一種無(wú)人駕駛飛行器及其保護(hù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種飛行器及其保護(hù)方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種無(wú)人駕駛飛行器及其保護(hù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)人機(jī)是一種由無(wú)線(xiàn)電遙控設(shè)備或自身程序控制裝置操縱的無(wú)人駕駛飛行器。
[0003]從技術(shù)角度定義，無(wú)人駕駛飛行器可以分為:無(wú)人駕駛直升機(jī)、無(wú)人駕駛固定翼機(jī)、無(wú)人駕駛多旋翼飛行器、無(wú)人駕駛飛艇、無(wú)人駕駛傘翼機(jī)等。
[0004]例如中國(guó)專(zhuān)利:《農(nóng)用無(wú)人直升機(jī)》(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?201410572827.X)揭示了一種無(wú)人駕駛直升機(jī)。無(wú)人駕駛直升機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，同時(shí)可以垂直起降，也可完成一些復(fù)雜的飛行動(dòng)作。
[0005]又例如中國(guó)專(zhuān)利:《一種固定翼無(wú)人機(jī)的定高飛行控制系統(tǒng)》(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?CN201120406739.4)揭示了一種無(wú)人駕駛固定翼機(jī)。無(wú)人駕駛固定翼機(jī)具有飛行速度快、機(jī)動(dòng)性高、飛行高度高的優(yōu)點(diǎn)。
[0006]再例如中國(guó)專(zhuān)利:《有線(xiàn)電源多旋翼無(wú)人飛行器》(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?CN201420016027.5)揭示了一種無(wú)人駕駛多旋翼飛行器。無(wú)人駕駛多旋翼飛行器結(jié)構(gòu)更為緊湊，能夠產(chǎn)生更大升力，能夠垂直起降，還具有操控方便、機(jī)動(dòng)靈活、噪音小、隱蔽性好等特點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛使用。
[0007]這些不同種類(lèi)的無(wú)人駕駛飛行器有著各自的特點(diǎn)，在不同領(lǐng)域都有著不同的應(yīng)用前景。
[0008]目前，隨著自適應(yīng)控制技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人駕駛飛行器已經(jīng)在世界各地展開(kāi)了廣泛的研宄，并取得了一定的進(jìn)展?，F(xiàn)在無(wú)人駕駛飛行器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍事、農(nóng)業(yè)、視頻拍攝、氣象、地質(zhì)、城市管理、搶險(xiǎn)救災(zāi)等領(lǐng)域。
[0009]采用小微型無(wú)人駕駛飛行器來(lái)實(shí)施航拍，已經(jīng)成為非常時(shí)髦的需求，并且通過(guò)小微型無(wú)人駕駛飛行器在活動(dòng)、儀式等場(chǎng)合完成一些表演、傳遞之類(lèi)的任務(wù)，也開(kāi)始受到關(guān)注。
[0010]與傳統(tǒng)地面可移動(dòng)設(shè)備不同，無(wú)人駕駛飛行器是飛行設(shè)備，在空中飛行移動(dòng)，因此無(wú)人駕駛飛行器讓用戶(hù)的操作方式從地面的二維空間轉(zhuǎn)變?yōu)榭罩械娜S空間。
[0011]隨之產(chǎn)生的問(wèn)題是，與在平面上進(jìn)行移動(dòng)的設(shè)備相比，不同的是，空中飛行的設(shè)備一旦動(dòng)力或者平衡出現(xiàn)問(wèn)題，將會(huì)從空中墜下。因此，如果是汽車(chē)模型的操縱失誤，不會(huì)有嚴(yán)重的后果，但是無(wú)人駕駛飛行器的操控失誤或者故障，則將極有可能導(dǎo)致無(wú)人駕駛飛行器從空中墜下，從而，極有可能導(dǎo)致整個(gè)無(wú)人駕駛飛行器的損壞。
[0012]現(xiàn)有技術(shù)非常關(guān)注這個(gè)問(wèn)題，曾經(jīng)試圖通過(guò)多種方面來(lái)提高操控穩(wěn)定性，試圖來(lái)降低墜機(jī)的可能性。例如中國(guó)專(zhuān)利:《基于混合控制的四旋翼無(wú)人機(jī)增穩(wěn)控制方法》(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?201210424807.9)。
[0013]該專(zhuān)利公開(kāi)了自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域中的一種基于混合控制的四旋翼無(wú)人機(jī)增穩(wěn)控制器的設(shè)計(jì)方法。該方法包括:設(shè)定四旋翼無(wú)人機(jī)狀態(tài)變量和狀態(tài)切換參數(shù)；設(shè)定四旋翼無(wú)人機(jī)的高度切換值、滾轉(zhuǎn)角切換值、俯仰角切換值、滾轉(zhuǎn)角臨界值和俯仰角臨界值；設(shè)定離散狀態(tài)集合和離散事件集合；設(shè)定四旋翼無(wú)人機(jī)離散狀態(tài)迀移條件；判斷四旋翼無(wú)人機(jī)的狀態(tài)，并根據(jù)其狀態(tài)分別設(shè)計(jì)起降控制器、平穩(wěn)控制器、增穩(wěn)控制器和失控保護(hù)裝置。
[0014]該方法雖然可以改善無(wú)人駕駛飛行器的飛行穩(wěn)定程度，但是誘發(fā)墜機(jī)的可能性實(shí)在太多，飛行環(huán)境的復(fù)雜，又或者是誤操作都仍然有可能導(dǎo)致墜機(jī)的發(fā)生。
[0015]因此，墜機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)是不可避免的，即使提高了無(wú)人駕駛飛行器的飛行穩(wěn)定程度，仍然需要作好應(yīng)對(duì)突發(fā)情況的發(fā)生，將墜機(jī)規(guī)避的希望寄托在不讓墜機(jī)事件發(fā)生，是不現(xiàn)實(shí)的。
[0016]因此，一些針對(duì)無(wú)人駕駛飛行器墜機(jī)的設(shè)計(jì)方案被提出來(lái)。例如在無(wú)人駕駛飛行器上安裝降落傘，從而避免墜機(jī)的方案。例如中國(guó)專(zhuān)利:《一種用于多旋翼無(wú)人機(jī)的緊急傘降裝置及方法》(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?201410100519.7)
該專(zhuān)利公開(kāi)了一種用于多旋翼無(wú)人機(jī)的緊急傘降裝置及方法，該裝置包括安裝在傘倉(cāng)內(nèi)的測(cè)控單元、解鎖舵機(jī)、拋傘彈簧、鎖栓、降落傘和磁保持繼電器，所述測(cè)控單元包括一微控制器與一慣性運(yùn)動(dòng)測(cè)量單元，微控制器與解鎖舵機(jī)、磁保持繼電器電連接，解鎖舵機(jī)通過(guò)搖臂與鎖栓連接，磁保持繼電器用于開(kāi)閉旋翼電機(jī)的電源；傘倉(cāng)固定在多旋翼無(wú)人機(jī)上，拋傘彈簧一端固定在傘倉(cāng)底部，降落傘設(shè)置在該拋傘彈簧的另一端。該方法是:獲取當(dāng)前無(wú)人機(jī)的瞬時(shí)高度、加速度，解算出無(wú)人機(jī)的下降速率，判斷無(wú)人機(jī)是否處于危險(xiǎn)墜落狀態(tài)，是則切斷旋翼電機(jī)電源并拋出降落傘使無(wú)人機(jī)安全著陸。
[0017]但是這種降落傘的方式，對(duì)于固定翼式無(wú)人駕駛飛行器或者大型的多旋翼式無(wú)人駕駛飛行器是有價(jià)值的。因?yàn)檫@些飛行器的動(dòng)力性能較強(qiáng)，成本昂貴，安裝價(jià)格不菲，且具有一定自重的降落傘，總體上來(lái)說(shuō)，是劃算的。
[0018]對(duì)于中小型、微型的無(wú)人駕駛飛行器來(lái)說(shuō)，尤其多旋翼無(wú)人駕駛飛行器來(lái)說(shuō)，安裝降落傘的方式是不現(xiàn)實(shí)的。這里主要有三個(gè)原因。
[0019]第一個(gè)原因是，降落傘具有一定自重，對(duì)于本身重量輕，動(dòng)力不夠強(qiáng)、續(xù)航能力一般的中小微型無(wú)人駕駛飛行器而言，安裝了降落傘將對(duì)無(wú)人駕駛飛行器的飛行性能產(chǎn)生根本性影響，從而影響無(wú)人駕駛飛行器的飛行速度以及執(zhí)行飛行動(dòng)作。
[0020]第二個(gè)原因是，降落傘的打開(kāi)時(shí)間長(zhǎng)、減速慢，對(duì)于中低空墜機(jī)來(lái)說(shuō)，降落傘根本沒(méi)有時(shí)間打開(kāi)，來(lái)不及發(fā)生作用，或者雖然打開(kāi)了，來(lái)不及降低飛行器的墜落速度，無(wú)法給無(wú)人駕駛飛行器提供飛行保護(hù)。因此對(duì)于中低空發(fā)生的墜機(jī)事故來(lái)說(shuō)，是無(wú)法避免墜機(jī)的發(fā)生。
[0021]第三個(gè)原因是，降落傘成本較高、回收較難，對(duì)于消費(fèi)級(jí)的無(wú)人駕駛飛行器來(lái)說(shuō)，極大地增加了成本，且使用起來(lái)較麻煩，從而極大影響了使用體驗(yàn)，給使用者造成不好的印象。
[0022]針對(duì)降落傘的這些缺點(diǎn)，有人提出了在無(wú)人駕駛飛行器上安裝彈射機(jī)構(gòu)的方法，例如中國(guó)專(zhuān)利:《一種旋翼式無(wú)人機(jī)失控墜落保護(hù)裝置以及保護(hù)方法》(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?201410073540.2)。
[0023]該專(zhuān)利公開(kāi)了一種旋翼式無(wú)人機(jī)失控墜落保護(hù)裝置，包括底盤(pán)和安裝在底盤(pán)上的彈射機(jī)構(gòu)，所述彈射機(jī)構(gòu)包括:固定在底盤(pán)上的燃燒室，底部與燃燒室連通的彈射筒，安裝在彈射筒內(nèi)的降落傘以及點(diǎn)火裝置，所述彈射筒設(shè)有至少兩個(gè)，各彈射筒環(huán)向均勻分布且分別向外傾斜發(fā)散。還公開(kāi)了一種旋翼式無(wú)人機(jī)和使用該專(zhuān)利的旋翼式無(wú)人機(jī)失控墜落保護(hù)裝置的無(wú)人機(jī)失控墜落保護(hù)方法。該專(zhuān)利通過(guò)設(shè)置至少兩個(gè)彈射筒，并且將彈射筒向均勻分布且分別向外傾斜發(fā)散設(shè)置，從而降低了火藥量，從而減輕爆炸時(shí)對(duì)無(wú)人機(jī)的破壞，還抵消了一部分反作用力對(duì)無(wú)人機(jī)的沖擊，進(jìn)一步減輕火藥彈射對(duì)無(wú)人機(jī)的破壞。
[0024]上述的墜落保護(hù)裝置雖然克服了降落傘打開(kāi)時(shí)間長(zhǎng)、減速慢的缺點(diǎn)。但是該墜落保護(hù)裝置必須安裝在無(wú)人駕駛飛行器的底部，因此當(dāng)無(wú)人駕駛飛行器不是底部著地時(shí)，無(wú)法起到保護(hù)作用。此外，該墜落保護(hù)裝置無(wú)法循環(huán)利用，使用成本較高。因此，該墜落保護(hù)裝置的缺點(diǎn)仍然很明顯，并不能有效保護(hù)無(wú)人駕駛飛行器墜機(jī)的安全性。
[0025]此外，現(xiàn)有技術(shù)中，還有其他的一些技術(shù)方案，例如提升無(wú)人駕駛飛行器的材料強(qiáng)度以及結(jié)構(gòu)的剛性，從而提升無(wú)人駕駛飛行器的抗摔能力。
[0026]但是，上述這些辦法都無(wú)法從根本上解決無(wú)人駕駛飛行器因事故墜機(jī)時(shí)，避免發(fā)生損害的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0027]為了提升無(wú)人駕駛飛行器的抗摔能力，本案提出了一種無(wú)人駕駛飛行器。
[0028]在一實(shí)施方式中，無(wú)人駕駛飛行器，包括機(jī)身以及第一氣囊。
[0029]上述第一氣囊設(shè)置于上述機(jī)身上方，當(dāng)上述無(wú)人駕駛飛行器開(kāi)始?jí)嬄浠蚣磳嬄鋾r(shí)，對(duì)上述第一氣囊充入氣體，使上述第一氣囊膨脹。
[0030]在一實(shí)施方式中，上述氣體的密度比空氣小。
[0031]在一實(shí)施方式中，無(wú)人駕駛飛行器還包括第二氣囊，設(shè)置于上述機(jī)身下方。
[0032]在一實(shí)施方式中，上述第二氣囊的所能產(chǎn)生的浮力小于上述第一氣囊。
[0033]在一實(shí)施方式中，當(dāng)上述