CN110001972A - 无人机落水应急处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机落水应急处理系统，包括与无人机的飞行控制模块通信连接的应急处理控制板、以及分别与其连接的水下推进器和落水检测器，还包括能够提供给应急处理控制板和水下推进器电源的控制板电源装置和推动器电源装置。本发明实现了无人机的落水后应急处理功能，使得无人机落水后浮于水面，同时可调整无人机姿态，使无人机正面朝上，防止倒扣，进一步可以实现无人机的在水中航行以及再次起飞功能，解决无人机回收过程中困难，减少经济损失。

Description

无人机落水应急处理系统

技术领域

本发明涉及无人机领域，尤其涉及一种防沉的多旋翼无人机落水应急处理系统。

背景技术

无人驾驶飞机，简称无人机，是一种以无线遥控或由自身程序控制为主的不载人飞机。多旋翼无人机作为无人机的一种，是指具有3个或者更多个旋翼的无人机，比如常见的有四旋翼，其结构简单，易于控制，能够实现一键起飞，垂直起降和自由悬停等功能。

多旋翼无人机具有价格低廉，体积较小、反应快速、操作简单和适应范围光等优点，被广泛应用于航拍，检测等众多领域。随之使用频率的增加，相应的故障事故也不断呈现，尤其是在河流、湖泊，以及海洋上方使用无人机进行作业时，由于水域特殊的地理环境特点，湿度大，风力大，这会导致无人机意外坠落的可能性大大提升，虽然当前市面上已经出现成熟的具有耐摔、防水、防沉功能的无人机种类，但是特殊的水域环境往往使得回收无人机变得异常困难，产生较大的经济损失。

目前已经有无人机落水应急处理的专利，其主要思想上采用在无人机设置气囊类物体，当无人机意外的落入水中时，气囊释放出气体，防止沉入水底，使无人机漂浮在水面上，同时巨大气囊使得无人机位置更容易确定以方便回收。在专利[CN207595269 U]提出在无人机上安置救生圈、气管、二氧化碳气瓶和充气阀，这种方法虽然可以实现无人机的漂浮与回收，但回收过程受限于环境等因素依旧存在着一系列的问题，比如由于风力以及水面波浪的推动，无人机的位置会飘忽不定，这就需要打捞船只和人员去搜寻无人机，需要耗费大量人力物力。此外，也有相关的专利中提出，在无人机上防止置回收伞，回收伞与无人机通过吊带连接，使得无人机漂浮在水面上，同时在无人机上设有牵引绳，牵引绳远离无人机的一端设有海洋浮标，以便于打捞回收。就本质而言，两者区别不大。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种无人机落水应急处理系统，该系统解决了无人机落水时回收困难、受限于环境等因素、耗费大量人力物力等问题。

技术方案：本发明的无人机落水应急处理系统，包括与无人机的飞行控制模块通信连接的应急处理控制板、以及分别与应急处理控制板连接的水下推进器和落水检测器。其中，所述应急处理控制板设有微处理器；所述落水检测器能够探测无人机机体水位数据并传输给应急处理控制板；所述水下推进器能够在应急处理控制板读取落水检测器的数据后作出的指令而动作；所述系统还包括能够提供给应急处理控制板和水下推进器电源的控制板电源装置和推动器电源装置。

水下推进器为大功率电机，以提供足够动力，并以独立的电源装置用电，通过防水线路连接到应急处理控制板，以实现控制水下推进器的动力大小和方向角度。落水检测器以液体传感器为检测单元，结构简单，灵敏度高，性能好，可直接探测到机体相应位置水位数据。

所述应急处理控制板包括芯片，与无人机的飞行控制模块通过串口相连，并能够与飞行控制模块进行通信并获取无人机姿态的相关数据。应急处理控制板以STM芯片为主控制核心，根据要实现的功能目标，优化设计了原理图与电路图，控制板布局合理，尺寸小巧，功能稳定，并留有一定的外设引脚以便功能扩展。

所述应急处理控制板能够截取电机电路，并连在所述电机电路中间以控制无人机的无刷电机转动，且所述水下推进器能够被应急处理控制板输出的控制信号控制，使得无人机能够在水中运动航行。

为方便操作，所述应急处理系统包括自动模式和手动模式。其中，

自动模式下，应急处理控制板上的微处理器会连续读取飞行控制模块的姿态数据以及由落水检测器的测得水位数据，并根据姿态数据与水位数据与设定值的对比做出判断，执行系统设定操作。

手动模式下，无人机的操控人员通过遥控器根据情况进行相应操作控制。

为防止落水检测器因极度环境因素损坏而造成数据的传输中断，所述水位传感器为由耐温耐腐蚀材质制成的器件。

为了给应急处理控制板和水下推进器提供足够的电源，所述控制板电源装置和推动器电源装置为能够充电循环使用的高效锂电池。

为方便测试水位数据以及无人机在水下的行进，所述水下推进器和落水检测器均设于无人机的机身下侧。

其中，所述无人机为具有防水、防沉功能的四旋翼无人机。

有益效果：1、本发明的无人机落水应急处理系统实现了无人机的落水后应急处理功能，在落水应急处理系统和地面人员通过无线遥控器的共同控制下，使得无人机落水后浮于水面，同时可调整无人机姿态，使无人机正面朝上，防止倒扣，进一步可以实现无人机的在水中航行以及再次起飞功能，解决无人机回收过程中困难，减少经济损失；2、系统整体集成度高，安装简单，易于维护，价格适当；3、该设计实用性较强，简便易行，具有现实意义，可进行量产而达到普及推广作用，造福社会。

附图说明

图1是本发明的结构原理框架图；

图2是本发明的原理图；

图3是本发明的流程图；

图4是无人机的结构示意图；

图5是本发明的内部结构示意图。

具体实施方式

参见图1至图5，本发明一实施例所述的无人机落水应急处理系统，包括独特设计应急处理控制板1、落水检测器2、水下推进器3以及应急处理控制板1与水下推进器所需的控制板电源装置4和推动器电源装置5，水下推进器3和落水检测器2均设于无人机的机身下侧。

该应急处理系统包括自动模式和手动模式。

应急处理控制板1以STM芯片6为控制核心，根据要实现的功能目标，优化设计了原理图与电路图，控制板布局合理，尺寸小巧，功能稳定，并留有一定的外设引脚以便功能扩展。应急处理控制板1和无人机飞行控制模块7通过串口数据线8相连，能够与飞行控制模块7进行通信，获取无人机姿态等相关数据。同时，应急处理控制板1将截取电机电路9，连在电机电路9中间得以控制无人机的无刷电机转动。

水下推进器3以独立的电源装置用电，通过防水线路连接到应急处理控制板1，以实现控制水下推进器3的动力大小和方向角度。

落水检测器2与应急处理控制板1连接，由耐温耐腐蚀材质制成的器件，并为数字传感器，方便读取，灵敏度高，性能好，可直接探测到机体相应位置水位数据并传输给应急处理控制板1。

控制板电源装置4和推动器电源装置5均为高效可充电的锂电池。

其中，无人机为四旋翼无人机，具有防水，防沉功能。

本发明的工作原理为：

应急处理控制板1是通过串口数据线8与无人机飞行控制模块7进行通信，获得姿态信息，同时直接读取落水检测器2的数据值。应急处理控制板1上的微处理器以获得的相应数据为判断依据，微处理器将自动做出相应的处理指令并实现相对的操作，同时无线遥控器可以截取控制权，由人手动控制无人机。水下推进器由无线遥控器直接控制，实现水上移动以回收无人机。

图1所示为多旋翼无人机落水应急处理装置结构框架图。应急处理控制板1与多旋翼无人机飞行控制模块7通过串口连接放置在无人机内部的控制平台上，同时水下推进器3和应急处理控制板1的各自独立电源装置也安放在无人机机体内。微处理器通过串口可直接读取飞控内部存储的无人机飞行姿态数据以及遥控指令信息，也可以将一键起飞命令传输给飞控。应急处理控制板1会截取串连在电机电路9上，这样的目的是，获得无人机电机暂时的控制权，来实现落水后的姿态调整功能和起飞功能。水下推进器3和落水检测器2都安放在无人机的机身主体下侧，水下推进器3由应急处理控制板1输出的两路控制信号控制，使得无人机能够水中运动航行，可进一步实现飞机回收的功能。落水检测器2检测无人机检测机体是否落水，数据信息直接通过数据线传输给应急处理控制板1上的微处理器。

图2是多旋翼无人机落水应急处理系统原理图。无人机落水应急处理系统具有两种模式，分别为自动模式与手动模式。自动模式下，应急处理控制板1(应急板)上的微处理器会不断读取飞行控制模块7(飞控)内部存储的姿态数据以及由落水检测器2的测得水位数据，微处理器会自动做出判断，当姿态数据与水位数据低于设定值，则无人机处于落水或翻转倒扣的状态，微处理会控制无人机的电机11，实现翻转机身后，在进一步传输起飞命令给飞控，实现再次起飞的功能。手动模式下，遥控器取得飞机的控制权，操控人员通过自身的观察，根据情况，进行相应操作控制。遥控器增加设立三个控制指令，分别为电机控制，翻转和一键起飞三个功能。需要注意的是，水下控制器能由遥控器手动控制，控制水下推进器驱动电机10油门大小以及航向角度，使无人机准确地驶向岸边或者打捞船只，以方便无人机的回收。

图3是多旋翼无人机落水应急处理系统流程图。无人机落水应急处理系统在无人机启动时先进行初始化，在无人机飞行过程中，不停的读取水位数据和姿态数据。当水位数据为1时，无人机未落水，无需操作；当水位数据为0时，进一步分析姿态数据，当姿态数据低于设定值，则为落水且倒扣状态，此时应急板的微处理器要判断是否收到遥控信号，如果收到翻转指令，无人机折行翻转操作，已调整无人机的姿态后，在等待下一个遥控指令并执行相应的动作；如没有遥控信号，无人机落水应急处理系统会自然执行翻转功能和起飞功能。当姿态数据正常时，微处理器要判断是否接收到回收指令，如果接受到，遥控器将获得无人机控制权，控制水下推进器的油门以及航向；如果接收到起飞遥控指令或者没有接受到遥控指令，无人机都将执行一键起飞功能。

Claims (8)

1.一种无人机落水应急处理系统，其特征在于：包括与无人机的飞行控制模块通信连接的应急处理控制板、以及分别与应急处理控制板连接的水下推进器和水位传感器，其中，

所述应急处理控制板设有微处理器；

所述落水检测器能够探测无人机机体水位数据并传输给应急处理控制板；

所述水下推进器能够在应急处理控制板读取水位传感器的数据后作出的指令而动作；

所述系统还包括能够提供给应急处理控制板和水下推进器电源的控制板电源装置和推动器电源装置。

2.根据权利要求1所述的无人机落水应急处理系统，其特征在于：所述应急处理控制板包括芯片，与无人机的飞行控制模块通过串口相连，并能够获取无人机姿态的相关数据。

3.根据权利要求1或2所述的无人机落水应急处理系统，其特征在于：所述应急处理控制板能够截取电机电路，并连在所述电机电路中间以控制无人机的无刷电机转动，且所述水下推进器能够被应急处理控制板输出的控制信号控制，使得无人机能够在水中运动航行。

4.根据权利要求1或2所述的无人机落水应急处理系统，其特征在于：所述应急处理系统包括自动模式和手动模式，其中，

自动模式下，应急处理控制板上的微处理器会连续读取飞行控制模块的姿态数据以及由落水检测器的测得水位数据，并根据姿态数据与水位数据与设定值的对比做出判断，执行系统设定操作；

手动模式下，无人机的操控人员通过遥控器根据情况进行相应操作控制。

5.根据权利要求1所述的无人机落水应急处理系统，其特征在于：所述落水检测器为由耐温耐腐蚀材质制成的器件。

6.根据权利要求1所述的无人机落水应急处理系统，其特征在于：所述控制板电源装置和推动器电源装置为能够充电循环使用的锂电池。

7.根据权利要求1所述的无人机落水应急处理系统，其特征在于：所述水下推进器和落水检测器均设于无人机的机身下侧。

8.根据权利要求1所述的无人机落水应急处理系统，其特征在于：所述无人机为具有防水、防沉功能的四旋翼无人机。