本发明属于无人机保护技术领域，具体涉及一种多旋翼无人机紧急坠毁弹射式保护装置。
背景技术：
多旋翼无人机是一种具有三个及以上旋翼轴的特殊的无人驾驶旋翼飞行器，其通过控制器控制每个轴上的电动机转动，带动旋翼，从而产生升推力。旋翼的总距固定，而不像一般直升机那样可变。通过改变不同旋翼之间的相对转速，可以改变单轴推进力的大小，从而控制飞行器的运行轨迹；多旋翼无人机的电子设备舱上搭载的gps高度定位仪、气压测高辅助板、陀螺仪、声波测距仪模块可以采集相应数据，通过多旋翼无人机飞行器的控制器感知飞行姿态以及距离地面的距离。
在多旋翼无人机航行中，有以下几种可能导致出现坠毁的情况：
1.电池跳电、失电等动力截断，丢失的问题。无人机电压不稳、电池未充饱电、飞行期间电量出现快速流失、电压急跌、突然断电引发电机停转转速下降，无人机高度急剧下降而坠毁。多旋翼无人机的飞行动力靠电机提供，且缺一不可，并无冗余设计。若其中一轴的马达失灵堵转，或动力传递突然消失等导致飞行状态出现异常的倾侧，这些情况会极大的影响无人机的飞行表现，导致坠落炸机。
2.定位系统失灵。无人机依靠gps信号进行定位，操作画面会显示无人机接收卫星信号的数目。若飞行期间存在山丘阻隔、楼宇或高架电塔干扰、gps信号丢失，会出现悬停不稳、自动返航失灵，这时的无人机往往无法立即接受命令减速、命令错误、无法切换手动方式操作、无法平稳降落的情况。卫星信号接收可受不同的外部因素干扰，预防颇不容易，极易因此出现意外导致坠毁。
3.超视距飞行、指南错误、画面丢失、操作失误及其他意外。如果显示器及操作系统在飞行中死机，那么无人机将难以确定哪个方向是主点，容易判断错误，导致无人机坠毁。无人机飞行时如指南针发生错误，会出现上一秒还在正常飞行，下一秒就会乱飞乱转。难以平稳悬停，总是偏侧向一边，甚至想停也停不下来、打转等动作错误导致坠毁。
由于无人机造价非常高，一旦发生坠毁，无人机机体会造成不同程度的损伤，所以，无人机坠毁造成的经济损失非常大，目前还没有针对无人机坠毁的保护装置。
技术实现要素：
本发明的目的在于提出一种多旋翼无人机紧急坠毁弹射式保护装置，解决现有技术存在的无坠毁保护装置导致无人机发生坠毁后经济损失大的问题。
为实现上述目的，本发明的一种多旋翼无人机紧急坠毁弹射式保护装置包括弹射部分以及n组反冲部分；
所述弹射部分包括：
一端通过固定环座固定在多旋翼无人机上的弹射滑行筒；
固定在所述固定环座上的舵机组；
设置在所述弹射滑行筒内的弹射器，所述弹射器通过舵机组控制限位在弹射滑行筒内靠近固定环座一端或向另一端弹射；
以及安装在所述弹射器上的减速装置，所述减速装置通过弹射器带动收回或弹出弹射滑行筒；
每组反冲部分包括对称安装在多旋翼无人机的两个旋翼上的两对反冲结构，每对反冲结构包括安装在一个旋翼上的两个相对设置的牵引腿部，每个牵引腿部设置有反冲器。
所述弹射器包括：
相对所述弹射滑行筒滑动配合的弹射主体，所述减速装置安装在所述弹射主体上；
以及设置在所述弹射主体和所述弹射滑行筒之间的弹射阻尼结构，通过所述舵机组限制或释放弹射阻尼结构，使弹射主体位于所述弹射滑行筒靠近固定环座一端或向另一端弹射。
所述弹射主体相对所述弹射滑行筒滑动配合具体为：所述弹射主体外表面圆周均布多个滑行滚轮，所述滑行滚轮和所述弹射滑行筒内壁滑动配合。
所述弹射阻尼结构包括：
设置在弹射滑行筒内的大阻尼弹簧，一端和所述弹射滑行筒靠近固定环座的一端接触，另一端套在所述弹射主体端部伸出的安装台上并和轴肩接触；
圆周均布在所述弹射主体外圆周的多个倒钩；
以及连接在倒钩和所述弹射滑行筒远离固定环座一端的高弹皮筋。
所述弹射滑行筒的筒壁上圆周均布多个沿轴线方向设置的竖直滑槽，所述弹射滑行筒靠近固定环座的一端筒壁上关于所在截面圆心对称设置有两个水平滑槽；多个所述倒钩分别从多个所述竖直滑槽伸出并和所述竖直滑槽滑动配合；所述舵机组带动对称设置的两个限位臂相对弹射滑行筒从两个水平滑槽旋入或旋出，当限位臂旋入弹射滑行筒时，所述限位臂和所述弹射主体弹射运动前端接触限制弹射主体位于所述弹射滑行筒靠近固定环座的一端，当限位臂旋出弹射滑行筒时，释放弹射主体。
所述弹射部分还包括固定连接在所述弹射滑行筒另一端的阻尼盖，所述阻尼盖上外圆周圆周均布多个和弹射滑行筒轴线平行的阻尼孔，多个所述阻尼孔和多个所述竖直滑槽一一对应，每个所述倒钩和一个高弹皮筋的一端连接，所述高弹皮筋的另一端和对应的阻尼孔连接。
所述固定环座包括通过螺纹孔以螺钉紧固方式配合的固定主体以及辅助固定部分，所述固定主体孔壁和所述弹射滑行筒外壁过盈配合并紧固，固定主体下端面坐于弹射滑行筒底部台阶且被限位。
所述减速装置为小型降落伞或高空减速气囊，所述小型降落伞或高空减速气囊通过牵引绳索和反冲部分的牵引腿部连接。
所述牵引腿部设置有十字交叉贯通的缓冲孔和触发孔；所述反冲器包括设置在缓冲孔内的冲入高压气体的反冲高压气囊以及设置在触发孔内的触发器。
本发明的有益效果为：本发明的一种多旋翼无人机紧急坠毁弹射式保护装置的舵机组、弹射器、弹射滑行筒以及阻尼盖组装成一体，由固定环座用螺钉安装紧固在多旋翼无人机的顶部或者侧面。牵引腿部可以成组并用螺钉或尼龙扎带等固定在电机旋翼臂上。降落伞或高空减速气囊减速装置牵引无人机的绳线限位在牵引腿部组之间并相对安装固定。各牵引腿部组之间离主体机身距离相等，使无人机能以平稳的姿态在空中减速下落。反冲器安装在牵引腿部内部，由触发器爆破产生反冲力。来减少无人机经过空中减速后仍可能剩余、与地面碰撞产生的作用力，再次减轻对无人机的损害。本申请的舵机组和反冲器的控制线连接控制器，执行信号由控制器发出。
通过gps高度定位和气压测高辅助板结合陀螺仪实时感知无人机包括高度在内的六自由度数据，并传送给控制器。当感知飞行姿态触发安全边界角度，或高度、自由度数据变化数值和速率超过一定阈值时，飞控发送信号给多旋翼无人机的电机组使其停转，再发送信号给舵机组使其舵机组的限位臂解除对弹射器的限制，弹射器弹射倒置在弹射滑行筒内的降落伞或其他高空减速气囊，无人机从高空中减速下落。当声波测距仪模块测量距离地面达到阈值时，控制器发送信号给反冲器，反冲器反冲无人机，再次减小多旋翼无人机下落速度和下坠力，避免多旋翼无人机与地面的大幅度刚性冲撞，减少多旋翼无人机坠毁时的损坏程度，进而降低坠毁带来的经济损失。
附图说明
图1为本发明的一种多旋翼无人机紧急坠毁弹射式保护装置整体结构示意图；
图2为本发明的一种多旋翼无人机紧急坠毁弹射式保护装置中弹射部分结构示意图；
图3为本发明的一种多旋翼无人机紧急坠毁弹射式保护装置中弹射部分结构剖视图；
图4为本发明的一种多旋翼无人机紧急坠毁弹射式保护装置中牵引腿部结构局部剖视图；
图5为本发明的一种多旋翼无人机紧急坠毁弹射式保护装置在多旋翼无人机顶部安装示意图；
图6为本发明的一种多旋翼无人机紧急坠毁弹射式保护装置在多旋翼无人机侧面安装示意图；
其中：1、弹射部分，
11、固定环座，111、固定主体，112、辅助固定部分，
12、弹射滑行筒，121、竖直滑槽，122、水平滑槽，
13、舵机组，131、限位臂，
14、弹射器，141、弹射主体，142、滑行滚轮，143、大阻尼弹簧，144、倒钩，145、高弹皮筋，
15、阻尼盖，151、阻尼孔，
2、反冲部分，
21、牵引腿部，211、缓冲孔，212、触发孔，
22、反冲器，221、反冲高压气囊，222、触发器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明采用弹射装置弹射降落伞或其他高空减速气囊来大幅度减少无人机在空中的下落速度，与结合反冲器22临近地面小幅度反冲降速结合的方式来减轻多旋翼无人机出现紧急坠毁时可能出现的损伤，使用安全。考虑扩大弹射装置和反冲装置、更换反冲气体的情况下，可以达到更高的下坠高度，更好的坠落保护效果。弹射装置和反冲装置的部件可以用铝合金等轻金属制，机械加工简单，经济性好。采用的通用件大阻尼弹簧143、高弹皮筋145等可以灵活选用来决定装置的灵敏程度。
参见附图1-附图4，本发明的一种多旋翼无人机紧急坠毁弹射式保护装置包括弹射部分1以及n组反冲部分2；
所述弹射部分1包括：
一端通过固定环座11固定在多旋翼无人机上并和多个旋翼所在平面垂直的弹射滑行筒12；
螺纹固定连接在在所述固定环座11上的舵机组13；
设置在所述弹射滑行筒12内的弹射器14，所述弹射器14通过舵机组13控制限位在弹射滑行筒12内靠近固定环座11一端或向另一端弹射；
以及安装在所述弹射器14上的减速装置，所述减速装置通过弹射器14带动收回或弹出弹射滑行筒12；
每组反冲部分2包括对称安装在多旋翼无人机的两个旋翼上的两对反冲结构，每对反冲结构包括安装在一个旋翼上的两个相对设置的牵引腿部21，每个牵引腿部21设置有反冲器22。本实施例中反冲部分2选择两组，用螺钉穿过其上的四个螺纹孔和另一部分上同样位置的螺纹孔，旋紧螺钉即可固定反冲部分于旋翼臂上。
所述弹射器14包括：
相对所述弹射滑行筒12滑动配合的弹射主体141，所述减速装置安装在所述弹射主体141上；
以及设置在所述弹射主体141和所述弹射滑行筒12之间的弹射阻尼结构，通过所述舵机组13限制或释放弹射阻尼结构，使弹射主体141位于所述弹射滑行筒12靠近固定环座11一端或向另一端弹射。
所述弹射主体141相对所述弹射滑行筒12滑动配合具体为：所述弹射主体141外表面圆周均布多个滑行滚轮142，所述滑行滚轮142和所述弹射滑行筒12内壁滑动配合。
所述弹射阻尼结构包括：
设置在弹射滑行筒12内的大阻尼弹簧143，所述大阻尼弹簧143产生的回弹力大于弹射保护装置自重且回弹行程大于弹射滑行筒12高，其一端和所述弹射滑行筒12靠近固定环座11的一端接触，另一端套在所述弹射主体141端部伸出的安装台上并和轴肩接触；
圆周均布在所述弹射主体141外圆周的多个倒钩144；本实施例中倒钩144选择四个；
以及连接在倒钩144和所述弹射滑行筒12远离固定环座11一端的用于辅助回弹且弹性系数足够大保证提供拉力使皮筋绷紧的高弹皮筋145。
所述弹射滑行筒12的筒壁上圆周均布多个沿轴线方向设置的竖直滑槽121，本实施例中竖直滑槽121的数量为四个，所述弹射滑行筒12靠近固定环座11的一端筒壁上关于所在截面圆心对称设置有两个水平滑槽122；四个所述倒钩144分别从四个所述竖直滑槽121伸出并和所述竖直滑槽121滑动配合；所述舵机组13带动对称设置的两个限位臂131相对弹射滑行筒12从两个水平滑槽122旋入或旋出，当限位臂131旋入弹射滑行筒12时，所述限位臂131和所述弹射主体141弹射运动前端接触限制弹射主体141位于所述弹射滑行筒12靠近固定环座11的一端，当限位臂131旋出弹射滑行筒12时，释放弹射主体141。
所述弹射部分1还包括固定连接在所述弹射滑行筒12另一端的阻尼盖15，所述阻尼盖15上外圆周圆周均布多个和弹射滑行筒12轴线平行的阻尼孔151，本实施例中阻尼孔151的数量为四个，四个所述阻尼孔151和四个所述竖直滑槽121一一对应，每个所述倒钩144和一个高弹皮筋145的一端连接，所述高弹皮筋145的另一端和对应的阻尼孔151连接。高弹皮筋145的设置用以增加弹射器14的弹射力和其释放后的初速度及加速力，来完全减速装置弹出弹射滑行筒12内的动作。
所述固定环座11包括通过螺纹孔以螺纹连接的固定主体111以及辅助固定部分112，辅助固定部分112上开有螺纹孔，用于侧向固定时方便与机架连接，所述固定主体111的孔壁和所述弹射滑行筒12外壁过盈配合并紧固，固定主体111坐于弹射滑行筒12底部台阶且被限位。
所述减速装置为根据不同机型大小相应配置的小型降落伞或高空减速气囊，所述小型降落伞或高空减速气囊安置在弹射滑行筒12内，弹出后伴随无人机下坠过程自动展开，增大下落阻力以减小下落速度，所述小型降落伞或高空减速气囊通过牵引绳索和反冲部分2的牵引腿部21连接。
所述牵引腿部21设置有十字交叉贯通的缓冲孔211和触发孔212，缓冲孔孔深保证触及反冲高压气囊并且触发孔孔深长度保证足够放入反冲高压气囊；所述反冲器22包括设置在缓冲孔211内的反冲高压气囊221以及设置在触发孔212内的触发器222，触发器222大小保证放入触发孔内即可，它接收信号就释放电脉冲击穿反冲高压气囊221以释放高压气体产生反冲力用来缓冲减慢坠落速度。牵引腿部21成组的数量可变，由多旋翼无人机的旋翼臂数目的多少进行灵活调整。
本申请的弹射部分1主要执行件为弹射器14，在弹射滑行筒12中压缩大阻尼弹簧143，其上外部的四个倒钩144与阻尼盖15上端部所开的阻尼孔151之间通过高弹皮筋145进行连接；由大阻尼弹簧143、高弹皮筋145共同弹射，通过沿弹射滑行筒12筒壁上的滑行间隙进行加速弹出小型降落伞或其他高空减速气囊。安装在多旋翼无人机的旋翼臂上的牵引腿部21对向连接成组，间隙之中固定小型降落伞或其他高空减速气囊牵引无人机本体的牵引绳索。内置在牵引腿部21中的反冲器22中充高压缩气体，如氦气等。舵机组13、反冲器22的控制线、电源线接入相对应控制器、电源接口。
参见附图5和附图6，本发明的保护装置中的弹射可以安装在多旋翼无人机主体的上部或者侧面，具体取决于多旋翼无人机的结构、尺寸参数，以不影响飞行为原则。通过gps高度定位和气压测高辅助板结合陀螺仪实时感知无人机包括高度在内的六自由度数据，并传送给控制器，当控制器感知飞行姿态触发安全边界角度，或高度、自由度数据变化数值和速率超过阈值时，弹射器14被舵机组13限位臂131解除限制，在弹射滑行筒12中实现加速弹射的过程，减速多旋翼无人机的下落。当声波测距仪模块测量距离地面达到阈值时，反冲器22被触发，高压气体瞬间向下释放，相对地面形成相对的反冲力，再次小幅度减速。通过两次减速来避免从高空中由于紧急情况而发生坠落的无人机与地面的大幅度刚性冲撞，保护无人机，减小可能形成的损害。
技术特征：
1.一种多旋翼无人机紧急坠毁弹射式保护装置，其特征在于，包括弹射部分(1)以及n组反冲部分(2)；
所述弹射部分(1)包括：
一端通过固定环座(11)固定在多旋翼无人机上的弹射滑行筒(12)；
固定在所述固定环座(11)上的舵机组(13)；
设置在所述弹射滑行筒(12)内的弹射器(14)，所述弹射器(14)通过舵机组(13)控制限位在弹射滑行筒(12)内靠近固定环座(11)一端或向另一端弹射；
以及安装在所述弹射器(14)上的减速装置，所述减速装置通过弹射器(14)带动收回或弹出弹射滑行筒(12)；
每组反冲部分(2)包括对称安装在多旋翼无人机的两个旋翼上的两对反冲结构，每对反冲结构包括安装在一个旋翼上的两个相对设置的牵引腿部(21)，每个牵引腿部(21)设置有反冲器(22)。
2.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机紧急坠毁弹射式保护装置，其特征在于，所述弹射器(14)包括：
相对所述弹射滑行筒(12)滑动配合的弹射主体(141)，所述减速装置安装在所述弹射主体(141)上；
以及设置在所述弹射主体(141)和所述弹射滑行筒(12)之间的弹射阻尼结构，通过所述舵机组(13)限制或释放弹射阻尼结构，使弹射主体(141)位于所述弹射滑行筒(12)靠近固定环座(11)一端或向另一端弹射。
3.根据权利要求2所述的一种多旋翼无人机紧急坠毁弹射式保护装置，其特征在于，所述弹射主体(141)相对所述弹射滑行筒(12)滑动配合具体为：所述弹射主体(141)外表面圆周均布多个滑行滚轮(142)，所述滑行滚轮(142)和所述弹射滑行筒(12)内壁滑动配合。
4.根据权利要求2所述的一种多旋翼无人机紧急坠毁弹射式保护装置，其特征在于，所述弹射阻尼结构包括：
设置在弹射滑行筒(12)内的大阻尼弹簧(143)，所述大阻尼弹簧(143)一端和所述弹射滑行筒(12)靠近固定环座(11)的一端接触，另一端套在所述弹射主体(141)端部伸出的安装台上并和轴肩接触；
圆周均布在所述弹射主体(141)外圆周的多个倒钩(144)；
以及连接在倒钩(144)和所述弹射滑行筒(12)远离固定环座(11)一端的高弹皮筋(145)。
5.根据权利要求4所述的一种多旋翼无人机紧急坠毁弹射式保护装置，其特征在于，所述弹射滑行筒(12)的筒壁上圆周均布多个沿轴线方向设置的竖直滑槽(121)，所述弹射滑行筒(12)靠近固定环座(11)的一端筒壁上关于所在截面圆心对称设置有两个水平滑槽(122)；多个所述倒钩(144)分别从多个所述竖直滑槽(121)伸出并和所述竖直滑槽(121)滑动配合；所述舵机组(13)带动对称设置的两个限位臂(131)相对弹射滑行筒(12)从两个水平滑槽(122)旋入或旋出，当限位臂(131)旋入弹射滑行筒(12)时，所述限位臂(131)和所述弹射主体(141)弹射运动前端接触限制弹射主体(141)位于所述弹射滑行筒(12)靠近固定环座(11)的一端，当限位臂(131)旋出弹射滑行筒(12)时，释放弹射主体(141)。
6.根据权利要求5所述的一种多旋翼无人机紧急坠毁弹射式保护装置，其特征在于，所述弹射部分(1)还包括固定连接在所述弹射滑行筒(12)另一端的阻尼盖(15)，所述阻尼盖(15)上外圆周圆周均布多个和弹射滑行筒(12)轴线平行的阻尼孔(151)，多个所述阻尼孔(151)和多个所述竖直滑槽(121)一一对应，每个所述倒钩(144)和一个高弹皮筋(145)的一端连接，所述高弹皮筋(145)的另一端和对应的阻尼孔(151)连接。
7.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机紧急坠毁弹射式保护装置，其特征在于，所述固定环座(11)包括通过螺纹孔以螺纹连接的固定主体(111)以及辅助固定部分(112)，所述固定主体(111)的孔壁和所述弹射滑行筒(12)外壁过盈配合并紧固，固定主体(111)坐于弹射滑行筒(12)底部台阶且被限位。
8.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机紧急坠毁弹射式保护装置，其特征在于，所述减速装置为小型降落伞或高空减速气囊，所述小型降落伞或高空减速气囊通过牵引绳索和反冲部分(2)的牵引腿部(21)连接。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的一种多旋翼无人机紧急坠毁弹射式保护装置，其特征在于，所述牵引腿部(21)设置有十字交叉贯通的缓冲孔(211)和触发孔(212)；所述反冲器(22)包括设置在缓冲孔(211)内的充入高压气体的反冲高压气囊(221)以及设置在触发孔(212)内的触发器(222)。
技术总结
一种多旋翼无人机紧急坠毁弹射式保护装置属于无人机保护技术领域，目的在于解决现有技术存在的无坠毁保护装置导致无人机发生坠毁后经济损失大的问题。本发明包括弹射部分以及n组反冲部分；所述弹射部分包括：一端通过固定环座固定在多旋翼无人机上的弹射滑行筒；固定在所述固定环座上的舵机组；设置在所述弹射滑行筒内的弹射器，所述弹射器通过舵机组控制限位在弹射滑行筒内靠近固定环座一端或向另一端弹射；以及安装在所述弹射器上的减速装置，所述减速装置通过弹射器带动收回或弹出弹射滑行筒；每组反冲部分包括对称安装在多旋翼无人机的两个旋翼上的两对反冲结构，每对反冲结构包括安装在一个旋翼上的两个相对设置的牵引腿部，每个牵引腿部设置有反冲器。
技术研发人员：陈延礼;彭淦;李继财;程延耕;秦靖淳;商艺琢;施宇;罗松松
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：.11.15
技术公布日：.02.11
