无人机保护装置及其工作方法与流程

本发明属于小型旋翼式飞行机器人领域，涉及一种新型结构的无人机保护装置及其工作方法。

背景技术：
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无人机中通常安装监测设备，如摄像机，虽然其最初应用于军事安全和监管方面，如今也越来越多的应用于农业考察、资源勘探、遗失物品搜索、救援行动等。目前，无人机的起落架可使其稳定着陆，但是起落架通常限制了相机的空间，并可能使相机拍摄的视野被阻挡或模糊不清。另外，无人机一般价格昂贵，且携带重要的信息，在无人机工作中难免会经过一些建筑物，因此周围建筑物成为无人机一个重要的潜在风险，如在撞击后其中一个转子的损伤可能导致整个无人机推进系统的失败，所以理想的情况是，使转子被损坏的可能降到最低，既可以保护周围建筑物和人员的安全，又可以降低经济损失，确保信息安全。理想的无人机应当重量很轻，因为无人机的重量影响负载的重量，负载可能是相机或其他设备，但如果使用泡沫装置来保护转子，虽然重量比较轻但不够坚固。

技术实现要素：
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本发明的目的即在于提供一种无人机保护装置及其工作方法，该无人机保护装置结构简单、坚固轻巧，可以解决相机视野模糊的问题，并能够使无人机着陆安全。

本发明的所采取的技术方案是：

本发明无人机保护装置，其特征在于：包括机身和连接在机身上的四个杆件，所述杆件的外端上面设有由转子电机驱动转动的转子，所述杆件的外端下面设有保护罩和端部铰接在保护罩内的支撑臂，所述保护罩体内设有由电机驱动的第一齿轮和由第一齿轮驱动转动的第二齿轮，所述第二齿轮的轮体表面铰接有一V形铰接杆，所述V形铰接杆的另一端通过中间铰接杆铰接在支撑臂上。

进一步的，上述支撑臂的外端部设有弧形支撑梁。

进一步的，上述支撑臂包括上杆段、下杆段和位于上、下杆段之间的弹簧，在下杆段上端设有伸入上杆段下部槽道内的杆轴，所述杆轴上设有横销，所述横销伸出位于上杆段的通槽，所述弹簧套在杆轴上。

进一步的，上述驱动第一齿轮转动的电机设在保护罩的侧面。

进一步的，上述支撑臂外端部的弧形支撑梁上摆的高度至少高于转子高度。

进一步的，上述保护罩的壁面上设有限位条形凹槽，中间铰接杆与V形铰接杆的铰接销伸入到限位条形凹槽中，在限位条形凹槽最左端设有凹陷部。

本发明无人机保护装置的工作方法，其特征在于：其中无人机保护装置包括机身和连接在机身上的四个杆件，所述杆件的外端上面设有由转子电机驱动转动的转子，所述杆件的外端下面设有保护罩和端部铰接在保护罩内的支撑臂，所述保护罩体内设有由电机驱动的第一齿轮和由第一齿轮驱动转动的第二齿轮，所述第二齿轮的轮体表面铰接有一V形铰接杆，所述V形铰接杆的另一端通过中间铰接杆铰接在支撑臂上；在无人机处于着陆状态下，电机驱动第一齿轮转动，使第二齿轮带动V形铰接杆和中间铰接杆动作，进而使支撑臂与杆件相互垂直，从而可起到支撑无人机；在无人机处于飞行状态下，电机驱动第一齿轮转动，使第二齿轮带动V形铰接杆和中间铰接杆动作，进而使支撑臂摆起，从而避免与建筑物触碰时损坏转子，同时可避免支撑臂阻挡装在无人机上的摄像机的视线。

本发明的优点：本发明无人机保护装置可以在起落架位置和转子受保护位置之间移动，当无人机离地高度大于预设的临界值时，该保护装置位于保护转子的位置，不会阻挡相机使相机的视野模糊，并起到保护转子的作用；当无人机离地高度小于预设的临界值时，该保护装置位于起落架的位置，可确保无人机安全降落。该支撑臂（保护位置）具有双重功能，保证了飞行和降落过程中转子的安全。该保护装置轻巧坚固、机构简单、拆卸方便、容易携带，可以与各种不同的无人机组装。对于制造商来说，只需要生产一个产品便可以实现双重功能，具有巨大的经济价值。

附图说明：

图1是保护装置位于起落架位置的无人机立体图；

图2 是保护装置位于保护转子位置的无人机立体图；

图3是保护装置位于起落架位置的细节图；

图4是保护装置位于保护转子位置的细节图；

图5是支撑臂在保护转子位置的运动机构图；

图6是支撑臂在起落架位置的运动机构图；

图7是支撑臂在保护转子和起落架位置之间的运动机构图；

图8是支撑臂的细节图；

图9是控制电路图；

图10是保护装置的整体工作流程图。

具体实施方式：

为了使本发明的优点、目的、技术方案更加清楚明了，下面结合附图对本发明进行进一步的解释说明。

本发明无人机保护装置包括机身1和连接在机身上的四个杆件2，所述杆件2的外端上面设有由转子电机4驱动转动的转子5，所述杆件2的外端下面设有保护罩3和端部铰接在保护罩内的支撑臂7，所述保护罩3体内设有由电机6驱动的第一齿轮11和由第一齿轮11驱动转动的第二齿轮13，所述第二齿轮13的轮体表面铰接有一V形铰接杆15，所述V形铰接杆15的另一端通过中间铰接杆18铰接在支撑臂7上。

进一步的，上述支撑臂7的外端部设有弧形支撑梁8。

进一步的，上述支撑臂7包括上杆段701、下杆段702和位于上、下杆段之间的弹簧72，在下杆段702上端设有伸入上杆段下部槽道内的杆轴71，所述杆轴上设有横销73，所述横销73伸出位于上杆段的通槽74，所述弹簧72套在杆轴71上。

进一步的，上述驱动第一齿轮转动的电机6设在保护罩3的侧面。

进一步的，为了较好保护转子，上述支撑臂外端部的弧形支撑梁上摆的高度至少高于转子高度。

进一步的，为了动作稳定可靠，上述保护罩的壁面上设有限位条形凹槽16，中间铰接杆与V形铰接杆的铰接销伸入到限位条形凹槽中，在限位条形凹槽最左端设有凹陷部1601。

本发明无人机保护装置的工作方法，其中无人机保护装置包括机身1和连接在机身上的四个杆件2，所述杆件2的外端上面设有由转子电机4驱动转动的转子5，所述杆件2的外端下面设有保护罩3和端部铰接在保护罩内的支撑臂7，所述保护罩3体内设有由电机6驱动的第一齿轮11和由第一齿轮11驱动转动的第二齿轮13，所述第二齿轮13的轮体表面铰接有一V形铰接杆15，所述V形铰接杆15的另一端通过中间铰接杆18铰接在支撑臂7上；在无人机处于着陆状态下，电机驱动第一齿轮转动，使第二齿轮带动V形铰接杆和中间铰接杆动作，进而使支撑臂与杆件相互垂直（如图1、3、6），从而可起到支撑无人机；在无人机处于飞行状态下，电机驱动第一齿轮转动，使第二齿轮带动V形铰接杆和中间铰接杆动作，进而使支撑臂摆起（如图2、4、5），从而避免与建筑物触碰时损坏转子，同时可避免支撑臂阻挡装在无人机上的摄像机的视线。

更为具体的是：

参照图1，无人机的保护装置（支撑臂7）位于起落架的位置，作为无人机的起落架。

参照图2，无人机的保护装置（支撑臂7）上摆，位于保护转子的位置，用于保护转子碰触建筑物等。

本发明无人机是一种旋翼飞机，其中飞行控制单元、控制电路和运动机构未标出，各杆件2位于同一平面，相邻杆件的夹角相等，每个杆件分别安装在机身上。

无人机机身1上安装的飞行控制单元(图中没有显示)与陀螺仪、磁强计、加速度计、电源、发射机、接收机和摄像机等耦合。转子电机4与电源、飞行控制单元中各自的电子速度控制器连接(图中没有显示)。

支撑臂7和弯曲支撑梁8可以起到减震缓冲作用。

图3显示了图1中保护装置位于起落架位置的细节部分。图4显示了图2中保护装置位于保护转子位置的细节部分。无人机中安装了控制装置（测量距地距离后控制电机正、反向动作）来控制保护装置的运动，控制装置(图中未显示)可以决定保护装置何时移动到起落架位置和转子保护位置(支撑臂上摆)。

参照图5，用螺钉将电机6通过保护罩上的孔9安装在保护罩3的侧面。

电机6带动其输出轴10运动进而带动第一齿轮11转动，轴12固定安装在保护罩3的内部，第二齿轮13固定在轴12上，第二齿轮与第一齿轮啮合，所以第二齿轮13绕轴12转动。

第一连杆15（V形铰接杆15）呈v字型，其末端延伸出一个尖端，与第一连杆15形成整体。

第一连杆15（V形铰接杆15）的末端与第二齿轮13上2/3半径处的一点铰接，铰接点为14，第二齿轮13通过铰接点14带动第一连杆15运动。

第二连杆18（中间铰接杆18）与第一连杆15的另一末端铰接，铰接点为17，第一连杆15通过铰接点17带动第二连杆18一起运动，铰接点17只能在保护罩3上的槽16中滑动。第二连杆18的另一末端与支撑臂7上的一点铰接，铰接点为20，支撑臂7的末端与保护罩3上，固定点为19。

保护罩3上的限位条形凹槽16可以用来改变支撑臂7的位置，槽16的两个端点均有一个凹处，槽的最右端与第二齿轮13不会干涉。当作为转子的保护装置时，第一连杆15和第二连杆18的铰接点17位于限位条形凹槽16的最左端，如果支撑臂7上受到竖直向下的力，铰接点17会卡在限位条形凹槽16左端的凹处，运动机构自锁，防止支撑臂7运动到转子受保护以外的位置。同时第一连杆15的尖端和第二齿轮的轴12紧靠并相互约束，这样支撑臂7的位置被固定，并且支撑臂7上受到的部分力将通过铰接点19作用到保护罩3上而不是电机6上，保护电机6不受破坏。

参照图6，当无人机离地高度小于临界值（一定值，如1.5米或2米等），保护装置（支撑臂7和弧形支撑梁8）会移动到起落架的位置，电机6通过轴10带动第一齿轮11旋转，由于与第一齿轮啮合，从而带动第二齿轮13旋转。由于第一连杆15与第二齿轮13上的一点14铰接，所以第二齿轮13带动第一连杆15运动，第一连杆15和第二连杆18的铰接点17运动到槽16的最右端，此时支撑臂7与地面垂直，地面对支撑臂7的反作用力使铰接点17卡在槽右端的凹处，运动机构自锁，防止支撑臂7运动到起落架以外的位置。第二连杆18的另一末端与支撑臂7上的一点铰接，支撑臂的末端与保护罩3铰接于点19。此时，第一连杆15紧靠第二齿轮中的轴14，防止了第一连杆15的进一步运动，与槽16协助固定了支撑臂7的位置。着陆时，支撑臂7上受到的部分力也通过铰接点19作用到保护罩3上。

该运动机构安装于保护罩3的内部，可以用螺钉将保护罩3固定在杆件2的底部，由于拆卸方便，保护罩3可以与各种不同的无人机连接。运动机构中部分零件也可以从保护罩中拆卸，携带十分方便。

参照图7，机构在起落架位置和保护转子的位置之间的情况，可以观察到槽16的两端。

参照图8，在无人机飞行过程中，当弯曲支撑梁8受到撞击时，支撑臂7中的弹簧72具有一定的弹性位移，轴71的位移量由槽74的长度决定，固定在轴71上的零件73起到限位的作用，在槽74中滑动，整个支撑臂7起到减震缓冲的作用，其他可压缩并且能复原的装置也同样适用。

参照图9，机构的运动由电机6控制，而电机6的运动由电路控制。电路中包括处理器，其耦合到内存上，还包括传感器，电机，电源(没有显示)。内存中储存计算机程序，处理器执行程序来控制电机运动，从而实现对运动机构的控制。

图10为保护装置的工作流程，其中：

步骤1：开始；

步骤2：处理器发送需要提供离地高度的请求给传感器；

步骤3：传感器接受请求，测得无人机的高度值提供给处理器；

步骤4：处理器接收传感器提供的高度值；

步骤5：处理器检查内存来确定保护装置目前位于起落架位置还是转子被保护位置；

步骤6或10：处理器将离地高度数值与临界值进行对比；

步骤7或11：保护装置停止运动；

步骤8：电机驱动机构使保护装置运动到保护转子的位置；

步骤9：保护装置位于保护转子的位置信息存储在内存中；

步骤12：电机驱动机构使保护装置运动到起落架的位置；

步骤13：保护装置位于起落架的位置信息存储在内存中。

当预设的临界值为1.5m时，如果处理器判定保护装置位于起落架位置，处理器将离地高度数值与临界值进行对比，如果处理器判定高度小于临界值，保护装置停止运动；如果处理器判定高度大于临界值，处理器控制电机使保护装置移动到保护转子的位置；保护装置所处的位置信息存储在内存中。

如果处理器判定保护装置位于转子被保护的位置，处理器将离地高度数值与临界值进行对比，如果处理器判定高度小于临界值，处理器控制电机使保护装置移动到起落架的位置；如果处理器判定高度大于等于临界值，保护装置停止运动；保护装置所处的位置信息存储在内存中。

本发明的优点：本发明无人机保护装置可以在起落架位置和转子受保护位置之间移动，当无人机离地高度大于预设的临界值时，该保护装置位于保护转子的位置，不会阻挡相机使相机的视野模糊，并起到保护转子的作用；当无人机离地高度小于预设的临界值时，该保护装置位于起落架的位置，可确保无人机安全降落。该支撑臂（保护位置）具有双重功能，保证了飞行和降落过程中转子的安全。该保护装置轻巧坚固、机构简单、拆卸方便、容易携带，可以与各种不同的无人机组装。对于制造商来说，只需要生产一个产品便可以实现双重功能，具有巨大的经济价值。