[發明專利]一種無人機用自主安全防摔裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 202110490055.5
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113104222B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 婁文忠;蘇子龍;趙飛;汪金奎;劉偉桐
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B64D45/04
• 分類號: B64D45/04
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 王巖

1.一種無人機用自主安全防摔裝置，其特征在于，所述無人機用自主安全防摔裝置包括：固定架、殼體、質量塊、金屬觸點、彈簧、氣體發生裝置、安全氣囊、固定裝置、電阻、按鈕開關、電點火頭、內部電源和控制電路；其中，在殼體內部設置有隔板，將殼體的內部空間分為兩個腔體，分別為上腔體和下腔體；在上腔體內的隔板上設置質量塊，質量塊為非金屬材料；質量塊的兩端分別連接彈簧的自由端，兩個彈簧的固定端分別固定在上腔體相對的內側壁上，初始時質量塊位于上腔體的中心，兩個彈簧均處于自由狀態；在質量塊的頂端設置金屬觸點，在上腔體的內頂壁設置電阻，金屬觸點與電阻接觸，金屬觸點和電阻的一端通過導線連接至控制電路構成可變電阻，質量塊帶動金屬觸點運動，從而改變接入控制電路中電阻阻值，影響通路中電流大小；在下腔體內設置氣體發生裝置、電點火頭、內部電源和控制電路；氣體發生裝置電氣連接至電點火頭，電點火頭電氣連接至控制電路；氣體發生裝置的下表面設置噴嘴，殼體的底壁與氣體發生裝置的噴嘴相應的位置設置有通孔；在殼體的底壁外通過固定裝置安裝安全氣囊；氣體發生裝置的噴嘴通過通孔連通至安全氣囊的內部；在殼體的外表面設置有按鈕開關，電點火頭通過導線連接至按鈕開關，按鈕開關連接至內部電源，內部電源連接至控制電路；殼體的頂部通過固定架固定安裝在無人機的下表面；

無人機不起飛時，按鈕開關處于斷開狀態，通路處于斷路狀態，安全氣囊處于收縮狀態，質量塊位于上腔體的中心，兩個彈簧均處于自由狀態，金屬觸點位于電阻的中心；在無人機起飛前，打開按鈕開關，無人機飛行過程中，按鈕開關處于閉合狀態，無人機平穩飛行或帶有限定角度內的傾角，質量塊處于原來的位置或有在限定范圍內移動，從而導致電阻值的不變或限定范圍內變化，控制電路接收電阻上的電流，并與電流閾值進行對比，確定在電流閾值范圍內，不發送點火信號，安全防摔裝置處于待工作狀態；無人機飛行失效時，無人機的飛行狀態的變化帶動質量塊的大范圍移動，電阻值有明顯的變化，從而控制電路接收電阻上的電流超過電流閾值，控制電路發送點火信號至電點火頭；電點火頭接收點火信號，引起氣體發生裝置產生氣體，氣體通過噴嘴進入安全氣囊中，安全氣囊被彈出，保護飛行路徑下的人群和無人機核心部件；若無人機平穩飛行并降落，質量塊位于初始位置，電阻上電流處于電流閾值范圍內，電點火頭不工作；降落后，按鈕開關處于斷開狀態，安全防摔裝置重新上保險，以便下次使用。

2.如權利要求1所述的無人機用自主安全防摔裝置，其特征在于，所述控制電路包括：電源管理模塊、微處理器、電流變化檢測模塊和驅動電路；其中，內部電源連接電源管理電路，電源管理模塊連接至微處理器、電流變化檢測模塊和驅動電路，電源管理電路為驅動電路、微處理器電路和電流變化檢測模塊提供工作所需的電壓；微處理器連接至電點火頭；電流變化檢測模塊分別連接至電源管理模塊和微處理器；金屬觸點和電阻的一端通過導線連接至電流變化檢測模塊構成可變電阻，電流變化檢測模塊實時檢測可變電阻上電流的變化情況，并將電流信息發送至微處理器；微處理器中設置電流閾值，根據電流數值判斷無人機的飛行狀態，一旦電流數值超過電流閾值，通過驅動電路控制電點火頭，電點火頭接收點火信號，引起氣體發生裝置產生氣體，沖入至安全氣囊。

3.如權利要求1所述的無人機用自主安全防摔裝置，其特征在于，進一步，在無人機的上表面也設置一套無人機用自主安全防摔裝置，所述無人機用自主安全防摔裝置通過固定架倒裝在無人機的上表面。

4.如權利要求1所述的無人機用自主安全防摔裝置，其特征在于，還包括金屬過濾網，所述金屬過濾網放置在噴嘴前的殼體的通孔處。

5.如權利要求1所述的無人機用自主安全防摔裝置，其特征在于，所述安全氣囊選用PVC面料。

6.如權利要求1所述的無人機用自主安全防摔裝置，其特征在于，所述電點火頭選用低壓供電的范圍在5～12v之間。

7.如權利要求1所述的無人機用自主安全防摔裝置，其特征在于，所述固定裝置采用紙膠帶。

8.一種如權利要求1所述的無人機用自主安全防摔裝置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步驟：

1)無人機不起飛時，按鈕開關處于斷開狀態，通路處于斷路狀態，安全氣囊處于收縮狀態，質量塊位于上腔體的中心，兩個彈簧均處于自由狀態，金屬觸點位于電阻的中心；

2)在無人機準備起飛時，打開按鈕開關，無人機飛行過程中，按鈕開關處于閉合狀態；

3)無人機用自主安全防摔裝置作用過程如下：

a)無人機平穩飛行或帶有限定角度內的傾角，質量塊處于原來的位置或有在限定范圍內移動，從而導致電阻值的不變或限定范圍內變化，控制電路接收電阻上的電流，并與電流閾值進行對比，確定在電流閾值范圍內，不發送點火信號，安全防摔裝置處于待工作狀態；

b)無人機飛行失效時，無人機的飛行狀態的變化帶動質量塊的大范圍移動，電阻值有明顯的變化，從而控制電路接收電阻上的電流超過電流閾值，控制電路發送點火信號至電點火頭；電點火頭接收點火信號，引起氣體發生裝置產生氣體，氣體通過噴嘴進入安全氣囊中，安全氣囊被彈出，保護飛行路徑下的人群和無人機核心部件；

4)若無人機平穩飛行并降落，質量塊位于初始位置，電阻上電流處于電流閾值范圍內，電點火頭不工作；降落后，按鈕開關處于斷開狀態，安全防摔裝置重新上保險，以便下次使用。