旋翼無人機、其異常降落處理裝置及處理方法與流程

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本發明屬于無人機技術領域，具體地說，涉及一種旋翼無人機。

背景技術：

近年來，無人機在民用方面的應用越來越多，各國在無人機的民用方面逐漸開放。無人機已經廣泛應用于公共安全、應急搜救、農林、環保、交通、通信、氣象、影視航拍等多個領域，在消費級無人機已成為紅海的情況下，專業級無人機迎來了高速發展時期。

旋翼無人機作為一個載體，除了傳統的航拍領域外，在專業領域的應用市場十分廣闊，可以搭載精密儀器，這對無人機的穩定性、安全性等方面有較高的要求。無論是專業級無人機還是消費級無人機，安全性是未來無人機急需解決的重要課題。傳統的無人機在降落時或者飛行過程中，容易受到外界環境的干擾，也容易因機體本身的故障問題，造成無人機機體的非正常降落，造成機體損傷，甚至出現炸機事件，安全性差，使用成本增加。

公開號為cn106114836a的中國專利申請公開了一種用于園林灌溉的新型無人機,包括本體、灌溉機構、設置在本體上方的飛行機構和設置在本體下方的支撐機構，所述本體上設有若干指示燈,該用于園林灌溉的新型無人機通過微型氣泵噴出向下的氣體，產生向上的沖量，減緩了無人機的降落速度，利用調節單元改變向上沖量的大小，改變無人機角度，使其保持平衡，確保無人機安全平穩降落。由于通過機械調節無人機角度，導致結構復雜，調節精度差，雖然改善了無人家降落的平穩性問題，但平穩性相對較差，仍然存在安全性問題。

技術實現要素：

本發明的目的在于針對現有技術存在的上述缺陷，提供了一種結構簡單、安全性高的旋翼無人機、其異常降落處理裝置及處理方法，通過噴氣的方式協助無人機降落，減少無人機異常降落時造成的機體損傷，提高無人機的安全性。

為了達到上述目的，本發明提供了一種無人機異常降落處理裝置，包括用于處理無人機異常狀況的異常處理單元和用于緩沖無人機降落的降落單元，所述異常處理單元包括處理器、與所述處理器連接的重力測量模塊以及與處理器連接的高度測量模塊，所述處理器用于接收重力測量模塊測量的重心位置異常信號以及高度測量模塊測量的無人機飛行高度信息；所述的降落單元與所述處理器連接，在處理器確定無人機異常時，處理器根據接收的無人機的飛行高度控制降落單元工作。

優選的，所述降落單元包括氣孔分布于無人機機體不同方向的多個氣泵，所述氣泵的控制閥門與所述處理器連接。

進一步的，所述異常處理單元還包括用于對無人機所處環境實時建模的環境建模模塊，所述環境建模模塊與所述處理器連接，將無人機所處環境實時建立的環境模型傳送至處理器。

優選的，所述環境建模模塊采用激光雷達進行環境建模。

進一步的，所述異常處理單元還包括用于無人機飛行過程中拍攝圖像并對圖像進行分析處理的圖像處理模塊，所述圖像處理模塊與所述處理器連接，將拍攝的圖像進行分析處理后獲取無人機的降落朝向，并無人機的降落朝向信息發送至所述處理器。

優選的，所述圖像處理模塊采用攝相機拍攝無人機飛行過程中的圖像。

優選的，所述的高度測量模塊采用超聲波進行高度測量。

為了達到上述目的，本發明還提供了一種旋翼無人機，包括無人機本體，所述無人機本體上設有飛行控制器和用于測量無人機姿態狀態的慣性測量單元，所述慣性測量單元與所述飛行控制器連接，將測量的無人機飛行姿態信息傳送至飛行控制器，所述無人機本體上還設有上述無人機異常降落處理裝置，所述飛行控制器與所述處理器連接，所述飛行控制器將接收的無人機飛行姿態信息傳送至所述處理器。

優選的，向下噴氣的氣泵分布在所述無人機機體的腳架上，向除向下噴氣外其他方向噴氣的氣泵分布在所述無人機機體的半圓形機殼上。

為了達到上述目的，本發明又提供了一種旋翼無人機的異常降落處理方法，其具體處理步驟如下：

s1：重力測量模塊實時測量旋翼無人機的重心位置變化；

s2：當重心位置達到設定值，判斷旋翼無人機處于異常狀態，將異常狀態信息傳送至處理器，當旋翼無人機處于非異常狀態時，執行步驟s1，當旋翼無人機處于異常狀態時，執行步驟s3；

s3：圖像處理模塊根據拍攝的旋翼無人機飛行過程中的圖像初步判斷出旋翼無人機的降落朝向，將旋翼無人機的降落朝向信息傳送至處理器；

s4：環境建模模塊對旋翼無人機所述環境實時建模，判斷出旋翼無人機實時降落的姿態，將降落姿態信息傳送至處理器；

s5：慣性測量單元測量的旋翼無人機的飛行姿態信息傳送至飛行控制器，由飛行控制器傳送至處理器；

s6：處理器對接收的降落朝向信息、降落姿態信息和飛行姿態信息進行信息融合處理，判斷出旋翼無人機的降落朝向；

s7：處理器判斷接收的信息是否處于一致狀態，若信息全部或任意兩種一致，執行步驟s9，若信息均不一致執行步驟s8；

s8：旋翼無人機按照環境建模模塊實時建立的環境模型判斷出旋翼無人機的降落姿態；

s9：高度測量模塊測量旋翼無人機的飛行高度；

s10：處理器在飛行高度達到設定高度值時啟動降落朝向上的氣泵進行緩沖降落。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

(1)本發明提供的無人機異常降落處理裝置，在無人機出現異常狀況如：翻滾或者側翻時，處理器根據重力感應模塊測量的重心位置變化判斷無人機處于異常狀態，根據高度測量模塊測量的高度啟動氣泵，產生反作用力，對無人機降落起到緩沖作用，減少無人機異常降落時造成的機體損傷，便于無人機及時發現異常情況，提高無人機的安全性。

(2)本發明提供的無人機異常降落處理裝置還設有環境建模模塊和圖像處理模塊，在無人機處于異常狀態時，能夠判斷出旋翼無人機實時降落的姿態和降落朝向，處理器將降落姿態和降落朝向信息融合，判斷無人機的降落朝向更準確，處理器根據降落姿態和降落朝向并結合高度測量模塊測量的高度控制氣泵產生反作用力，對降落起到緩沖的作用，還可以在無人機出現微小偏移時，修正其偏移方向。

(3)本發明提供的無人機異常降落處理裝置，在無人機出現異常情況時，可以獨立判斷出無人機的降落朝向等情況，及時啟動降落單元進行降落緩沖，有效地節省了無人機飛行控制器的運算空間。

(4)本發明提供的旋翼無人機，采用獨立工作的異常降落處理裝置，對重心位置變化、降落姿態、降落朝向和飛行姿態信息進行融合處理，準確判斷出無人機的降落朝向，及時啟動降落單元產生反作用力進行緩沖，有效減少無人機異常降落時造成的機體損傷，降低了使用成本。

(5)本發明提供的旋翼無人機異常降落處理方法，通過異常降落處理裝置的處理器融合無人機的重心位置變化、降落姿態、降落朝向和飛行姿態信息，準確判斷出無人機的降落朝向，根據測量的飛行高度實時啟動降落單元產生反作用力進行緩沖，能夠有效減少無人機異常降落時造成的機體損傷，降低了使用成本，提高無人機的安全性。

附圖說明

圖1為本發明實施例所述無人機異常降落處理裝置的結構框圖。

圖2為本發明實施例所述旋翼無人機出現異常情況時的控制原理框圖。

圖3為本發明實施例所述旋翼無人機的結構簡圖。

圖4為本發明實施例所述旋翼無人機的異常降落處理方法的流程圖。

1、處理器，2、重力測量模塊，3、高度測量模塊，4、環境建模模塊，5、圖像處理模塊，6、氣泵，7、無人機機體，71、腳架，72、機殼，73，儲氣罐，8、飛行控制器，9、慣性測量單元，10、異常處理單元。

具體實施方式

下面，通過示例性的實施方式對本發明進行具體描述。然而應當理解，在沒有進一步敘述的情況下，一個實施方式中的元件、結構和特征也可以有益地結合到其他實施方式中。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語“上”、“下”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

無人機在降落或飛行過程中，容易受到外界環境的干擾，也容易因為機體本身的故障，導致無人機異常降落，造成機體損傷，甚至出現炸機事件，增加了使用成本。

為了解決上述問題，參見圖1，本發明實施例提供了一種無人機異常降落處理裝置，包括用于處理無人機異常狀況的異常處理單元和用于緩沖無人機降落的降落單元，所述異常處理單元包括處理器1、與所述單片1機連接的重力測量模塊2以及與處理器1連接的高度測量模塊3，所述處理器1用于接收重力測量模塊2測量的重心位置異常信號以及高度測量模塊3測量的無人機飛行高度信息；所述的降落單元與所述處理器1連接，在處理器1確定無人機異常時，處理器1根據接收的無人機的飛行高度控制降落單元工作。

為了使無人機在出現異常降落時能夠得到緩沖，減少降落時造成的機體損傷，對上述無人機異常降落處理裝置進行優選設計，所述降落單元包括氣孔分布于無人機機體不同方向的多個氣泵6，所述氣泵6的控制閥門與所述處理器1連接。當重力測量模塊測量的重心位置異常時，處理器通過控制降落方向上氣泵工作，產生反作用力，對無人機降落起到緩沖作用，處理器通過控制閥門開啟的大小來控制氣泵的出氣量，從而控制氣泵產生大小不同的作用力。進一步地說明，處理器可以控制多個氣泵同時工作，使不同方向氣泵均產生反作用力，通過控制氣泵的控制閥門大小，使不同方向氣泵產生的反作用力大小不同，從而調整飛機的飛行姿態，對無人機的微小偏移進行修正。

繼續參見圖1，為了判斷無人機異常降落時無人機的降落姿態，對上述無人機異常降落處理裝置進一步設計，所述異常處理單元還包括用于對無人機所處環境實時建模的環境建模模塊4，所述環境建模模塊4與所述處理器1連接，將無人機所處環境實時建立的環境模型傳送至處理器。通過環境建模模塊對無人機所述環境進行實時建模，判斷出無人機降落的實時姿態，處理器根據降落姿態確定無人機的降落朝向，從而控制相應方向的氣泵工作，產生反作用力，對無人機降落起到緩沖作用。作為優選設計，所述環境建模模塊采用激光雷達進行環境建模，通過激光雷達進行環境建模，環境信息采集速度快，采集區域范圍廣，能夠實時獲取無人機所處的環境信息，及時獲取降落姿態。

繼續參見圖1，為了判斷無人機異常降落時無人機的降落朝向，對上述無人機異常降落處理裝置進一步設計，所述異常處理單元還包括用于無人機飛行過程中拍攝圖像并對圖像進行分析處理的圖像處理模塊5，所述圖像處理模塊與所述處理器連接，將拍攝的圖像進行分析處理后獲取無人機的降落朝向，并無人機的降落朝向信息發送至所述處理器。作為優選設計，所述圖像處理模塊采用攝相機拍攝無人機飛行過程中的圖像。在判斷無人機的降落朝向時，可以通過圖像中天空與大地的顏色來區分降落朝向。

作為上述無人機異常降落處理裝置的優選設計，所述的高度測量模塊采用超聲波進行高度測量。由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質中傳播的距離較遠，本發明所述無人機異常降落處理裝置利用超聲波實時測量無人機飛行高度，測量速度快、方便、計算簡單、易于做到實時控制。處理器能夠根據實時獲取的無人機飛行高度實時啟動氣泵工作，防止過早啟動氣泵造成氣體浪費，降低緩沖效果。

本發明上述無人機異常降落處理裝置在無人機出現異常情況時，可以獨立判斷出無人機的降落朝向等情況，及時啟動降落單元進行降落緩沖，防止無人機在重力作用下下降速度過快造成機體損傷，有效減少無人機異常降落時造成的機體損傷。

參見圖2、圖3，為了達到上述目的，本發明實施例還提供了一種旋翼無人機，包括無人機本體7，所述無人機本體7上設有飛行控制器8和用于測量無人機姿態狀態的慣性測量單元9，所述慣性測量單元9與所述飛行控制器8連接，將測量的無人機飛行姿態信息傳送至飛行控制器8，所述無人機本體7上還設有上述無人機異常降落處理裝置，所述飛行控制器8與所述處理器1連接，所述飛行控制器7將接收的無人機飛行姿態信息傳送至所述處理器1。

繼續參見圖3，向下噴氣的氣泵分布在所述無人機機體7的腳架71上，向除向下噴氣外其他方向噴氣的氣泵分布在所述無人機機體7的半圓形機殼72上。

繼續參見圖3，在上述旋翼無人機的一優選設計中，所述氣泵采用儲氣式氣泵，由于無人機機體7攜帶儲氣罐73，所述氣泵與所述儲氣罐73連接，在氣泵工作時，儲氣罐為氣泵提供氣體來源。

在上述旋翼無人機的另一優選設計中，所述氣泵采用低電磁干擾型的微型真空泵，防止微型真空泵工作時產生的雜波對無人機機體的電子元器件產生干擾，保證電路的正常工作。作為替代方式，還可以采用其他類型的氣泵。

本發明上述旋翼無人機，采用的無人機異常降落處理裝置，在無人機出現異常情況時，無人機異常降落處理裝置可以獨立判斷出無人機的降落朝向等情況，還可以結合無人機自帶的慣性測量單元，將無人機飛行姿態信息與無人機異常降落處理裝置測量的重力位置信息、降落姿態信息、降落朝向信息進行融合，準確判斷出無人機的降落朝向，及時啟動降落單元進行降落緩沖，減少無人機異常降落時造成的機體損傷。本發明所述處理器可選獨立于飛行控制用的處理器，這樣能夠保證在飛控出現問題時候仍能夠進行判斷并進行處理(因為飛機意外降落往往是飛控發生問題)，提高可靠性；也可以和飛控的處理器進行復用。

參見圖4，為了達到上述目的，本發明實施例又提供了一種旋翼無人機的異常降落處理方法，其具體處理步驟如下：