和俯仰轴舵机，3.3V电源用于为微控制器和惯性运动测量单元供电；所述动力电池通过电源管理模块向整个装置供电，同时动力电池还通过电源管理模块为内置充电电池充电。优选的，所述惯性运动测量单元包括三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴地磁传感器，所述三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴地磁传感器分别与微控制器连接。进一步的，所述惯性运动测量单元还包括空速计、高度计、光流摄像头和GPS模块，所述空速计、高度计、光流摄像头和GPS模块分别与微控制器连接。本专利技术的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：基于上述装置的多旋翼无人机紧急伞降方法，所述方法包括：微控制器获取当前无人机的动力电压，瞬时高度、加速度，解算出无人机的下降率，如果处于危险坠落状态，则发送停止指令给无人机的飞行控制系统，停止螺旋桨旋转，并同时调整弹簧支架旋转装置，控制降落伞的弹射角度，通过抛伞弹簧将降落伞向上垂直抛出，使无人机安全着陆。具体的，所述方法包括以下步骤：S1、多旋翼无人机上电，微控制器定时获取无人机动力电池电压以及惯性运动测量单元输出的瞬时加速度、角速度和高度值；S2、微控制器对获取的数据进行计算和分析，获得无人机动力电池电压值及当前的高度、下降速度和下降加速度信息；S3、如果某时刻无人机动力电池电压值超过预警值，则执行步骤S4，否则，执行步骤S8；S4、如果某时刻飞行高度、下降速度、下降加速度三项中任两项均超过预警值，则判定无人机处于危险状态；并等待一段时间后再次判断是否仍处于危险状态；如果是，则执行步骤S5，否则执行步骤S8；S5、微控制器发送停止指令给无人机的飞行控制系统，停止螺旋桨旋转；S6、微控制器通过惯性运动测量单元获取当前无人机的俯仰角和横滚角，通过控制横滚轴舵机和俯仰轴舵机偏转，使弹簧底部结构支架保持水平姿态；S7、微控制器通过解锁舵机快速抽出锁栓，抛伞弹簧将降落伞从伞仓内向上垂直抛出，无人机进入伞降状态；S8、无人机正常飞行，重复步骤S2～S4。优选的，步骤S3中，无人机动力电池电压的预警值采用下式计算：其中，Va为无人机动力电池电压的预警值，Vs为无人机动力电池的正常标准电压，根据动力电池层叠数不同，正常标准电压为7.4V、11.1V、14.8V或22.2V。优选的，步骤S4中，等待时间采用下式计算：其中，t为等待时间，v为某时刻的下降速度，a为某时刻的下降加速度，s为某时刻的下降高度。优选的，步骤S6中，所述微控制器通过惯性运动测量单元获取当前无人机的俯仰角和横滚角，通过控制横滚轴舵机和俯仰轴舵机偏转，使弹簧底部结构支架保持水平姿态，具体如下：微控制器通过惯性运动测量单元获取当前无人机的俯仰角和横滚角，设获取的无人机俯仰角为α度，横滚角为β度，微控制器控制横滚轴舵机偏转-α度以及俯仰轴舵机偏转-β度，使弹簧底部结构支架保持水平姿态。本专利技术相对于现有技术具有如下的有益效果：1、本专利技术针对目前的伞降装置在多旋翼无人机姿态出现较大偏转倾斜的情况，无人机伞降装置不考虑当前无人机姿态直接向外弹射降落伞，由于弹射角度斜移，伞降装置不易及时有效打开，从而降低了无人机的自救成功率的问题，在微控制器发送停止指令给无人机的飞行控制系统使螺旋桨停止旋转的同时，会自动调整弹簧支架旋转装置，控制降落伞的弹射角度，然后通过抛伞弹簧将降落伞向上垂直抛出，使无人机安全着陆；同时，锁栓和解锁舵机各有两个，两个解锁舵机分别固定在伞仓两边侧壁，两个锁栓分别位于两个解锁舵机的上方，并分别与两个解锁舵机连接，这样即便其中一边的锁栓和解锁舵机出现故障导致锁栓无法抽出，只要另一边的锁栓和解锁舵机正常，仍可以顺利将降落伞弹出。2、本专利技术的弹簧支架旋转装置包括弹簧底部结构支架、横滚轴舵机和俯仰轴舵机，微控制器通过惯性运动测量单元获取当前无人机的姿态，如果无人机姿态发生偏转，则控制横滚轴舵机、俯仰轴舵机迅速调整弹簧底部结构支架的姿态，在无人机姿态偏转的情况下，使得抛伞弹簧的弹射角度保持垂直向上，使降落伞能够及时有效打开。附图说明图1为本专利技术的多旋翼无人机紧急伞降装置结构示意图。图2为本专利技术的多旋翼无人机紧急伞降装置中电路连接关系示意图。其中，1-伞仓，2-伞仓盖，3-降落伞，4-抛伞弹簧，5-锁栓，6-解锁舵机，7-微控制器，8-惯性运动测量单元，9-弹簧底部结构支架，本文档来自技高网...

【技术保护点】
自适应调节弹射角度的多旋翼无人机紧急伞降装置，其特征在于：包括伞仓、伞仓盖、降落伞、抛伞弹簧、锁栓、解锁舵机、微控制器、惯性运动测量单元和弹簧支架旋转装置；所述锁栓和解锁舵机各有两个，两个解锁舵机分别固定在伞仓两边侧壁，两个锁栓分别位于两个解锁舵机的上方，并分别与两个解锁舵机连接，所述伞仓盖在锁栓和解锁舵机的共同作用下固定在伞仓上，所述伞仓固定在多旋翼无人机上；所述降落伞、抛伞弹簧、微控制器、惯性运动测量单元和弹簧支架旋转装置设置在伞仓和伞仓盖组成的结构内；所述微控制器分别与解锁舵机、惯性运动测量单元和弹簧支架旋转装置连接，所述抛伞弹簧的一端固定在弹簧支架旋转装置上，另一端固定在降落伞上。

【技术特征摘要】
1.自适应调节弹射角度的多旋翼无人机紧急伞降装置，其特征在于：包括伞仓、伞仓盖、降落伞、抛伞弹簧、锁栓、解锁舵机、微控制器、惯性运动测量单元和弹簧支架旋转装置；所述锁栓和解锁舵机各有两个，两个解锁舵机分别固定在伞仓两边侧壁，两个锁栓分别位于两个解锁舵机的上方，并分别与两个解锁舵机连接，所述伞仓盖在锁栓和解锁舵机的共同作用下固定在伞仓上，所述伞仓固定在多旋翼无人机上；所述降落伞、抛伞弹簧、微控制器、惯性运动测量单元和弹簧支架旋转装置设置在伞仓和伞仓盖组成的结构内；所述微控制器分别与解锁舵机、惯性运动测量单元和弹簧支架旋转装置连接，所述抛伞弹簧的一端固定在弹簧支架旋转装置上，另一端固定在降落伞上。2.根据权利要求1所述的自适应调节弹射角度的多旋翼无人机紧急伞降装置，其特征在于：所述弹簧支架旋转装置包括弹簧底部结构支架、横滚轴舵机和俯仰轴舵机，所述抛伞弹簧的一端固定在弹簧底部结构支架上，另一端固定在降落伞上，所述横滚轴舵机前端的圆形转轴与弹簧底部结构支架连接，横滚轴舵机旋转时带动弹簧底部结构支架发生绕横轴方向的旋转；所述俯仰轴舵机前端的圆形转轴与弹簧底部结构支架连接，俯仰轴舵机旋转时带动弹簧底部结构支架发生绕纵轴方向的旋转。3.根据权利要求2所述的自适应调节弹射角度的多旋翼无人机紧急伞降装置，其特征在于：所述装置还包括电源管理模块、内置充电电池和动力电池，所述电源管理模块采用DC-DC模块，该DC-DC模块输出3.3V和5V电源，5V电源用于驱动解锁舵机、横滚轴舵机和俯仰轴舵机，3.3V电源用于为微控制器和惯性运动测量单元供电；所述动力电池通过电源管理模块向整个装置供电，同时动力电池还通过电源管理模块为内置充电电池充电。4.根据权利要求1所述的自适应调节弹射角度的多旋翼无人机紧急伞降装置，其特征在于：所述惯性运动测量单元包括三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴地磁传感器，所述三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴地磁传感器分别与微控制器连接。5.根据权利要求4所述的自适应调节弹射角度的多旋翼无人机紧急伞降装置，其特征在于：所述惯性运动测量单元还包括空速计、高度计、光流摄像头和GPS模块，所述空速计、高度计、光流摄像头和GPS模块分别与微控制器连接。6.基于权利要求1-5任一项所述装置的多旋翼无人机紧急伞降方法，其特征在于：所述方法包括：微控制器获取当前无人机的动力电压，瞬时高度、加速度，解算出无人机的下降率，如果处于危险坠落状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐兴，王臻杰，李君，杨洲，蔡坤，陈壮辉，陈华明，张倩倩，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44