一种基于模块化设计的无人机保护系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于模块化设计的无人机保护系统，该系统包括弹射保护模块和接口线路模块、盖板和下方附件；弹射保护模块和接口线路模块都固定安装在盖板上，弹射保护模块和接口线路模块连接；下方附件通过螺丝安装在多旋翼无人机的底部；多旋翼无人机与盖板通过弹射保护模块上的卡榫结构连接。当盖板弹出时，连接盖板与下方降落伞的引导线被拉动，使得盖板弹射时下方降落伞被打开，同时借由空气阻力以及无人机本身的惯性影响，无人机机身翻转180°，变成下方云台在上，原本的机架正面在下的情况，这时下方降落伞完全展开，减缓无人机的下降速度，并配合无人机的机臂及其上的电机、螺旋桨进行落地缓冲，保证云台上摄像机或其他仪器的安全。

【技术实现步骤摘要】
一种基于模块化设计的无人机保护系统
本技术属于无人机
，具体涉及一种基于模块化设计的无人机保护系统。
技术介绍
近年来，随着微机电控制技术的发展，稳定的多旋翼飞行器得到了广泛的关注，应用前景十分可观。现有的多旋翼无人机系统包含控制飞行的飞控系统、由旋翼、电机及电池等组成的动力系统以及根据不同应用搭载的诸如图像传感器、GPS或各种测量用传感器等外部设备。但是在无人机突发意外或故障时,机体将无法保持平衡，甚至进行翻滚或失去动力而坠落，造成飞控等无人机上重要部件以及无人机上搭载的昂贵设备的损毁，经济损失较大。为了防止无人机突发意外失控坠毁引起的无人机部件及搭载设备损毁的问题，现有技术中有以下代表性的解决方案：(1)论文名称：无人机发射与回收技术这篇论文研究的对象是某小型无人机的发射和回收系统。首先根据该型无人机的特点，选择弹力弹射和伞降气囊回收的组合方案以确保发射和回收的安全可靠。对于伞降气囊回收系统，根据设计要求，对降落伞进行了详细设计和强度校核，并对伞降稳定阶段的流场，采用CFD技术进行数值分析以确保下落速度满足设计要求。并根据一些经验公式计算出气囊的高度、初始压力、卸压压力以及泄气口面积等主要参数，以确保无人机的安全回收。如图1所示的降落伞设计图，其技术手段在于通过计算无人机重量和体积定制伞降保护系统，但只能用于某个(或某单一型号)无人机、成本高、兼容性差。在无人机失控翻滚时机体或螺旋桨将伞绳缠住造成开伞不完全或未能顺利开伞导致无人机坠毁；电路系统与无人机电池相连，当无人机电池故障时无法弹出。(2)专利名称无人机关键受力框的力学分析和优化设计伞降过程中降落伞和无人机组合体运动状态复杂，无人机伞降回收过程比较容易出现故障。无论采用哪种方法，在无人机落地之前垂直速度不可能完全消失。因此，必须辅以落地缓冲装置去吸收剩余能量，而缓冲气囊是一种非常有效的缓冲方式。当伞降回收时，在适当的时机，减震气囊被放出展开，当无人机着陆时，在冲击载荷作用下囊内气体被压缩产生变形，吸收无人机冲击能量，随后及时排除囊内气体以释放所吸收的能量，从而达到减小无人机冲击过载、保护无人机回收安全的目的。如图2所示为无人机伞降-气囊回收方案示意图，其采用的技术手段在于将无人机整机伞降回收，当无人机过重时缓冲效果不明显；且系统过于复杂，成本高且不利于维护更换；当无人机失控时，如果降落伞已弹出而螺旋桨仍在转动，可能绞住伞绳致使降落伞无法展开导致回收失败；电路系统与无人机电池相连，当无人机电池故障时无法弹出。上述代表性现有方案存在以下缺点：(1)、现有技术多为整机伞降，拆装维护不方便；(2)、电路系统和控制与无人机电池相连，当无人机电池故障时降落伞无法弹出；(3)、当无人机失控时，如果降落伞已弹出而螺旋桨仍在转动，可能绞住伞绳致使降落伞无法展开；(4)、无人机失控翻滚时机体或螺旋桨将伞绳缠住造成开伞不完全或未能顺利开伞导致无人机坠毁；(5)、某些机型设计原因无法安装降落伞包或无安装孔。
技术实现思路
本技术的目的在于，在不改变自组无人机机架和整体结构的情况下，通过加装伞降无人机保护系统，降低设计制造成本，提高兼容性；使无人机在失控的情况下保护飞控系统以及无人机所搭载的昂贵设备。本技术采用的技术方案为一种基于模块化设计的无人机保护系统，该系统包括弹射保护模块和接口线路模块、盖板和下方附件；弹射保护模块和接口线路模块都固定安装在盖板上，弹射保护模块和接口线路模块连接；下方附件通过螺丝安装在多旋翼无人机的底部；多旋翼无人机与盖板通过弹射保护模块上的卡榫结构连接。所述弹射保护模块由万向水银开关、电池、电机绞轮、降落伞模块、弹片、下方卡榫以及中央定位结构组成。万向水银开关与电机绞轮连接，电机绞轮通过螺丝固定安装在盖板的下方卡榫上；降落伞模块设置在盖板内；盖板下方与多旋翼无人机通过下方卡榫连接。弹片装于盖板与多旋翼无人机之间。中央定位结构设置在盖板的中间。电池分别与电机绞轮、降落伞模块连接并提供电力。万向水银开关根据水银倾斜角度进行开闭，进而控制电机绞轮和卡榫之间的配合关系。下方卡榫由卡榫片、中空管、弹簧、铁丝和绞盘组成。铁丝与电机绞轮相连，铁丝穿过中空管连接在卡榫片上，弹簧套在中空管的外侧，起到张开卡榫片的作用。中央定位结构由装于多旋翼无人机机身上的定位柱、滚珠和装于盖板上的外环组成。定位柱固定在多旋翼无人机上，滚珠设置在定位柱的表面，外环套在滚珠上。弹射时，中央定位结构作为导轨定位，使弹出方向平行于多旋翼无人机正上方。所述接口线路模块由四个角部快拆接口、两个边部快拆接口、接口引线和触点组成；四个角部快拆接口分布在多旋翼无人机的机臂一侧，用来连接飞控与电调；两个边部快拆接口对称布置于盖板的两侧，两个边部快拆接口分别是电池接口和GPS接口。接口线路模块的连接采用上下滑块以及内置卡扣连接，保证了连接强度，同时在不影响发生故障时，盖板及其保护模块能够自由的弹出。四个角部快拆接口和两个边部快拆接口的接口处采用触点连接再由接口引线连接至飞控。所述盖板为刚性板，安装在无人机上，其上方搭载有原先安装在无人机上的飞控及其他重要部件，将无人机原本一体的结构分成了上下两个可拆卸部分；盖板尺寸根据搭载此设备的多旋翼无人机的机架大小改变，如F(某型无人机机架)搭载时，尺寸及接口位置如图4所示。所述下方附件包括伞架、下方降落伞和活动关节；下方降落伞通过活动关节安装在伞架上；盖板通过引导线与下方降落伞连接。如图11所示。所述弹射保护模块中的下方卡榫与多旋翼无人机连接。盖板上方安装有多旋翼无人机的飞控，gps等精密仪器。弹片为一个弹性簧片或弹簧，在卡榫闭合时处于压缩状态，在卡榫松开时将盖板弹出。至此整个无人机分成了两个部分，设计这套系统的目的是分别保护上方飞控与下方云台。下方附件则起到了盖板弹出后保护云台等附件的作用。盖板与引导线相连，弹出时拉动绳索，将下方降落伞弹出，再依靠惯性与机架呈竖直位置。这样就避免了降落伞伞绳绞到旋翼上的情况了。机架翻转，以机臂与电机作为缓冲，保护云台等附件。盖板做为一个多旋翼无人机的外附件，用于在紧急情况下提供保护，牺牲电调电机等不重要的部件来最大限度的保护飞控，gps等精密部件。使执行户外任务的无人机安全有了保障，能够执行更多更复杂的任务。附图说明图1为一种降落伞设计图。图2为一种无人机伞降-气囊回收方案示意图。图3为市面上最常用的F450机架。图4为盖板俯视图。图5为接口及其俯视图以及连接方式。图6为盖板下层固定结构图。图7为卡榫固定方式。图8为微型电机实物。图9为系统运行流程图。图10.1为中央定位结构的侧面示意图。图10.2为中央定位结构的正面示意图。图11为下方附件的结构图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本技术进行进一步详细说明。如图3-11所示，一种基于多旋翼无人机的模块保护系统，该系统包括弹射保护模块和接口线路模块、盖板40和下方附件；弹射保护模块和接口线路模块都固定安装在盖板40上，弹射保护模块和接口线路模块连接；下方附件通过螺丝安装在多旋翼无人机10的底部；多旋翼无人机10与盖板40通过弹射保护模块上的卡榫结构连接。所述弹射保护模块由万向水银开关2010、电池2020、电机绞轮2030、降落伞模块2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模块化设计的无人机保护系统，其特征在于：该系统包括弹射保护模块和接口线路模块、盖板(40)和下方附件；弹射保护模块和接口线路模块都固定安装在盖板(40)上，弹射保护模块和接口线路模块连接；下方附件通过螺丝安装在多旋翼无人机(10)的底部；多旋翼无人机(10)与盖板(40)通过弹射保护模块上的卡榫结构连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于模块化设计的无人机保护系统，其特征在于：该系统包括弹射保护模块和接口线路模块、盖板(40)和下方附件；弹射保护模块和接口线路模块都固定安装在盖板(40)上，弹射保护模块和接口线路模块连接；下方附件通过螺丝安装在多旋翼无人机(10)的底部；多旋翼无人机(10)与盖板(40)通过弹射保护模块上的卡榫结构连接。2.根据权利要求1所述的一种基于模块化设计的无人机保护系统，其特征在于：所述弹射保护模块由万向水银开关(2010)、电池(2020)、电机绞轮(2030)、降落伞模块(2040)、弹片(2050)、下方卡榫(2060)以及中央定位结构(2070)组成；万向水银开关(2010)与电机绞轮(2030)连接，电机绞轮(2030)通过螺丝固定安装在盖板(40)的下方卡榫(2060)上；降落伞模块(2040)设置在盖板(40)内；盖板(40)下方与多旋翼无人机(10)通过下方卡榫(2060)连接；弹片(2050)装于盖板(40)与多旋翼无人机(10)之间；中央定位结构(2070)设置在盖板(40)的中间；电池(2020)分别与电机绞轮(2030)、降落伞模块(2040)连接并提供电力；万向水银开关(2010)根据水银倾斜角度进行开闭，进而控制电机绞轮(2030)和下方卡榫(2060)之间的配合关系。3.根据权利要求2所述的一种基于模块化设计的无人机保护系统，其特征在于：下方卡榫(2060)由卡榫片(206010)、中空管(206020)、弹簧(206030)、铁丝(206040)和绞盘(206050)组成；铁丝(206040)与电机绞轮(2030)相连，铁丝(206040)穿过中空管(206020)连接在卡榫片(206010)上，弹簧(206030)套在中空管(206020)的外侧，起到张开卡榫片(206010)的作用。4.根据权利要求2所述的一种基于模块化...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文利，魏博新，冯昊，马英轩，郑鑫，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：新型
国别省市：北京,11