阅读说明：本技术 无人机以及无人机逃生方法 (Unmanned aerial vehicle and unmanned aerial vehicle escape method ) 是由 郄新越 于 2020-07-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种无人机以及无人机逃生方法,涉及无人机领域,用以优化无人机的性能。无人机包括机身、座椅、降落伞、弹射装置以及控制装置。座椅可拆卸地安装于机身；降落伞安装于座椅；弹射装置安装于机身和座椅之间,弹射装置被构造为将已经与机身分离的座椅弹射出去。控制装置与弹射装置电连接,以控制弹射装置的弹射角度。上述技术方案提供的无人机,配备有弹射装置和控制装置,在载人多旋翼无人机出现故障后,控制装置计算出座椅的弹射角度,然后按照计算得到的弹射角度,控制弹射装置弹射座椅,以增加驾乘人员顺利逃生的可能性。(The invention discloses an unmanned aerial vehicle and an unmanned aerial vehicle escape method, relates to the field of unmanned aerial vehicles, and aims to optimize the performance of the unmanned aerial vehicle. Unmanned aerial vehicle includes fuselage, seat, parachute, jettison gear and controlling means. The seat is detachably arranged on the machine body; the parachute is arranged on the seat; an ejector is mounted between the body and the seat, the ejector being configured to eject the seat that has been separated from the body. The control device is electrically connected with the ejection device to control the ejection angle of the ejection device. The unmanned aerial vehicle that above-mentioned technical scheme provided is equipped with jettison device and controlling means, and after many rotor unmanned aerial vehicle of manned broke down, controlling means calculated the angle of launching of seat, then according to the angle of launching that obtains of calculation, control jettison device launches the seat to increase the possibility that driver and crew fleed smoothly.)

无人机以及无人机逃生方法

技术领域

本发明涉及无人机领域，具体涉及一种无人机以及无人机逃生方法。

背景技术

现有技术中，载人多旋翼无人机都没有安装逃生装置，一旦载人多旋翼无人机出现故障会危及驾乘人员的生命安全。常见的无人机弹射逃生装置多用于固定翼无人机上。

发明人发现，现有技术中至少存在下述问题：多旋翼无人机的驾驶仓周围围绕着多个螺旋桨，该类型的无人机上没有逃生装置。

发明内容

本发明提出一种无人机以及无人机逃生方法，用以优化无人机的性能。

本发明一些实施例提供一种无人机，包括：

机身；

座椅，可拆卸地安装于所述机身；

降落伞，安装于所述座椅；

弹射装置，安装于所述机身和所述座椅之间，所述弹射装置被构造为将已经与所述机身分离的所述座椅弹射出去；以及

控制装置，与所述弹射装置电连接，以控制所述座椅和所述机身是否分离以及所述弹射装置的弹射角度。

在一些实施例中，所述弹射角度是指弹射方向与无人机的姿态平面的夹角，所述夹角为90°。

在一些实施例中，所述弹射装置包括：

喷管；

燃料装置，具有用于放置燃料的燃料仓以及用于点燃所述燃料的点燃装置，所述喷管与所述燃料仓连通；以及

喷管方向调节装置，与所述控制装置电连接；所述喷管方向调节装置被构造根据所述控制装置计算得到的弹射角度控制所述喷管的倾角，以使得所述燃料装置带着所述座椅以所述弹射角度弹射出去。

在一些实施例中，无人机还包括：

第一距离检测装置，设置于所述座椅和所述机身之间，以检测所述座椅的中心和所述机身的中心的距离；所述第一距离检测装置与所述控制装置电连接，所述控制装置被构造为根据所述第一距离检测装置检测的数据判断所述降落伞是否开启；和/或

第二距离检测装置，所述座椅的数量为两个或者两个以上，所述第二距离检测装置设置于所述座椅上，以检测两个所述座椅的中心之间的距离；所述第二距离检测装置与所述控制装置电连接，所述控制装置被构造为根据所述第二距离检测装置检测的数据判断所述降落伞是否开启。

在一些实施例中，无人机还包括：

角度检测装置，安装于所述座椅，以检测所述座椅相对于所述机身的上表面的角度，所述角度检测装置与所述控制装置电连接，所述控制装置被构造为在弹射所述座椅之前，判断所述座椅的角度是否满足弹射要求；和/或

姿态检测装置，安装于所述无人机，且被构造为检测所述无人机的姿态；其中，所述无人机的姿态包括无人机的横滚角、俯仰角以及航向角；所述姿态检测装置与所述控制装置电连接，所述控制装置根据所述姿态检测装置检测到的所述横滚角、所述俯仰角和所述航向角计算所述弹射角度。

在一些实施例中，无人机还包括：

制动装置，设置于所述机身；所述制动装置与所述控制装置电连接，所述制动装置被构造为根据所述控制装置的指令制动所述机身的螺旋桨。

在一些实施例中，所述座椅的靠背处设置有伞仓、用于封闭所述伞仓的仓门、以及用于控制所述仓门开启和关闭的仓门控制组件；所述降落伞放置于所述伞仓内；所述仓门控制组件与所述控制装置电连接，所述仓门控制组件被构造为根据所述控制装置的指令打开、关闭所述仓门。

在一些实施例中，所述座椅包括多个，所述弹射装置与所述座椅一一对应地布置。

本发明另一些实施例还提供一种无人机逃生方法，包括以下步骤：

计算座椅的弹射角度；

按照所述弹射角度发射所述座椅；

在所述座椅距离机身的距离以及所述座椅距离地面的距离满足要求后，打开降落伞。

在一些实施例中，所述计算座椅的弹射角度包括以下步骤：

实时检测无人机在空中的姿态，所述姿态包括所述无人机的横滚角、俯仰角以及航向角；

根据设定公式计算所述弹射角度。

在一些实施例中，根据以下设定公式计算所述弹射角度p：

p＝xcosα+ycosβ+zcosγ；

其中，α为横滚角，β为俯仰角，γ为航向角，x为所述座椅的中心在无人机坐标系里距离X轴的距离，y为所述座椅的中心在无人机坐标系里距离Y轴的距离，z为所述座椅的中心在无人机坐标系里距离Z轴的距离。

在一些实施例中，在按照所述弹射角度发射所述座椅的步骤之前，还包括以下步骤：

制动所述机身上的螺旋桨。

在一些实施例中，所述座椅的数量为多个，各个所述座椅的弹射角度相同，且弹射轨迹是间隔的。

上述技术方案提供的无人机，配备有弹射装置和控制装置，在载人多旋翼无人机出现故障后，控制装置计算出座椅的弹射角度，然后按照计算得到的弹射角度，控制弹射装置弹射座椅，以增加驾乘人员顺利逃生的可能性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的无人机使用状态参考图；

图2为本发明实施例提供的无人机的座椅被弹射出去的示意图；

图3为本发明实施例提供的无人机的座椅处有乘坐者的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的无人机的座椅处无乘坐者的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的无人机控制部分的结构示意图；

图6a为无人机的横滚角方向示意图；

图6b为无人机的俯仰角方向示意图；

图6c为无人机的航向角方向示意图；

图7为本发明实施例提供的无人机逃生方法示意图。

具体实施方式

下面结合图1～图7对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。

参见图6a至图6c,本文各实施例中需要用到的技术术语或名词解释。

横滚角α，是指导航系统中用来标识目标的横向倾角，其值等于无人机所在平面上与艏艉线垂直的线与其在水平面的投影间的夹角，参见图6a。

俯仰角β，平行于机身1轴线并指向无人机前方的向量与地面的夹角，参见图6b。

航向角γ，是指无人机的Y轴与水平线之间的夹角，参见图6c。

在图6a至图6c中，建立以下无人机坐标系，以无人机中心为原点，以垂直于无人机平面为Z轴，以机头方向为X轴，以机身1一侧(比如右侧)方向为Y轴。用无人机各部件中心距离原点(无人机中心)的坐标表征无人机各部件的位置。用各个座椅2的中心距离原点(无人机中心)的坐标表征座椅2的位置。在无人机具有多个座椅2的实施例中，以两个座椅2的中心之间的距离表征两个座椅2的距离。

参见图1，本发明实施例提供一种无人机，该无人机是载人无人机。在异常情况下，无人机可以按照设定的弹出方向弹射出座椅2，以协助无人机的乘坐者逃生。该无人机包括机身1、座椅2、降落伞3、弹射装置4以及控制装置5。座椅2可拆卸地安装于机身1。降落伞3安装于座椅2。弹射装置4安装于机身1和座椅2之间，弹射装置4被构造为将已经与机身1分离的座椅2弹射出去。控制装置5与弹射装置4电连接，以控制弹射装置4的弹射角度。

机身1包括机身本体11以及多个螺旋桨12。各个螺旋桨12安装于机身本体11且位于机身本体11上方。螺旋桨12比如为四个、六个、八个等。

座椅2可拆卸地安装于机身本体11。座椅2外面可以罩设保护罩、或者不罩设保护罩。如果罩设有保护罩，在无人机正常飞行过程中，保护罩处于关闭状态。在弹射座椅2前，需要先打开保护罩。

降落伞3可以采用已有结构，在此不再赘述。

弹射装置4用于产生发射座椅2所需要的动力。弹射装置4可以采用火箭发射类似的装置。具体来说，在一些实施例中，弹射装置4包括喷管40、燃料装置41和喷管方向调节装置42。喷管40与燃料仓连通。燃料装置41具有用于放置燃料的燃料仓以及用于点燃燃料的点燃装置。喷管方向调节装置42与控制装置5电连接；喷管方向调节装置42被构造根据控制装置5计算得到的弹射角度控制喷管40的倾角，以使得燃料装置41带着座椅2以弹射角度弹射出去。喷管方向调节装置42比如采用机械结构实现喷管40相对于无人机表面的角度调节，比如，采用可转动连接，通过改变可转动连接的角度实现喷管40的角度调节。

参见图2和图4，在一些实施例中，弹射角度是指弹射方向S1(即座椅2轨迹线起点处的切线方向)与无人机的姿态平面S2的夹角，该夹角为90°。飞机在飞行过程中具有中心轴A，该中心轴A贯穿飞机的纵向，即机头至机尾的方向。其中，姿态平面S由无人机的横滚角α、俯仰角β以及航向角γ确定，飞机的中心轴A位于姿态平面S2内。横滚角α、俯仰角β和航向角γ由行业标准定义，本文前面也给出了介绍。弹射方向垂直于无人机的姿态平面S2，这样使得座椅2弹射出去之后，不会碰到无人机上的部件，使得座椅2弹射的安全性得以提高。

参见图2和图4，在一些实施例中，无人机还包括第一距离检测装置6，第一距离检测装置6设置于座椅2和机身1之间，以检测座椅2的中心和机身1的中心的距离。比如，第一距离检测装置6包括超声波发射装置61以及超声波反射装置62；超声波发射装置61安装于座椅的中心处，超声波反射装置62安装于机身本体11的中心处。通过超声波发射装置61以及超声波反射装置62的配合实现距离测量。第一距离检测装置6与控制装置5电连接，控制装置5被构造为根据第一距离检测装置6检测的数据判断降落伞3是否开启。

参见图4，在另一些实施例中，座椅2包括两个或者两个以上。无人机还包括用于检测任意两个座椅2的中心距离的第二距离检测装置7，第二距离检测装置7设置于座椅2和座椅2之间，以检测两个座椅2的中心之间的距离。通过第二距离检测装置7，来判断两个座椅2之间的距离是否满足两个座椅2各自的开伞要求。在存在三个以上座椅2时，检测所有的两个座椅2之间的距离。

在有多个座椅2的实施例中，第一距离检测装置6、第二距离检测装置7检测的距离均满足要求，才能打开降落伞3，以使得降落伞3不与机身1碰触，也不与周围的座椅2碰触。

参见图1、图4和图5，在一些实施例中，无人机还包括角度检测装置8，角度检测装置8安装于座椅2，以检测座椅2相对于机身1的上表面的角度。通过角度检测装置，可以实时检测座椅2相对于无人机的机身1表面即机身1用于安装座椅2的表面的夹角，进而判断座椅2的角度是否满足弹射要求。角度检测装置8与控制装置5电连接，控制装置5被构造为在弹射座椅2之前，判断座椅2的角度是否满足弹射要求。在座椅2发射之前，如果座椅2相对于机身1的角度不等于喷射角度，那么不满足喷射要求。此时，控制装置5根据座椅2的角度调节喷管方向调节装置42的角度，以实现对喷射角度的精准控制。

参见图1、图4和图5，在一些实施例中，无人机还包括姿态检测装置9。姿态检测装置9安装于无人机，且被构造为检测无人机的姿态。其中，无人机的姿态包括无人机的横滚角、俯仰角以及航向角。姿态检测装置9与控制装置5电连接，控制装置5根据姿态检测装置9检测到的横滚角、俯仰角和航向角计算弹射角度。

参见图4和图5，在一些实施例中，无人机还包括制动装置10，制动装置10设置于机身1，且与机身1上的螺旋桨12邻近布置。制动装置10与控制装置5电连接，制动装置10被构造为根据控制装置5的指令制动螺旋桨12。

制动装置10包括刹车盘，通过刹车盘贴合螺旋桨12的转轴来实现制动螺旋桨12。该制动装置10是异常情况下使用的制动装置10，并非无人机正常停止时使用的制动器。在异常危险情况下，采用制动装置10制动后，无人机基本会损坏，后续也不会再使用。制动装置10通过摩擦力实现制动，使得高速旋转的螺旋桨12轴迅速停转，这样可以减小高速旋转的螺旋桨12对人的伤害风险。

在一些实施例中，座椅2的靠背处设置有伞仓21、用于封闭伞仓21的仓门20、以及用于控制仓门20开启和关闭的仓门控制组件22。降落伞3放置于伞仓21内；仓门控制组件22与控制装置5电连接，仓门控制组件22被构造为根据控制装置5的指令打开、关闭仓门20。控制装置5可以设置在座椅2上，当座椅2被弹射出去之后，控制装置5随着座椅2被弹出。这样可以使得控制装置5能及时控制座椅2的仓门控制组件22何时开启。仓门控制组件22原始状态处于关闭状态，当检测到的座椅2距离地面的高度、座椅2的姿态正常、座椅2和座椅2之间的距离满足开伞要求后，控制装置5控制仓门控制组件22开启，降落伞3从伞仓21中掉落出来，随后自然开启。

参见图3和图4，座椅2还配备有安全带23，安全带23将乘坐者和座椅2保持在一起，增加乘坐者的乘坐安全性。座椅2和机身本体11之间具有多个连接位置，一些连接部件使得座椅2和机身本体11保持铰接关系，另一些连接部件使得座椅2和机身本体11稳固保持在一起。为了使得座椅2的机身本体11稳固保持在一起、不摆动，座椅2还配备有锁扣装置24，锁扣装置24采用相互卡扣的卡扣部实现座椅2和机身本体11的固定连接。在座椅2弹射之前，先断开锁扣装置24，保持座椅2和机身本体11的铰接，随后利用弹射装置4产生的喷射力，直接将座椅2弹出。

在一些实施例中，座椅2包括多个，弹射装置4与座椅2一一对应地布置。每个座椅2单独配备有弹射装置4，每个座椅2的弹射角度单独计算得到，每个座椅2单独发射。上述技术方案，实现了多乘员无人机在极端情况下乘员的逃生可能性。

参见图7，本发明实施例还提供一种无人机逃生方法，采用上述任一技术方案所提供的无人机实现。该无人机逃生方法包括以下步骤：

步骤S10、计算座椅2的弹射角度。

上述的步骤S10具体包括：

首先，实时检测无人机在空中的姿态角度。具体可以通过姿态检测装置9检测此时无人机的姿态角度。姿态包括无人机的横滚角、俯仰角以及航向角。

其次，根据设定公式计算弹射角度。

座椅2相对于机身本体11的位置采用下述方式确定：坐标系以无人机中心为原点，以垂直于无人机平面为Z轴、以机头方向为X轴、以机身1右侧方向为Y轴。用座椅2中心距离原点无人机中心的坐标表征座椅2的位置，进而确定弹射角度。在有多个座椅2的情况下，无人机都采用上述坐标系，各个座椅2的位置分别确定。

控制装置5根据无人机的姿态角度，计算得到座椅2弹射最佳安全方向。弹射角度要保证弹出后，弹射轨迹不能碰到无人机的任何部位。多个座椅2时每个座椅2弹射角度相同，但是由于座椅2的位置不同，所以各自的轨迹不同，以保证弹射过程中座椅2与无人机不相撞，又保证座椅2与座椅2不相撞。

在一些实施例中，根据以下设定公式计算弹射角度p：p＝xcosα+ycosβ+zcosγ；其中，α为横滚角，β为俯仰角，γ为航向角。

步骤S20、按照弹射角度发射座椅2。

发射座椅2的操作具体为：先断开座椅2和机身本体11之间的固定连接，以使得座椅2和机身本体11之间为可转动连接；根据弹射角度调节弹射装置4的喷管方向调节装置42的喷射方向；然后点燃弹射装置4内的燃料；实时检测座椅2相对于机身本体11的角度是否等于弹射角度，如果不等于，则根据座椅2相对于机身本体11的角度实时调节喷管方向调节装置42的喷射方向，直至座椅2相对于机身本体11的角度等于喷射角度；然后，断开座椅2和机身本体11之间的全部连接，高压气体按照喷射角度将座椅2喷射出去。

座椅2的弹射力度是确定的，该弹射力度由根据燃料装置41内的燃料燃烧情况确定。

步骤S30、在座椅2距离机身1的距离以及座椅2距离地面的距离满足要求后，打开降落伞3。

座椅2弹出出去后，通过第一距离检测装置6实时测算座椅2与无人机的距离。座椅2与无人机的距离是指座椅2的中心与无人机的中心之间的距离。多个座椅2时还要增加第一距离检测装置6，以实时测量两个座椅2之间的距离。两个座椅2之间的距离是指座椅2的中心与其他座椅2的中心之间的距离。在有三个以上座椅2的情况下，任意两个座椅2之间的距离都单独测量。座椅2距离地面的距离可以根据座椅2初始弹射时的高度，结合弹射速度、弹射后的飞行时长等计算获得。

当座椅2与无人机的距离、座椅2与座椅2的距离达到设定的安全距离后打开降落伞3。这样可以降低降落伞3缠绕在无人机上造成开伞失败的现象的发生，提高开伞成功率。无人机与座椅2之间的第一安全距离大于无人机中心与座椅2中心距离加上降落伞3完全打开后的长度。座椅2与座椅2之间的第二安全距离大于两个座椅2中心距离加上两个降落伞3完全打开后的距离。

在一些实施例中，在步骤S10或者步骤S20之前，还包括以下步骤：制动机身1上的螺旋桨12。采用机械制动装置10或者电子制动装置10来制动螺旋桨12。在载人多旋翼无人机检测到致命故障后，首先控制制动装置10让电机螺旋桨12停转，防止因螺旋桨12的高速转动造成人员伤害。在发射座椅2之前，先制动螺旋桨12，可以降低螺旋桨12的速度，甚至让螺旋桨12停止，这样就降低了高速旋转的螺旋桨12对人体造成伤害的可能性。

在一些实施例中，座椅2的数量为多个，各个座椅2的弹射角度相同，且弹射轨迹是间隔的。各个座椅2虽然弹射角度相同，但是各个座椅2在机身本体11上的安装位置并不相同，所以，在相同弹射角度下，可以实现各个座椅2的抛出轨迹不相交，这样就避免了座椅2之间相互碰撞，实现了弹射过程中座椅2与无人机不相撞、座椅2与座椅2不相撞，提高了无人机乘坐者逃生的可能性。

各个座椅2的抛出轨迹相对于地面为抛物线，满足抛物线方程。这条抛物线与无人机的任何部位不相交且保证最大安全距离，这样就可以是的弹出时人员不会与无人机碰撞，以增加逃生的安全性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。