CN108045590B - 无人机意外坠落减速减震方法 - Google Patents

Abstract

无人机意外坠落减速减震方法，无人机包括无人机主体、第一起落支架、第二起落支架和水平板，水平板固定设置在第一起落支架和第二起落支架的顶部，无人机主体安装在水平板上表面上；减速减震方法包括以下步骤：（1）在水平板下表面安装减速减震装置；（2）在地面上操控遥控器，无人机起飞在高空中进行正常飞行作业；（3）当由于操作者操作不当或发生故障造成无人机失控时，减速减震装置启动。本发明设计新颖、结构合理，成本低廉，在现有无人机上加装即可，为无人机提供了安全保障，安全可靠性强，最大限度降低了无人机使用者的经济损失，也保护了坠落砸到地面上人、物的安全性。

Description

无人机意外坠落减速减震方法

技术领域

本发明属于无人机应用技术领域，具体涉及一种无人机意外坠落减速减震方法。

背景技术

目前无人机得到了越来越广泛的应用，军事侦察、交通监察、农业喷洒农药、森林火灾预警等领域均出现无人机的身影。随着无人机的普及应用因无人机控制者的操控技术不熟练、误操作、气候、飞行环境、电池断电等主客观原因导致的坠机事件时有发生。

当前在无人机防护设备中的降落伞也起到一定的防护作用，但当无人机低空飞行发生上述坠机主客观条件时因时间及空间问题导致降落伞无法充分展开，起不到应有的防护作用。

即使有充分的时间及空间条件能够满足降落伞充分展开，但当坠落环境复杂时也不可避免的会给无人机造成损坏，从而给无人机持有者带来经济损失，也会伤及地面的人们、建筑物或其他物体。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、可靠性强、减轻或避免无人机受损及地面上人或物受伤的无人机意外坠落减速减震方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：无人机意外坠落减速减震方法，无人机包括无人机主体、第一起落支架、第二起落支架和水平板，水平板固定设置在第一起落支架和第二起落支架的顶部，无人机主体安装在水平板上表面上；

所述的减速减震方法包括以下步骤：

（1）在水平板下表面安装减速减震装置；

减速减震装置包括底部敞口的方箱，方箱位于第一起落支架和第二起落支架之间，方箱顶部与水平板下表面接触并通过连接螺栓紧固连接，方箱内水平设置滑板，滑板的四周边沿均与方箱的内壁滑动接触，滑板上表面与方箱顶部内壁之间设置有一根拉绳和至少两个压缩弹簧，压缩弹簧的上端部和下端部分别与方箱顶部和滑板上表面固定连接；在压缩弹簧的作用下，拉绳处于张紧状态，滑板位于方箱内的中部位置；滑板的下表面固定连接有位于方箱内的气囊，方箱顶部内壁设置有高压氦气瓶、控制器和电控割绳机构，高压氦气瓶的下端连接有出气管接头，出气管接头上设置有电控阀，气囊的顶部连接有向上穿过滑板的进气管接头，进气管接头上设置有位于滑板上方的单向阀，出气管接头与进气管接头之间通过高压软管连接，控制器上设置有加速度传感器和无线信号接收器，电控割绳机构位于拉绳上部一侧，加速度传感器和无线信号接收器均通过数据线与控制器连接，控制器通过控制电缆分别与电控阀和电控割绳机构连接；

电控割绳机构包括电机和切割刀片，电机的主轴垂直朝下，切割刀片水平设置，电机的主轴的下端与切割刀片的一端连接，切割刀片的另一端邻近拉绳且切割刀片的邻近拉绳的一侧边设置有锯齿结构；

滑板的上表面的左侧边缘和右侧边缘处分别垂直设置有左导板和右导板，左导板和右导板分别与方箱的左侧内壁和右侧内壁滑动接触；

（2）在地面上操控遥控器，无人机起飞在高空中进行正常飞行作业；

（3）当由于操作者操作不当或发生故障造成无人机失控，直接从高空中坠落时，由于无人机的特殊设计使其在坠落时仍然能保持计为正常飞行时的状态，即第一起落支架和第二起落支架均仍然朝下，加速度传感器监测到无人机下落的加速度接近于重力加速度时，加速度传感器将信号传输到控制器，控制器同时向电机和电控阀发出信号，电机启动后驱动切割刀片朝向拉绳转动一定角度将拉绳割断，压缩弹簧的弹力被释放，压缩弹簧驱动滑板、左导板和右导板沿方箱内壁向下滑动，盘绕的高压软管也被下拉伸开，直到压缩弹簧全部伸展时，滑板向下移动到方箱的下方，此时左导板和右导板的上部还位于方箱内部。与此同时，电控阀打开，高压氦气瓶内的氦气通过高压软管向气囊内注入氦气，高压气囊被充满一定压力的氦气后，高压气囊下部低于无人机的第一起落支架和第二起落支架底部，由于氦气的密度小于空气且具有良好的稳定性，气囊打开后可降低无人机的下落速度，这样可使无人机缓慢下落到地面，并且落到地面后气囊下部先与地面接触，即使此时的无人机仍然具有一定的速度，由于气囊先着地，气囊可起到缓冲减震作用，另外，气囊将冲击力吸收一部分，还有一部分冲击力传递到滑板，滑板再向上驱动压缩弹簧，压缩弹簧收缩，左导板和右导板沿方箱内壁向上移动，从而起到良好的缓冲和减震作用，避免冲击力对无人机的严重破坏；

方箱顶部中间部位设置有矩形开口，矩形开口内设置有安装板，高压氦气瓶、控制器和电控割绳机构均固定设置在安装板的下表面；水平板中部通过沉头螺栓与安装板固定连接，水平板和安装板上开设有穿线孔，控制器的电源线向上通过穿线孔与无人机的电源连接；

步骤（1）中在水平下表面安装减速减震装置的具体过程为：先将高压氦气瓶、控制器和电机固定在安装板下表面上，控制器的电源线穿过安装板和水平板上的穿线孔连接到无人机的电源上，将安装板和水平板上的穿线孔和螺栓孔对应，拧上沉头螺栓将安装板先固定，沉头螺栓的头部低于水平板上表面，这样不会影响在水平板上安装无人机主体；然后再把方箱顶部中间部位的矩形开口与安装板对应，方箱顶部与水平板下表面接触，最后拧上连接螺栓将方箱与水平板固定连接。

气囊为三层结构，三层结构分别为内层的橡胶材料层、中层的防爆层和外层的耐磨层，防爆层和耐磨层均由尼龙或涤纶材料的编织线编织而成，防爆层和耐磨层通过缝合线连接为一体。

在步骤（3）中由于高压氦气瓶在对气囊充气后，气囊内的压力与高压氦气瓶内的压力相同，在出气管接头的出口与高压软管的进口之间设置一个增压泵，在电磁阀打开时，增压泵也同时启动，将高压氦气瓶内的氦气进一步充入到气囊内，使气囊内的压力大于高压氦气瓶内的压力，使气囊的浮力和抗冲击力充分提升。

步骤（3）中当操作者发现无人机即将或突然失控，马上按下遥控器上的紧急情况操作按钮，无线信号接收器接收到紧急情况的信号，将信号传输到控制器，控制器同时向电机和电控阀发出信号，使压缩弹簧伸长并对气囊充气。

采用上述技术方案，无人机在空中正常飞行时，控制器处于不工作状态，控制器的电源线连接无人机的电源，这样可以减轻无人机的承载重量。

本发明采用拉绳储存压缩弹簧的弹性势能，在无人机坠落的紧急情况，电机带动切割刀片旋转将拉绳切割，弹性势能释放后将气囊向下推出方箱。充入氦气后的气囊不仅具有托浮无人机降低无人机的下落速度，而且气囊可作为一级缓冲，压缩弹簧作为二级缓冲，从而使无人机在意外坠落时避免受损。

气囊采用内层的橡胶材料层、中层的防爆层和外层的耐磨层，结构合理，承压性能强，并且可以多次重复使用。只需向高压氦气瓶内充入氦气即可，另外更换拉绳。

综上所述，本发明设计新颖、结构合理，成本低廉，在现有无人机上加装即可，为无人机提供了安全保障，安全可靠性强，最大限度降低了无人机使用者的经济损失，也保护了坠落砸到地面上人、物的安全性。

附图说明

图1是本发明中减速减震装置的结构示意图；

图2是减速减震装置安装到无人机上的结构示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明的无人机意外坠落减速减震方法，无人机包括无人机主体26、第一起落支架16、第二起落支架17和水平板18，水平板18固定设置在第一起落支架16和第二起落支架17的顶部，无人机主体26安装在水平板18上表面上；

减速减震方法包括以下步骤：

（1）在水平板下表面安装减速减震装置；

减速减震装置包括底部敞口的方箱1，方箱1位于第一起落支架16和第二起落支架17之间，方箱1顶部与水平板18下表面接触并通过连接螺栓19紧固连接，方箱1内水平设置滑板2，滑板2的四周边沿均与方箱1的内壁滑动接触，滑板2上表面与方箱1顶部内壁之间设置有一根拉绳3和至少两个压缩弹簧4，压缩弹簧4的上端部和下端部分别与方箱1顶部和滑板2上表面固定连接；在压缩弹簧4的作用下，拉绳3处于张紧状态，滑板2位于方箱1内的中部位置；滑板2的下表面固定连接有位于方箱1内的气囊5，方箱1顶部内壁设置有高压氦气瓶6、控制器7和电控割绳机构，高压氦气瓶6的下端连接有出气管接头8，出气管接头8上设置有电控阀9，气囊5的顶部连接有向上穿过滑板2的进气管接头10，进气管接头10上设置有位于滑板2上方的单向阀11，单向阀11起到充气到气囊5后避免再回流到高压氦气瓶6内，出气管接头8与进气管接头10之间通过高压软管12连接，控制器7上设置有加速度传感器13和无线信号接收器14，电控割绳机构位于拉绳3上部一侧，加速度传感器13和无线信号接收器14均通过数据线与控制器7连接，控制器7通过控制电缆分别与电控阀9和电控割绳机构连接；

电控割绳机构包括电机22和切割刀片23，电机22的主轴垂直朝下，切割刀片23水平设置，电机22的主轴的下端与切割刀片23的一端连接，切割刀片23的另一端邻近拉绳3且切割刀片23的邻近拉绳3的一侧边设置有锯齿结构；

滑板2的上表面的左侧边缘和右侧边缘处分别垂直设置有左导板24和右导板25，左导板24和右导板25分别与方箱1的左侧内壁和右侧内壁滑动接触；

（2）在地面上操控遥控器，无人机起飞在高空中进行正常飞行作业；

（3）当由于操作者操作不当或发生故障造成无人机失控，直接从高空中坠落时，由于无人机的特殊设计使其在坠落时仍然能保持计为正常飞行时的状态，即第一起落支架16和第二起落支架17均仍然朝下，加速度传感器13监测到无人机下落的加速度接近于重力加速度时，加速度传感器13将信号传输到控制器7，控制器7同时向电机22和电控阀9发出信号，电机22启动后驱动切割刀片朝向拉绳3转动一定角度将拉绳3割断，压缩弹簧4的弹力被释放，压缩弹簧4驱动滑板2、左导板24和右导板25沿方箱内壁向下滑动，盘绕的高压软管12也被下拉伸开，直到压缩弹簧4全部伸展时，滑板2向下移动到方箱1的下方，此时左导板24和右导板25的上部还位于方箱1内部。与此同时，电控阀9打开，高压氦气瓶6内的氦气通过高压软管12向气囊5内注入氦气，高压气囊5被充满一定压力的氦气后，高压气囊5下部低于无人机的第一起落支架16和第二起落支架17底部，由于氦气的密度小于空气且具有良好的稳定性，气囊5打开后可降低无人机的下落速度，这样可使无人机缓慢下落到地面，并且落到地面后气囊5下部先与地面接触，即使此时的无人机仍然具有一定的速度，由于气囊5先着地，气囊5可起到缓冲减震作用，另外，气囊5将冲击力吸收一部分，还有一部分冲击力传递到滑板2，滑板2再向上驱动压缩弹簧4，压缩弹簧4收缩，左导板24和右导板25沿方箱1内壁向上移动，从而起到良好的缓冲和减震作用，避免冲击力对无人机的严重破坏；

方箱1顶部中间部位设置有矩形开口，矩形开口内设置有安装板15，高压氦气瓶6、控制器7和电控割绳机构均固定设置在安装板15的下表面；水平板18中部通过沉头螺栓20与安装板15固定连接，水平板18和安装板15上开设有穿线孔21，控制器7的电源线向上通过穿线孔21与无人机的电源连接；

步骤（1）中在水平下表面安装减速减震装置的具体过程为：先将高压氦气瓶6、控制器7和电机22固定在安装板15下表面上，控制器7的电源线穿过安装板15和水平板18上的穿线孔21连接到无人机的电源上，将安装板15和水平板18上的穿线孔21和螺栓孔对应，拧上沉头螺栓20将安装板15先固定，沉头螺栓20的头部低于水平板18上表面，这样不会影响在水平板18上安装无人机主体26。然后再把方箱1顶部中间部位的矩形开口与安装板15对应，方箱1顶部与水平板18下表面接触，最后拧上连接螺栓19将方箱1与水平板18固定连接。

气囊5为三层结构，三层结构分别为内层的橡胶材料层、中层的防爆层和外层的耐磨层，防爆层和耐磨层均由尼龙或涤纶材料的编织线编织而成，防爆层和耐磨层通过缝合线连接为一体。

在步骤（3）中由于高压氦气瓶6在对气囊5充气后，气囊5内的压力与高压氦气瓶6内的压力相同，在出气管接头8的出口与高压软管12的进口之间设置一个增压泵，在电磁阀打开时，增压泵也同时启动，将高压氦气瓶6内的氦气进一步充入到气囊5内，使气囊5内的压力大于高压氦气瓶6内的压力，使气囊5的浮力和抗冲击力充分提升。

步骤（3）中当操作者发现无人机即将或突然失控，马上按下遥控器上的紧急情况操作按钮，无线信号接收器14接收到紧急情况的信号，将信号传输到控制器7，控制器7同时向电机22和电控阀9发出信号，使压缩弹簧4伸长并对气囊5充气。

无人机在空中正常飞行时，控制器7处于不工作状态，控制器7的电源线连接无人机的电源，这样可以减轻无人机的承载重量。

本发明采用拉绳3储存压缩弹簧4的弹性势能，在无人机坠落的紧急情况，电机22带动切割刀片23旋转将拉绳3切割，弹性势能释放后将气囊5向下推出方箱1。充入氦气后的气囊5不仅具有托浮无人机降低无人机的下落速度，而且气囊5可作为一级缓冲，压缩弹簧4作为二级缓冲，从而使无人机在意外坠落时避免受损。

气囊5采用内层的橡胶材料层、中层的防爆层和外层的耐磨层，结构合理，承压性能强，并且可以多次重复使用。只需向高压氦气瓶6内充入氦气即可，另外更换拉绳3。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (2)

1.无人机意外坠落减速减震方法，其特征在于：无人机包括无人机主体、第一起落支架、第二起落支架和水平板，水平板固定设置在第一起落支架和第二起落支架的顶部，无人机主体安装在水平板上表面上；

所述的减速减震方法包括以下步骤：

（1）在水平板下表面安装减速减震装置；

减速减震装置包括底部敞口的方箱，方箱位于第一起落支架和第二起落支架之间，方箱顶部与水平板下表面接触并通过连接螺栓紧固连接，方箱内水平设置滑板，滑板的四周边沿均与方箱的内壁滑动接触，滑板上表面与方箱顶部内壁之间设置有一根拉绳和至少两个压缩弹簧，压缩弹簧的上端部和下端部分别与方箱顶部和滑板上表面固定连接；在压缩弹簧的作用下，拉绳处于张紧状态，滑板位于方箱内的中部位置；滑板的下表面固定连接有位于方箱内的气囊，方箱顶部内壁设置有高压氦气瓶、控制器和电控割绳机构，高压氦气瓶的下端连接有出气管接头，出气管接头上设置有电控阀，气囊的顶部连接有向上穿过滑板的进气管接头，进气管接头上设置有位于滑板上方的单向阀，出气管接头与进气管接头之间通过高压软管连接，控制器上设置有加速度传感器和无线信号接收器，电控割绳机构位于拉绳上部一侧，加速度传感器和无线信号接收器均通过数据线与控制器连接，控制器通过控制电缆分别与电控阀和电控割绳机构连接；

电控割绳机构包括电机和切割刀片，电机的主轴垂直朝下，切割刀片水平设置，电机的主轴的下端与切割刀片的一端连接，切割刀片的另一端邻近拉绳且切割刀片的邻近拉绳的一侧边设置有锯齿结构；

滑板的上表面的左侧边缘和右侧边缘处分别垂直设置有左导板和右导板，左导板和右导板分别与方箱的左侧内壁和右侧内壁滑动接触；

（2）在地面上操控遥控器，无人机起飞在高空中进行正常飞行作业；

（3）当由于操作者操作不当或发生故障造成无人机失控，直接从高空中坠落时，由于无人机的特殊设计使其在坠落时仍然能保持计为正常飞行时的状态，即第一起落支架和第二起落支架均仍然朝下，加速度传感器监测到无人机下落的加速度接近于重力加速度时，加速度传感器将信号传输到控制器，控制器同时向电机和电控阀发出信号，电机启动后驱动切割刀片朝向拉绳转动一定角度将拉绳割断，压缩弹簧的弹力被释放，压缩弹簧驱动滑板、左导板和右导板沿方箱内壁向下滑动，盘绕的高压软管也被下拉伸开，直到压缩弹簧全部伸展时，滑板向下移动到方箱的下方，此时左导板和右导板的上部还位于方箱内部；与此同时，电控阀打开，高压氦气瓶内的氦气通过高压软管向气囊内注入氦气，高压气囊被充满一定压力的氦气后，高压气囊下部低于无人机的第一起落支架和第二起落支架底部，由于氦气的密度小于空气且具有良好的稳定性，气囊打开后可降低无人机的下落速度，这样可使无人机缓慢下落到地面，并且落到地面后气囊下部先与地面接触，即使此时的无人机仍然具有一定的速度，由于气囊先着地，气囊可起到缓冲减震作用，另外，气囊将冲击力吸收一部分，还有一部分冲击力传递到滑板，滑板再向上驱动压缩弹簧，压缩弹簧收缩，左导板和右导板沿方箱内壁向上移动，从而起到良好的缓冲和减震作用，避免冲击力对无人机的严重破坏；

方箱顶部中间部位设置有矩形开口，矩形开口内设置有安装板，高压氦气瓶、控制器和电控割绳机构均固定设置在安装板的下表面；水平板中部通过沉头螺栓与安装板固定连接，水平板和安装板上开设有穿线孔，控制器的电源线向上通过穿线孔与无人机的电源连接；

步骤（1）中在水平下表面安装减速减震装置的具体过程为：先将高压氦气瓶、控制器和电机固定在安装板下表面上，控制器的电源线穿过安装板和水平板上的穿线孔，将安装板和水平板上的穿线孔和螺栓孔对应，拧上沉头螺栓将安装板先固定，沉头螺栓的头部低于水平板上表面，这样不会影响在水平板上安装无人机主体；然后再把方箱顶部中间部位的矩形开口与安装板对应，方箱顶部与水平板下表面接触，最后拧上连接螺栓将方箱与水平板固定连接；

气囊为三层结构，三层结构分别为内层的橡胶材料层、中层的防爆层和外层的耐磨层，防爆层和耐磨层均由尼龙或涤纶材料的编织线编织而成，防爆层和耐磨层通过缝合线连接为一体；

在步骤（3）中由于高压氦气瓶在对气囊充气后，气囊内的压力与高压氦气瓶内的压力相同，在出气管接头的出口与高压软管的进口之间设置一个增压泵，在电磁阀打开时，增压泵也同时启动，将高压氦气瓶内的氦气进一步充入到气囊内，使气囊内的压力大于高压氦气瓶内的压力，使气囊的浮力和抗冲击力充分提升。

2.根据权利要求1所述的无人机意外坠落减速减震方法，其特征在于：步骤（3）中当操作者发现无人机即将或突然失控，马上按下遥控器上的紧急情况操作按钮，无线信号接收器接收到紧急情况的信号，将信号传输到控制器，控制器同时向电机和电控阀发出信号，使压缩弹簧伸长并对气囊充气。

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