[发明专利]小型无人机失控后自动抛伞保护装置

说明书

本发明提供一种小型无人机失控后自动抛伞保护装置，包括依次连接的供电设备、用于计算飞机姿态的开伞控制器、开伞伺服舵机以及伞仓盖开关；所述开伞控制器包括惯性检测单元和用于实时采集惯性检测单元的数据并计算为机体坐标下的姿态角的单片机；所述惯性检测单元与所述单片机连接；所述单片机与所述开伞伺服舵机连接。该开伞控制器实时计算飞机姿态，在飞机出现失控、姿态异常时发出开伞指令，打开降落伞实现保护。本发明在无人机出现意外并失控、失速情况下，实现抛伞，降低无人机下坠速度，从而保护无人机，减少事故损失。

本发明涉及航空领域，涉及一种小型无人机空中飞行作业发生意外并失控情况下的自动抛伞保护装置，尤其是能识别小型无人机正常飞行状态和失控、失速状态的装置，并与小型无人机其它装置保持独立的保护装置。

现有的惯性检测单元由几种惯性传感器组成，一般为三轴角速度计传感器和三轴加速度计传感器组成。通过角速度计传感器可检测出被检物体绕某个轴旋转的角速度值，加速度计传感器可检测出物体沿某个轴的线性加速度值。安装在无人机机体上的惯性检测单元所提供的实时三轴角速度值和三轴加速度值，可被用于计算出表示无人机姿态的欧拉俯仰角、欧拉滚转角。而通过无人机的欧拉俯仰角和欧拉滚转角可判定无人机是否处于失速下坠状态。

现有的无人机降落伞一般由伞仓、伞仓盖、开伞伺服舵机、引导伞、主伞体几个部分构成。抛伞过程为：开伞伺服舵机齿轮转动一定角度，舵机臂带动伞仓盖的开关打开伞仓盖，再由安装在伞仓盖上的闭合弹簧带动伞仓盖拉出引导伞，再由引导伞带出主伞体实现整个抛伞过程。

目前，国内外小型无人机已广泛应用于民用和军事领域，如灾区灾情监测、电视台航拍、电力巡线、气象探测、目标侦查等。然而，随着小型无人机数目和应用的增长，小型无人机的坠机事故也随之增长。小型无人机在飞行过程中，任何一个部件或环节的失常都可能造成飞机失控并坠毁，如：1、机体上的舵面控制机构、动力系统损坏，无法控制飞机姿态；2、无人机的飞行控制器软件程序有漏洞或硬件电路损坏造成飞行控制器不工作；3、飞机遭遇强突风，造成飞机失速；4，电源或燃料耗尽，无人机无法飞行等。降低事故损失可通过降低飞机下坠的速度，其有效方法是检测出飞机失控、失速状态，并在空中自动抛伞进行保护。

现有技术中公开了一种“无人机自动伞降回收控制方法”，见公开号为：CN101893892A，公开日为：2010.11.24的中国专利；该发明充分利用空速、地速、俯仰角、航向角等信息，估算空中水平风速及风向，并在此基础上，根据回收场中心解算出一个开伞点，并通过副翼控制侧偏矩和升降舵控制飞行高度，引导并控制飞机达到该点开伞，完成伞降回收控制，利用该发明提供自动伞降回收控制方法，可以提高在有风的情况下飞机开伞后的回收精度，更适应复杂环境的回收要求，从而提高了飞机回收的安全性。但该发明并未实现无人机失控后自动抛伞的方案。该专利与本专利申请相似之处在于，其飞行控制器在一定条件下能自动发出开伞指令，无需人工发出开伞指令。该专利与本专利申请不同之处在于：1、本专利申请实现的失控自动抛伞保护装置是一独立的子系统，不与无人机上飞行控制器使用相同的电源、传感器、开伞伺服舵机；独立子系统装备一套仅供失控自动抛伞保护装置使用的电源、开伞控制器和开伞伺服舵机；而该专利文献中实现的开伞功能，是在无人机飞行控制器中实现，一旦无人机飞行控制器失效，则无法开伞。2、本专利申请实现的失控自动抛伞保护装置，开伞的条件判断较该专利的方法简单，无须考虑将飞机精确的引导到指定地点，因此本专利实现的装置只须较少的传感器、较低的能耗、算法简单，软硬件更精简，重量小、工作更可靠。3、该专利开伞系统目的是引导着陆，而本专利申请实现的装置目的在于对无人机在失控、失速时进行保护。