阅读说明：本技术 箭载旋翼无人机控制系统 (Rocket-borne rotor unmanned aerial vehicle control system ) 是由 王亚东 王江 徐伟雄 蒋军 仇梓屹 崔凌 王昊 于 2018-08-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种箭载旋翼无人机控制系统,该系统包括卫星信号接收模块和无人机弹射控制模块；所述卫星信号接收模块用于获知无人机/运载系统的状态信息,所述无人机弹射控制模块用于在无人机/运载系统的状态信息达到预设值时控制旋翼无人机从运载系统中弹出,其中,所述无人机/运载系统的状态信息包括经纬度坐标值、高度值、竖直方向的速度分量和水平方向上的速度分量。该系统还包括输入模块,通过所述输入模块设定所述预设值,以便于适应不同的使用状况,选择对应的旋翼无人机弹出时机,以便于最大程度地使用运载系统,大大提高了旋翼无人机的作业效率,拓展了作业能力,使得旋翼无人机具备执行更多任务的能力。(The invention discloses a control system of an rocket-borne rotor unmanned aerial vehicle, which comprises a satellite signal receiving module and an unmanned aerial vehicle ejection control module; the satellite signal receiving module is used for obtaining state information of the unmanned aerial vehicle/carrying system, the unmanned aerial vehicle ejection control module is used for controlling the rotor unmanned aerial vehicle to eject from the carrying system when the state information of the unmanned aerial vehicle/carrying system reaches a preset value, wherein the state information of the unmanned aerial vehicle/carrying system comprises longitude and latitude coordinate values, a height value, a speed component in the vertical direction and a speed component in the horizontal direction. The system further comprises an input module, the preset value is set through the input module, so that the system can adapt to different use conditions, corresponding rotor unmanned aerial vehicles are selected to pop up opportunities, a carrying system is used to the maximum extent, the operation efficiency of the rotor unmanned aerial vehicles is greatly improved, the operation capacity is expanded, and the rotor unmanned aerial vehicles can execute more tasks.)

箭载旋翼无人机控制系统

技术领域

本发明涉及无人机领域，尤其涉及一种箭载旋翼无人机控制系统。

背景技术

随着无人机技术的日益完善，越来越多的领域中引入了无人机，人们可以利用无人机方便快捷地完成一些看似比较难以完成的任务；其中，旋翼无人机是无人机中一个较为重要的分支，旋翼无人机能够悬停，体积较小，能够执行定点拍摄等特殊作业，但是受到其自身的结构特性影响，现有的旋翼无人机也具有其特有的缺陷，比如由于采用螺旋桨动力，其飞行速度比翼型无人机慢，其飞行高度也会受到很大限制，不能快速攀升至较高的高度，难以满足特殊的任务要求，另外，由于体积和动力的问题，旋翼无人机所能携带的电池等能源比较有限，其工作半径较小，难以胜任远距离的侦察、观测任务。

本发明人对现有的旋翼无人机做了深入研究，设计出一种运载系统，将旋翼无人机快速运送至预定空域，实现旋翼无人机的快速、无能耗部署，但是还需要针对不同的投放任务，有针对性地选择对应的旋翼无人机出舱时间，以便于最大程度地利用运载系统，提高运载系统的利用率。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种箭载旋翼无人机控制系统，该系统包括卫星信号接收模块和无人机弹射控制模块；所述卫星信号接收模块用于获知无人机/运载系统的状态信息，所述无人机弹射控制模块用于在无人机/运载系统的状态信息达到预设值时控制旋翼无人机从运载系统中弹出，其中，所述无人机/运载系统的状态信息包括经纬度坐标值、高度值、竖直方向的速度分量和水平方向上的速度分量。该系统还包括输入模块，通过所述输入模块设定所述预设值，以便于适应不同的使用状况，选择对应的旋翼无人机弹出时机，以便于最大程度地使用运载系统，大大提高了旋翼无人机的作业效率，拓展了作业能力，使得旋翼无人机具备执行更多任务的能力，从而完成本发明。

具体来说，本发明的目的在于提供一种箭载旋翼无人机控制系统，箭载旋翼无人机控制系统，

该系统包括卫星信号接收模块1和无人机弹射控制模块2；

所述卫星信号接收模块1和无人机弹射控制模块2都设置在旋翼无人机和/或运载系统中；

所述卫星信号接收模块1用于获知无人机/运载系统的状态信息，

所述无人机弹射控制模块2用于在无人机/运载系统的状态信息达到预设值时控制旋翼无人机从运载系统中弹出。

其中，所述无人机/运载系统的状态信息包括无人机/运载系统所在的位置信息和无人机/运载系统的速度信息；

优选地，所述位置信息包括经纬度坐标值和高度值，

所述速度信息包括竖直方向的速度分量和水平方向上的速度分量。

其中，该系统还包括输入模块3，

通过所述输入模块3设定所述预设值。

其中，所述旋翼无人机包括机架41和旋臂42；

所述旋臂42相对于机架41可向下弯折，并可禁锢在所述运载系统内，

当所述运载系统放开对所述无人机的禁锢时，所述旋臂42可自动回弹至水平位置。

其中，该旋翼无人机还包括设置在机架41正下方的连接盘43，

通过所述连接盘43在竖直方向上的往复移动来控制旋臂42向下弯折或者回弹至水平位置；

优选地，在所述连接盘43上设置有连杆44，

所述连杆44一端与连接盘43铰接，

所述连杆44的另一端与旋臂42铰接。

更优选的，所述旋臂42包括光杆段421，

在所述光杆段421上套设有环形套筒422，

所述连杆44与所述环形套筒422铰接，即所述连杆44通过环形套筒422与旋臂42铰接。

其中，在所述连接盘43和机架41之间设置有拉伸机构，

所述拉伸机构用于拉动连接盘43向上靠近机架41，进而带动旋臂42回弹至水平位置；

优选地，在所述旋臂42的端部设置有驱动电机45和螺旋桨46，更优选地，旋臂42与螺旋桨46之间留有预定空隙。

其中，所述运载系统用于将旋翼无人机运送至预定空域，并在无人机弹射控制模块2的作用下放开对所述旋翼无人机的禁锢，使得旋翼无人机从运载系统中弹出。

其中，运载系统包括包覆在旋翼无人机外部的整流罩5和位于整流罩5内部下方的承托座6；

优选地，所述整流罩5用于保护其内部的旋翼无人机，并能够向外展开以便于裸露出其内部的旋翼无人机；

所述承托座6用于禁锢旋翼无人机，并能够将旋翼无人机从承托座6中弹出。

其中，所述承托座6包括限位筒61和位于限位筒61内侧的承托板62；

所述限位筒61用于禁锢旋翼无人机；

所述承托板62用于将无人机从限位筒61中弹出；

优选地，所述承托板62能够在限位筒61内部，沿着所述限位筒61的轴线方向向上移动，从而将位于限位筒61内部上方的旋翼无人机弹出。

其中，所述无人机弹射控制模块2与整流罩5和承托板62电连接；

所述无人机弹射控制模块2能够控制整流罩5向外展开，

所述无人机弹射控制模块2还能够控制承托板62向上移动。

本发明所具有的有益效果包括：

(1)根据本发明提供的箭载旋翼无人机控制系统能够根据不同的作业任务/目的，有针对性地选择旋翼无人机的弹射时间，进而最大程度地利用运载系统的高机动性能；

(2)根据本发明提供的箭载旋翼无人机控制系统能够通过运载系统将无人机运送至指定区域，具备快速抵达远距离作业地点的能力，工作效率高，能够执行对反应速度、开始时间有特殊要求的如火情侦察、目标定位等任务；

(3)根据本发明提供的箭载旋翼无人机控制系统能够通过运载系统将无人机快速运送至特定的、常规旋翼无人机难以抵达的高度，具备执行特殊任务的能力；

(4)根据本发明提供的箭载旋翼无人系统在抵达作业地点前不消耗无人机上携带的能源，所以无人机的工作持续时间较长，能够执行远距离作业任务。

附图说明

图1示出根据本发明一种优选实施方式的箭载旋翼无人机控制系统整体结构示意图；

图2示出根据本发明一种优选实施方式的箭载旋翼无人机控制系统所在的运载系统及旋翼无人机的结构示意图；

图3示出根据本发明一种优选实施方式的箭载旋翼无人机控制系统中整流罩展开时的结构示意图

图4示出根据本发明一种优选实施方式的箭载旋翼无人机控制系统中旋翼无人机结构示意图；

图5示出根据本发明一种优选实施方式的箭载旋翼无人机控制系统中承托座截面图。

附图标号说明：

1-卫星信号接收模块

2-无人机弹射控制模块

3-输入模块

41-机架

42-旋臂

421-光杆段

422-环形套筒

43-连接盘

44-连杆

45-驱动电机

46-螺旋桨

5-整流罩

51-弧形罩片

52-承托杆

6-承托座

61-限位筒

62-承托板

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本发明所述的运载系统包括火箭或火箭弹，所述火箭是靠火箭发动机喷射工质产生的反作用力向前推进的飞行器，所述火箭弹是由火箭筒或者火箭炮发射出的弹药，其中弹药的战斗部替换为本发明中的旋翼无人机。

本发明所述的旋翼无人机是指四旋翼无人机、六旋翼无人机或者八旋翼无人机；

本发明所述的铰接是指具有足够强度，不易断开的连接关系，这种连接允许彼此连接的两者之间做相对转动；本发明中一般通过转轴或者合页实现所述铰接。

根据本发明提供的箭载旋翼无人机控制系统，如图1中所示，该系统包括卫星信号接收模块1和无人机弹射控制模块2；

所述卫星信号接收模块1和无人机弹射控制模块2都设置在旋翼无人机和/或运载系统中；

所述卫星信号接收模块1用于获知无人机/运载系统的状态信息，所述卫星信号接收模块1接收卫星信号，据此获知其自身的状态信息，自然就获知了无人机或者运载系统的状态信息，所述卫星信号接收模块1可以安装在无人机中，也安装在运载系统中，还可以在无人机和运载系统中都设置所述卫星信号接收模块1。

所述无人机弹射控制模块2用于在无人机/运载系统的状态信息达到预设值时控制旋翼无人机从运载系统中弹出。

其中，所述无人机/运载系统的状态信息包括无人机/运载系统所在的位置信息和无人机/运载系统的速度信息；

优选地，所述位置信息包括经纬度坐标值和高度值，

所述速度信息包括竖直方向的速度分量和水平方向上的速度分量。

由于在旋翼无人机从运载系统中弹出以前，由运载系统携带旋翼无人机运动，此时运载系统和旋翼无人机的状态信息是完全一致的。

优选地，该系统还包括输入模块3，通过所述输入模块3设定所述预设值。所述输入模块可以通过蓝牙等无线方式与无人机弹射控制模块2相连，还可以通过USB接口等物理导线连接的方式与无人机弹射控制模块2相连，用以将输入的指令传递给无人机弹射控制模块2；所述输入模块3可以包括显示屏、鼠标、键盘或者手机APP，通过手机中的显示、输入功能进行信息交互和指令输入。

优选地，可以根据不同的发射目的，选择相应的预设值，从而调整旋翼无人机的出舱时间，具体来说，当需要将旋翼无人机送至特定高度位置时，所述运载系统朝向上方发射，所述预设值可以为高度值和/或竖直方向的速度分量；当需要将旋翼无人机送至特定坐标位置时，所述运载系统朝向斜上方发射，所述预设值可以为经纬度坐标值和/或水平方向上的速度分量。

在一个优选的实施方式中，所述无人机包括机架41和旋臂42；

该无人机的旋臂42能够相对于机架41向下弯折，并可禁锢在运载系统内，优选地，该无人机在其旋臂42相对于机架41向下弯折角度在90度左右时才能够使得无人机被禁锢在运载系统内；本发明中最优选的弯折角度是95度。

当所述运载系统放开对所述无人机的禁锢时，所述无人机的旋臂42自动回弹至水平位置，并启动工作；具体来说，当所述旋臂42在弹力作用下自动回弹至水平位置，此时旋臂上的电机启动工作，带动螺旋桨旋转，使得无人机尽快在该空域悬停，与此同时，无人机上的其他相关设备也都启动工作，开始执行预定的作业任务，如目标侦察，激光定位、火情监测等。

所述运载系统用于将无人机运送至预定空域，并在无人机弹射控制模块2的作用下放开对无人机的禁锢，使得无人机从运载系统中弹出；此时无人机距离预定的工作区域的距离较小，能够快速抵达；从而使得从接收到任务指令和相关目标信息到无人机就位并开始工作这段准备及航行时间大幅缩短，实现旋翼无人机的快速反应、快速机动，能够用于处置突发的紧急任务。

本发明中所述放开对无人机的禁锢包括两个步骤，其一是整流罩展开，其二是通过承托板62将旋翼无人机从运载系统/承托座6中弹出，也是将旋翼无人机从运载系统中弹出的两个步骤，都由无人机弹射控制模块2进行控制。

在一个优选的实施方式中，如图2和图4中所示，该无人机还包括设置在机架41正下方的连接盘43，

通过所述连接盘43在竖直方向上的往复移动来控制旋臂42向下弯折或者回弹至水平位置。当连接盘43向下移动时，带动旋臂42向下弯折，当连接盘43向上移动时，带动旋臂42回弹至水平位置；同样地，当旋臂42向下弯折时也可以带动连接盘43向下移动，当旋臂42回弹至水平位置时也可以带动连接盘43向上移动。

具体来说，优选地，在所述连接盘43上设置有连杆44，

所述连杆44一端与连接盘43铰接，

所述连杆44的另一端与旋臂42连接。连杆44的数量与旋臂42的数量一致，彼此一一对应。

进一步优选地，所述旋臂42包括光杆段421，

在所述光杆段421上套设有环形套筒422，所述环形套筒422可以沿着光杆段421往复滑动，或者所述环形套筒422固定在所述光杆段421上。

所述连杆44与所述环形套筒422铰接，即所述连杆44通过环形套筒422与旋臂42铰接。

优选地，在所述连接盘43和机架41上都设置有限位机构，使得旋臂只能在水平方向和向下弯折95度之间往复摆动。

优选地，在所述连接盘43和机架41之间设置有拉伸机构，

所述拉伸机构用于拉动连接盘43向上靠近机架41，进而带动旋臂42回弹至水平位置。所述拉伸机构包括竖直设置的弹簧，该弹簧一直处于拉伸状态；当旋臂42向下弯折时，该拉伸机构中存储有较大的弹性势能，使得旋臂42上具有回复至水平位置的趋势，当限制、禁锢旋臂42的外力消失时，在该拉伸机构的作用下所述旋臂42可以较大的加速度从静止开始加速旋转，从向下弯折状态回弹至水平位置。

进一步优选地，在连杆44一端与连接盘43铰接和连杆44与所述环形套筒422铰接的两个铰接位置设置扭转弹簧，该扭转弹簧也是所述拉伸机构的一部分，通过所述扭转弹簧增加旋臂42从水平位置到弯折状态所需要克服的弹力，进而增加在旋臂422向下弯折时，该拉伸机构中存储的弹性势能；该扭转弹簧还能够使得连杆44及旋臂42上的受到多个方向的作用力，确保连杆44及旋臂42按照设定轨迹移动，进而增强该系统的可靠性，在预定空域中，放开对无人机的禁锢时，无人机的旋臂一定能够回弹至水平位置。

在一个优选的实施方式中，如图2、图4中所示，在所述旋臂42的端部设置有驱动电机45和螺旋桨46，驱动电机45用于控制螺旋桨46旋转，当所述无人机被禁锢到运载系统中时，所述电机5的控制电路处于待机状态；在旋臂与机架连接处设置有感应开关，当旋臂回复至水平位置时触发所述感应开关，当所述感应开关被触发后所述电机5的控制电路接通，电机5启动工作。该感应开关可以是电磁感应开关，也可以是机械触点开关，可以任意设置，只要能够实现上述功能即可。

其中，旋臂42与螺旋桨46之间留有预定空隙，所述电机5有一部分埋置在旋臂42中，另一部分裸露在外，在所述裸露在外部分的端部安装螺旋桨46。

优选地，所述旋臂42设置有多个，优选为4-8个，

当所述无人机被禁锢在运载系统内时，所述旋臂42对应的多个所述预定空隙呈圆形排布；运载系统通过该空隙禁锢所述无人机，即在该空隙内嵌入阻碍旋臂42回弹至水平位置的挡板，在旋臂上弹力的作用下，无人机整体即被固定、禁锢在运载系统中。所述挡板即为本发明中所述的限位筒。

在一个优选的实施方式中，如图2、图3和图5中所示，所述运载系统包括包覆在无人机外部的整流罩5和位于整流罩5内部下方的承托座6。

优选地，所述整流罩5用于保护其内部的无人机，并在到达预定空域时展开，以便于裸露出其内部的无人机；

所述承托座6用于通过与所述预定空隙配合来禁锢无人机，并在到达预定空域时将无人机从承托座6中弹出。

具体来说，如图4中所示，所述承托座6包括限位筒61和位于限位筒61内侧的承托板62，

所述呈限位筒61尺寸与所述预定空隙围成的圆形尺寸基本一致，使得该限位筒61刚好能够嵌入到所述空隙围成的圆形空间内，进而使得旋臂42的端部抵接在限位筒61的内圈壁面上，限位筒61能够阻碍旋臂42旋转，进而阻碍旋臂42回弹至水平位置，从而实现对无人机的禁锢；所述限位筒61的高度值为30-50mm，即限位筒的最高处与承托板62之间的距离为30-50mm，由于所述承托板62可以在竖直方向上移动，在计算该高度/距离时，所述承托板62处于可能的最低点。

当所述运载系统禁锢无人机时，所述承托板62位于旋臂42的下方，承托板62与旋臂之间的距离较小，一般小于10mm，且所述承托板62可以在竖直方向上移动，其移动行程至少为30-50mm，即随着承托板62的移动，承托板62能够将无人机的旋臂从承托座6中推出，由于承托板62的移动速度较高，无人机与承托座6脱离时，无人机具有一定的初始速度，能够继续沿着该方向移动一定距离。

所述承托板62可以通过电磁铁产生的斥力作为动力，也可以通过压缩弹簧作为动力，可以根据实际情况自行选择，能够实现上述往复移动并推动无人机的功能即可。

在一个优选的实施方式中，如图2和图3中所示，所述整流罩5包括至少3个外形尺寸一致的弧形罩片51，各个弧形罩片51都与运载系统铰接，且在彼此紧密贴合能够形成密闭壳体结构；

在所述整流罩5上设置有锁扣机构，当所述各个弧形罩片51彼此紧密贴合时，该锁扣机构锁死各个弧形罩片51，使之彼此不能分离，且该锁扣机构是能够自动放开的，当其收到展开指令时，自动放开对弧形罩片51的锁定，使得多个弧形罩片51可以彼此分离，并旋转，从而裸露出整流罩内部的无人机；所述锁扣机构可以为电磁锁也可以是机械锁，可以设置成任意形式，只需能够满足上述要求即可。

优选地，无人机弹射控制模块2用于向所述锁扣机构发送展开指令，该控制模块可以基于输入模块3输入的预设值及探测到的状态信息生成并发出展开指令；该预设值可以是时间信息、经纬度坐标值、高度值、竖直方向的速度分量及水平方向上的速度分量中的一种或多种；

其中，所述时间信息是指无人机弹射控制模块2在运载系统启动该时间后生成并发出展开指令，该时间信息一般在运载系统启动前输入至无人机弹射控制模块2中，如40s后生成并发出展开指令；

所述探测到的状态信息是指卫星信号接收模块1探测到的其自身的位置信息和速度信息，当探测到的状态信息达到预设值时生成并发出展开指令，如到达800m高度上下时生成并发出展开指令，或者到达东经116.3度，北纬39.95度附近时生成并发出展开指令，或者竖直方向速度值为0时生成并发出展开指令等，或者同时满足上述多个条件中的多种时生成并发出展开指令。

在一个优选的实施方式中，在各个弧形罩片51与运载系统铰接连接处设置有第二类感应开关，所述第二类感应开关与所述承托板62相连，用于控制承托板62启动工作；

其中，当弧形罩片51旋转预定角度后能够触发与其对应的第二类感应开关，优选地，该预定角度值在90度以上；

所述第二类感应开关有多个，当所有的第二类感应开关都被触发后控制承托板62启动工作，将无人机从运载系统/承托座6中弹出。

在另一个优选的实施方式中，所述无人机弹射控制模块2在生成并发出展开指令后，自动计时，计时2～3秒后向承托板62发出启动指令，控制承托板62启动工作，将无人机从运载系统/承托座6中弹出。

更优选地，承托板62在收到第二类感应开关的启动指令和无人机弹射控制模块2的启动指令后才能真正启动工作。

在一个优选的实施方式中，如图2中所示，在所述整流罩5内部还设置有承托杆52，该承托杆52一端固接在弧形罩片51内壁上，另一端与被禁锢在运载系统中的无人机的光杆段421相接触，用以承托/限制无人机，防止无人机在运载系统中振动或者摆动，当所述锁扣机构放开对弧形罩片51的锁定时，所述承托杆52随着弧形罩片51的转动而与所述光杆段421脱离。

以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。