无人机坠落应急保护装置及方法、无人机与流程

1.本发明涉及无人机技术领域，具体地涉及一种无人机坠落应急保护装置及方法、无人机。


背景技术：

2.无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“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行器。
3.随着小型无人机应用领域的扩展，民用和消费级无人机市场逐渐兴起。
4.若无人无人飞行器在空中出现故障（例如出现动力损失或能量耗尽的问题），无人飞行器的机翼将因失去动力而坠落，一方面将导致无人飞行器损毁，另一方面可能会威胁坠落点的人群的安全。另外，如果在野外进行无人飞行器的飞行工作，坠落的无人机在树木的遮蔽下将难以找到，飞行器获得的数据因此损失。


技术实现要素：

5.本发明的目的是替提供一种无人机坠落应急保护装置、无人机坠落应急保护方法以及无人机，以解决至少一个背景技术所描述的技术问题。
6.为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种无人机坠落应急保护装置，所述无人机坠落应急保护装置包括：外壳，包括壳壁和由所述壳壁限定形成的腔体；机臂轮，机臂的一端与所述机臂轮固定连接；第一卡齿，形成在所述机臂轮的周向外壁上；扭簧，所述机臂轮通过所述扭簧与所述壳壁转动连接，在所述扭簧的作用下，所述机臂轮具有逆时针转动的趋势；坠机保护组件，包括第一梯形滑块、第二梯形滑块、复位弹簧、卡接块以及第一弹簧；其中，所述第二卡齿能够与所述第一卡齿啮合或解除啮合；所述第二梯形滑块与所述第一梯形滑块相适配且两者之间滑动连接；所述复位弹簧的一端与所述第二梯形滑块的底部固定连接，具有将所述第二梯形滑块向上推动以与所述第一梯形滑块脱离配合的趋势；所述第一梯形滑块固定嵌入在所述卡接块的一侧端面，所述第二卡齿固定连接在所述卡接块的另一侧端面；所述第一弹簧的一端与所述卡接块固定连接，另一端与所述外壳固定连接，所述第一弹簧具有将所述卡接块朝向所述第二梯形滑块方向拉动的趋势。
7.本发明的无人机坠落应急保护装置能够在无人机因出现故障而坠落时，为无人机提供保护措施，降低无人机因坠落而造成的损失。
8.进一步地，所述无人机坠落应急保护装置还包括：配重块，具有磁性，设置在所述第二梯形滑块内；第一磁体，设置在所述第二梯形滑块的上方，所述第一磁体与所述外壳滑动连接，所述第一磁体底面与所述外壳之间固定有第二弹簧；所述第二弹簧用于支撑所述第一磁体
并具有将所述第一磁体向上推动的趋势。
9.进一步地，所述第一磁体底部设置有针头；所述针头下方设置有腔室，所述腔室内设置有储烟囊；所述腔室的顶壁上设置有供所述针头穿过以刺破所述储烟囊的通道；所述腔室的壁部设置有一端与所述腔室内部连通，另一端与外界连通的排气管。
10.进一步地，所述排气管内设置有高音哨。
11.进一步地，所述机臂顶面与外壳之间安装有防护膜。
12.进一步地，所述外壳底部设置缓冲座，所述缓冲座的底部设置有橡胶垫，所述缓冲座内部设置有缓冲气囊。
13.进一步地，所述外壳内部且位于所述机臂轮的下方开设有空槽；该空槽内部滑动连接有传动块，所述传动块底面设置有传动杆，所述传动杆底面固定有挤压块，所述挤压块底面固定有海绵块，所述海绵块下方设置有多个泡腾片，所述泡腾片底端滑动连接有弹性封闭环，所述弹性封闭环内部开设有通孔；在初始状态下，所述通孔在弹力的作用下封闭，所述弹性封闭环外部固定有喷头，所述喷头与缓冲座固定连接，所述喷头与缓冲气囊贯通连接，所述缓冲气囊内部盛放有水。
14.进一步地，所述外壳内部且位于复位弹簧的底面设置有电磁铁，所述电磁铁通电后能够与所述配重块相吸。
15.本发明第二方面提供一种无人机，包括机体、所述的无人机坠落应急保护装置以及一端与所述无人机坠落应急保护装置连接，另一端设置有机翼的机臂；其中，所述无人机坠落应急保护装置设置在所述机体侧部。
16.基于无人机坠落应急保护装置的设置，本发明的无人机能够操作者操作失误或无人机出现故障而坠落时，为无人机提供保护措施，降低无人机因坠落而造成的损失。
17.本发明第三方面提供一种无人机坠落应急保护方法，包括所述的无人机坠落应急保护装置，所述方法包括：在无人机处于失重状态时，解除所述第一卡齿和第二卡齿之间的啮合，以驱动所述机翼和所述机臂朝向所述机体转动，使得所述机翼移动至所述外壳的上方；同时，通过所述针头刺破所述储烟囊以释放储存在所述储烟囊内的有色烟气并通过所述高音哨发出声音。
18.通过上述的无人机坠落应急保护方法能够在无人机因出现故障而坠落时，为无人机提供保护措施，降低无人机因坠落而造成的损失。
19.本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
20.图1是本发明无人机的一种实施方式的结构示意图；图2是本发明无人机坠落应急保护装置一种实施方式的结构示意图；图3是图2中的a部放大图；图4是图2中的b部放大图；图5是图2中的c部放大图；图6是本发明无人机坠落应急保护装置第二种实施例结构示意图；图7是本发明无人机坠落应急保护系统的一种实施方式的示意图。
21.附图标记说明1机体；2外壳；3机臂；4机翼组件；5机臂轮；6第一卡齿；7第二卡齿；8卡接块；9弹簧；10第一梯形滑块；11第二梯形滑块；12复位弹簧；13配重块；14第一磁体；15第二弹簧；16针头；17储烟囊；18腔室；19排气管；20高音哨；21缓冲座；22缓冲气囊；23传动块；24传动杆；25挤压块；26海绵块；27喷头；28泡腾片；29弹性封闭环；30防护膜；31电磁铁。
具体实施方式
22.以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
23.在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指在装配使用状态下的方位。“内、外”指相对于各部件本身轮廓的内、外。
24.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
25.本发明第一方面提供一种无人机坠落应急保护装置。
26.如图1-图4所示，在第一种具体实施方式中，所述无人机坠落应急保护装置包括外壳2，机臂轮5，第一卡齿6，扭簧以及坠机保护组件。其中，所述外壳包括壳壁和由所述壳壁限定形成的腔体。所述机臂3的一端与所述机臂轮5固定连接。所述第一卡齿6形成在所述机臂轮5的周向外壁上。所述机臂轮5通过所述扭簧与所述壳壁转动连接，在所述扭簧的作用下，所述机臂轮5具有逆时针转动的趋势。
27.所述坠机保护组件包括第一梯形滑块10、第二梯形滑块11、复位弹簧12、卡接块8以及第一弹簧9。其中，所述第二卡齿7能够与所述第一卡齿6啮合或解除啮合；所述第二梯形滑块11与所述第一梯形滑块10相适配且两者之间滑动连接；所述复位弹簧12的一端与所述第二梯形滑块11的底部固定连接，具有将所述第二梯形滑块11向上推动以与所述第一梯形滑块10脱离配合的趋势；所述第一梯形滑块10固定嵌入在所述卡接块8的一侧端面，所述第二卡齿7固定连接在所述卡接块8的另一侧端面；所述第一弹簧9的一端与所述卡接块8固定连接，另一端与所述外壳2固定连接，所述第一弹簧9具有将所述卡接块8朝向所述第二梯形滑块11方向拉动的趋势。
28.在初始状态或者无人机正常飞行状态下时，所述第一卡齿6位于所述第二卡齿7的上方，所述扭簧处于压缩状态，所述机臂轮5因此而产生一个逆时针转动的趋势。
29.当无人机因发生故障而导致急速坠落时，所述坠机保护组件响应。具体地，所述第二梯形滑块11处于失重状态，所述复位弹簧12推动所述第二梯形滑块11向上移动。在所述第一弹簧9的作用下，所述第一卡齿6与所述第二卡齿7脱离啮合。所述第二卡齿7便会不再对所述第一卡齿6有一个支撑力。扭簧复位带动所述机臂轮5转动至所述机臂3与外壳2相接触。此时的机翼组件4位于所述外壳2的上方。这样，在无人机坠落时，机翼组件4就不会直接与地面发生撞击，造成机翼的损坏，从而减少坠机造成的损失。
30.因此，本发明的无人机坠落应急保护装置能够在无人机因出现故障而坠落时，为无人机提供保护措施，降低无人机因坠落而造成的损失。
31.进一步地，所述外壳2的内部设置有限位杆，该限位杆与所述第一卡齿6滑动连接。在所述机体1正常飞行时，所述第一卡齿6位于限位杆与第二卡齿7之间，从而防止所述第一卡齿6出现抖动、晃动等现象，确保无人机的正常飞行。
32.如图1所示，所述无人机坠落应急保护装置还包括配重块13和第一磁体14。所述配重块13具有磁性并设置在所述第二梯形滑块11内。所述配重块13可以进一步增强对复位弹簧12的压力，确保在无人机正常飞行状态下时有足够的力推动所述第二卡齿7支撑所述第一卡齿6。
33.所述第一磁体14设置在所述第二梯形滑块11的上方。所述第一磁体14与所述外壳2滑动连接。所述第一磁体14的底面与所述外壳2之间固定有第二弹簧15。所述第二弹簧15用于支撑所述第一磁体14并具有将所述第一磁体14向上推动的趋势。
34.在初始状态下，所述第二弹簧15会推动所述第一磁体14，使第一磁体14的顶面与所述外壳2贴合。当无人机出现故障坠落时，所述配重块13会在所述第二梯形滑块11的作用下向着第一磁体14的方向运动。所述配重块13与第一磁体14在磁力的作用下便会相互吸引。所述配重块13基于同时受到复位弹簧12弹力与第一磁体14的磁力，将运动至与外壳2贴合。如此，便可确保第一梯形滑块10有足够的运动行程。
35.如图3所示，所述第一磁体14底部设置有针头16。所述针头16下方设置有腔室18，所述腔室18内设置有储烟囊17。所述腔室18的顶壁上设置有供所述针头16穿过以刺破所述储烟囊17的通道。所述腔室18的壁部设置有一端与所述腔室18内部连通，另一端与外界连通的排气管19。
36.在所述配重块13处于失重状态时，在磁力的作用下，所述第一磁体14也会同时压缩所述第二弹簧15进行运动。所述第一磁体14运动从而推动针头16沿着通道滑动，从而将腔室18中的储烟囊17刺破，使得所述储烟囊17内部的烟气溢出。
37.所述储烟囊17内部压缩有一定量的有色气体，所述储烟囊17在被刺破之后，腔室18内部的压强增大，进而使得气体得以经过排气管19排出。排出的气体可以提醒地面的行人注意躲避，同时也便于操纵者后续找寻无人机。
38.如图3所示，所述排气管19内部设置有高音哨20。在有色气体沿着所述排气管19排出的过程中，气体会流过所述高音哨20，使得所述高音哨20发出尖锐的响音，进一步的提醒地面的行人注意躲避，防止砸伤行人。
39.如图1所示，所述机臂3顶面与外壳2之间安装有防护膜30。所述防护膜30的作用在于：可以对所述外壳2的内部结构进行一定的保护，延长设备的使用寿命。
40.如图1所示，所述外壳2底部设置缓冲座21，所述缓冲座21的底部设置有橡胶垫，所述缓冲座21内部设置有缓冲气囊22。在将无人机放置在地面上时，是通过所述缓冲座21对整个无人机进行支撑的。同时，所述缓冲座21的设计可以降低无人机的重心，使得无人机在坠落时可以保持底面与地面接触，从而保护无人机的各个元器件。所述缓冲气囊22的设计可以进一步的缓冲坠落时的冲击力。
41.如图1和图4所示，所述外壳2内部且位于所述机臂轮5的下方开设有空槽。该空槽内部滑动连接有传动块23，所述传动块23底面设置有传动杆24，所述传动杆24底面固定有
挤压块25，所述挤压块25底面固定有海绵块26，所述海绵块26下方设置有多个泡腾片28，所述泡腾片28底端滑动连接有弹性封闭环29，所述弹性封闭环29内部开设有通孔。在初始状态下，所述通孔在弹力的作用下封闭，所述弹性封闭环29外部固定有喷头27，所述喷头27与缓冲座21固定连接，所述喷头27与缓冲气囊22贯通连接，所述缓冲气囊22内部盛放有水。
42.工作时，在所述第一卡齿6与所述第二卡齿7分离之后，所述机臂轮5逆时针转动，从而推动所述第一卡齿6运动。当所述第一卡齿6运动至与所述传动块23接触后，其会推动传动块23向下运动，进一步推动传动杆24运动。传动杆24运动进而推动挤压块25运动。挤压块25会带动海绵块26对泡腾片28进行挤压。海绵块26的设置可以防止泡腾片28直接被压碎，而泡腾片28在受到挤压力后会沿着弹性封闭环29进行滑动，从而将弹性封闭环29内部的通孔撑开。当传动块23运动至最低点时，此时泡腾片28恰好完全通过弹性封闭环29，通过弹性封闭环29封闭式的设计可以防止缓冲气囊22内的水汽与泡腾片28接触，降低泡腾片28产生气体的效果。随后，泡腾片28会自弹性封闭环29内脱离掉落入缓冲气囊22内，与缓冲气囊22内部的水发生反应，产生大量的气体使得缓冲气囊22膨胀。缓冲气囊22膨胀后会进一步的提高在无人机坠落时与地面的缓冲效果。同时，基于水的设置，可以降低无人机的重心，使得无人机得以在坠落的过程中得以保持底面朝向底面，确保坠落时缓冲气囊22得以与地面接触进行缓冲。同时，缓冲气囊22膨胀后使得无人机在坠落在水面上时不会沉入水中，进一步的保护了无人机。
43.如图5所示，与第一种具体实施方式不同的是，第二种具体实施方式增设了电磁铁31。所述电磁铁31通电后能够与所述配重块13相吸。该电磁铁31需要配合速度检测系统进行使用。为此，本发明第二方面提供了一种无人机测速系统，如图7所示，该系统包括测速模块、信号传输模块、数据分析模块、速度显示模块、所述的无人机坠落应急保护装置以及控制器。
44.其中，所述测速模块、信号传输模块、数据分析模块、速度显示模块、所述的无人机坠落应急保护装置分别与所述控制器电连接。
45.所述测速模块用于实时检测无人机的飞行速度，并生成速度信号。所述信号传输模块在检测到测速模块的速度信号后会将该信号传输给数据分析模块。所述数据分析模块在接收到速度信号后会对速度信号进行处理，并将处理结果传输给速度显示模块。所述速度显示模块会根据数据分析模块的分析结果实时显示无人机的飞行速度。所述无人机坠落应急保护装置在无人机出现故障急速降落时自动对无人机进行保护。
46.在第二中具体实施方式中，在无人机正常运行期间，所述电磁铁31通电产生磁性，从而对所述配重块13施加磁力，以压缩所述复位弹簧12，保持所述第二卡齿7对所述第一卡齿6的支撑力。也就是说，在无人机正常运行期间，所述电磁铁31始终通电产生磁力。
47.在飞机失速坠落时，所述控制器会将电磁铁31的电源断开，使得电磁铁31不再产生磁力。所述第二梯形滑块11便可向上运动。另外，通过所述电磁铁31的设置可便于设备的复位。在复位时，启动所述电磁铁31的电源，使其运行带动所述配重块13运动进而带动所述第二梯形滑块11运动，从而带动所述第二卡齿7运动，这时便可进行复位。
48.工作时，通过所述测速模块实时对无人机的速度进行检测并生成速度信号。该速度信号经过信号传输模块传递到数据分析模块，获取当前无人机的飞行速度。速度显示模块将飞行速度实时提供人操纵者查看，便于操纵者对无人机的精准控制。
49.当操作者出现失误或无人机出现故障导致无人机坠落时，控制器控制所述无人机坠落应急保护装置响应。具体地，控制器控制所述电磁铁31断电，所述电磁铁31失去磁力。所述第二梯形滑块11在所述复位弹簧12的作用下向上运动，使得所述第二卡齿7与所述第一卡齿6脱离啮合，收起机翼，释放有色气体等。
50.在上述中，所述测速模块可选用速度传感器，所述信号传输模块可选用无线传输、雷达、4g/5g、蓝牙等设备。所述数据分析模块可选用单片机。所述速度显示模块可选用液晶显示屏。所述控制器可选用plc控制器。
51.需要说明的是，在第一种实施方式中，无人机坠落应急保护装置的启动取决于复位弹簧12的弹性系数、无人机坠落时的加速度、配重块的质量等等。本领域技术人员在阅读本技术的说明书之后有能力选择一个合适的参数，以达到当无人机出现坠机情况时，启动所述无人机坠落应急保护装置。
52.在第二种具体实施方式中，对于如何鉴别无人机是处于正常飞行状态还是坠落状态，可以通过以下三种方式解决。
53.第一种方式：通过速度传感器检测无人机的加速度。例如，当无人机的加速度达到重力加速度g时，认为飞机处于坠落状态，反之则处于正常飞行状态。但是，这种方式不能解决无人机以大于g的加速度飞行的情况。
54.第二种方式：对无人机进行加速度上的限制。例如，将无人机的最大加速度设定为小于重力加速度g。
55.第三种方式：增设如公布号为cn109683164a的发明专利申请所公开的一种无人机坠落行为识别系统。
56.本发明第三方面提供一种无人机，如图6所示，所述无人机包括机体1、所述的无人机坠落应急保护装置以及一端与所述无人机坠落应急保护装置连接，另一端设置有机翼4的机臂3。其中，所述无人机坠落应急保护装置设置在所述机体1的侧部。
57.基于无人机坠落应急保护装置的设置，本发明的无人机能够在无人机因出现故障而坠落时，为无人机提供保护措施，降低无人机因坠落而造成的损失。
58.本发明第四方面提供一种无人机坠落应急保护方法，包括所述的无人机坠落应急保护装置，所述方法包括：在无人机处于失重状态时，解除所述第一卡齿6和第二卡齿7之间的啮合，以驱动所述机翼4和所述机臂3朝向所述机体1转动，使得所述机翼4移动至所述外壳2的上方；同时，通过所述针头16刺破所述储烟囊17以释放储存在所述储烟囊17内的有色烟气并通过所述高音哨20发出声音。
59.进一步地，在无人机满足第一条件或第二条件时，解除所述第一卡齿6和第二卡齿7之间的啮合。
60.其中，所述第一条件为无人机处于坠落状态，以至于所述复位弹簧12能够将所述第二梯形滑块11弹起，解除所述第一卡齿6和所述第二卡齿7之间的啮合状态。所述第二条件为：无人机飞行的加速度达到重力加速度g。
61.进一步地，在所述第一卡齿6与所述第二卡齿7分离之后，驱动所述机臂轮5逆时针转动，从而推动所述第一卡齿6运动。当所述第一卡齿6运动至与所述传动块23接触后，其会推动传动块23向下运动，进一步推动传动杆24运动。传动杆24运动进而推动挤压块25运动。挤压块25会带动海绵块26对泡腾片28进行挤压。海绵块26的设置可以防止泡腾片28直接被
压碎，而泡腾片28在受到挤压力后会沿着弹性封闭环29进行滑动，从而将弹性封闭环29内部的通孔撑开。当传动块23运动至最低点时，此时泡腾片28恰好完全通过弹性封闭环29，通过弹性封闭环29封闭式的设计可以防止缓冲气囊22内的水汽与泡腾片28接触，降低泡腾片28产生气体的效果。随后，泡腾片28会自弹性封闭环29内脱离掉落入缓冲气囊22内，与缓冲气囊22内部的水发生反应，产生大量的气体使得缓冲气囊22膨胀。缓冲气囊22膨胀后会进一步的提高在无人机坠落时与地面的缓冲效果。同时，基于水的设置，可以降低无人机的重心，使得无人机得以在坠落的过程中得以保持底面朝向底面，确保坠落时缓冲气囊22得以与地面接触进行缓冲。同时，缓冲气囊22膨胀后使得无人机在坠落在水面上时不会沉入水中，进一步的保护了无人机。
62.通过上述的无人机坠落应急保护方法能够在无人机因出现故障而坠落时，为无人机提供保护措施，降低无人机因坠落而造成的损失。
63.以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
64.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
65.此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。