專利名稱：一種海島(礁)測(cè)繪無人機(jī)智能感應(yīng)氣壓漂浮系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于海島(礁)測(cè)繪領(lǐng)域，涉及無人機(jī)智能感應(yīng)和浮漂自動(dòng)控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
由于無人機(jī)較一般的航天飛機(jī)成本低廉，所以故障時(shí)有發(fā)生，而且現(xiàn)有的無人機(jī) 一般沒有漂浮系統(tǒng)，海島(礁)測(cè)繪用無人機(jī)主要在海域上空作業(yè)，當(dāng)發(fā)生故障墜落時(shí)會(huì)沉 入海中，使測(cè)繪儀器受海水腐蝕而遭破壞，并且不能及時(shí)確定無人機(jī)搜救范圍。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上問題，本發(fā)明的目的是提供一種經(jīng)濟(jì)的海島(礁)測(cè)繪無人機(jī)智能感應(yīng) 氣壓漂浮系統(tǒng)，使無人機(jī)發(fā)生故障墜落海中時(shí)能夠漂浮在水面，為無人機(jī)應(yīng)用于海島(礁) 測(cè)繪提供保障系統(tǒng)。一種用于海島(礁)測(cè)繪的無人機(jī)智能感應(yīng)氣壓漂浮系統(tǒng)，包括氣瓶100、氣囊 200、中控系統(tǒng)300、智能感應(yīng)器400、繼電氣壓閥500和電源600，氣瓶100固定于機(jī)腹，氣囊 200呈環(huán)形固接在無人機(jī)機(jī)身、并通過軟連接和氣瓶100相連，中控系統(tǒng)300、加速度傳感器 410、高度感應(yīng)計(jì)420、繼電氣壓閥500和電源600安裝在無人機(jī)儀器艙中，水敏感應(yīng)計(jì)430 固定在機(jī)首處的氣囊下部。本項(xiàng)發(fā)明通過三級(jí)智能感應(yīng)器400以確保準(zhǔn)確感應(yīng)到海島(礁)測(cè)繪無人機(jī)平臺(tái) 非控制性下降或到達(dá)水面，通過中控系統(tǒng)300進(jìn)行感應(yīng)信號(hào)處理和閾值判斷，并啟動(dòng)繼電 氣壓閥500對(duì)氣囊200進(jìn)行充氣，使無人機(jī)墜落后能飄浮在水面。本項(xiàng)發(fā)明還可以通過高 度感應(yīng)計(jì)(GPS模塊)420確定無人機(jī)位置，以鎖定搜救范圍。本項(xiàng)發(fā)明采用獨(dú)立的電源系 統(tǒng)600，以確保無人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)或電路系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，漂浮系統(tǒng)仍能工作。本項(xiàng)發(fā)明的特點(diǎn)在于將漂浮系統(tǒng)應(yīng)用在無人機(jī)上，設(shè)計(jì)新穎、自動(dòng)化程度高、結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。


圖1是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是系統(tǒng)硬件連接圖。圖3是系統(tǒng)工作流程圖。圖中100_氣瓶，200-氣囊，210-氣囊保護(hù)網(wǎng)罩，300-中控系統(tǒng)(單片機(jī))，400_智 能感應(yīng)器，410-加速度傳感器，420-高度感應(yīng)計(jì)(GPS模塊)，430-水敏感應(yīng)計(jì)，500-繼電氣 壓閥，510-氣壓閥驅(qū)動(dòng)電路，520-氣壓閥門，600-電源。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)行詳述。如圖1和圖2所示，本系統(tǒng)包括氣瓶100、氣囊200、中控系統(tǒng)300、智能感應(yīng)器400、繼電氣壓閥500和電源600。氣瓶100固定于無人機(jī)機(jī)腹，氣囊200呈環(huán)形固接在機(jī)身、并 通過軟連接和氣瓶100相連，中控系統(tǒng)300、加速度傳感器410和高度感應(yīng)計(jì)420、繼電氣壓 閥500和電源600安裝在無人機(jī)儀器艙中，水敏感應(yīng)計(jì)430固定在機(jī)首處的氣囊下部。在 實(shí)施中采用AVR單片機(jī)(ATmega256)作為中控系統(tǒng)300，其工作電壓范圍為2. 7 6. 0V。 中控系統(tǒng)300的功能是采樣加速度傳感器410輸出的信號(hào)，解算GPS模塊接收的高度和位 置信息，把加速度值或高度值與設(shè)定閥值進(jìn)行比較并判斷，發(fā)出繼電氣壓閥500的開啟驅(qū) 動(dòng)信號(hào)。智能感應(yīng)器400實(shí)現(xiàn)三級(jí)感應(yīng)機(jī)制，包括三種感應(yīng)計(jì)加速度傳感器410、高度感 應(yīng)計(jì)420和水敏感應(yīng)計(jì)430，加速度傳感器410可以通過檢測(cè)無人機(jī)振動(dòng)捕獲無人機(jī)故障， 通過測(cè)量加速度值檢測(cè)出無人機(jī)的非控制性下降，可以在故障發(fā)生時(shí)及時(shí)感應(yīng)到故障，作 為一級(jí)感應(yīng)器；高度感應(yīng)計(jì)420可以獲取無人機(jī)的高度數(shù)據(jù)，并與高度閾值比較以確定是 否啟動(dòng)繼電氣壓閥500為氣囊200充氣，作為加速度傳感器410失效時(shí)的二級(jí)感應(yīng)器；當(dāng)無 人機(jī)在空中沒有啟動(dòng)氣囊200，水敏感應(yīng)計(jì)430作為第三級(jí)感應(yīng)計(jì)，可以在無人機(jī)墜入水中 時(shí)及時(shí)感應(yīng)到，并通過中控系統(tǒng)300彈出氣囊200。實(shí)施中采用GPS模塊作為高度感應(yīng)計(jì) 420，GPS模塊接收到衛(wèi)星定位信息，通過中控系統(tǒng)300可以解算出無人機(jī)高度信息；當(dāng)無人 機(jī)落入水中后，通過GPS模塊和中控系統(tǒng)300還可以確定無人機(jī)的平面位置信息，為無人機(jī) 的搜救鎖定范圍。繼電氣壓閥500包括氣壓閥驅(qū)動(dòng)電路510和氣壓閥門520，氣壓閥驅(qū)動(dòng) 電路510的功能是接受由中控系統(tǒng)300輸出的繼電氣壓閥500的開啟驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制氣壓 閥門520的開啟。在氣囊200外安有保護(hù)網(wǎng)罩210，以保護(hù)氣囊不被尖銳物刺破，氣囊200 表面涂有發(fā)光材料以利于搜救工作。如圖3所示，本系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)過程如下1、通過加速度傳感器410獲取無人機(jī)非控制性下降信息。無人機(jī)執(zhí)行海島(礁) 測(cè)繪飛行任務(wù)時(shí)，加速度感應(yīng)計(jì)410持續(xù)采集無人機(jī)加速度信息，此信息通過串口傳輸?shù)?中控系統(tǒng)300，中控系統(tǒng)300按照一定時(shí)間間隔采樣并處理加速度數(shù)據(jù)，得到無人機(jī)Ti時(shí) 刻的加速度值，對(duì)加速度值進(jìn)行積分獲得速度數(shù)據(jù)。通常無人機(jī)非控制性下降時(shí)其加速度 應(yīng)在重力加速度g的某個(gè)范圍內(nèi)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到無人機(jī)非控制性下降的加速度的閾值范 圍。把中控系統(tǒng)采樣并處理得到的Ti時(shí)刻無人機(jī)的加速度值與此加速度閾值進(jìn)行比較，如 果在閾值范圍內(nèi)則可判斷出無人機(jī)處于非控制性下降狀態(tài)。Ti時(shí)刻的速度值可以作為判斷 的輔助數(shù)據(jù)。加速度傳感器410還可以檢測(cè)到無人機(jī)的振動(dòng)，通過中控系統(tǒng)的處理獲取無 人機(jī)故障信息，無人機(jī)故障達(dá)到一定程度便開始?jí)嬄?，所以通過加速度傳感器檢測(cè)無人機(jī) 的振動(dòng)可以輔助加速度測(cè)量檢測(cè)無人機(jī)非控制性下降信息。2、通過GPS模塊420獲取無人機(jī)位置信息。GPS模塊420接收衛(wèi)星定位信息，通過 串口傳給中控系統(tǒng)300，中控系統(tǒng)300解算無人機(jī)Ti時(shí)刻的高度信息和平面位置信息，解算 出的高度信息和事先確定的高度閾值(60m)進(jìn)行比較，當(dāng)小于高度閾值時(shí)即可發(fā)出開啟繼 電氣壓閥500的指令。平面位置信息通過無線通訊系統(tǒng)(GPRS)傳給無人機(jī)控制終端，當(dāng)無 人機(jī)落水時(shí)可以用來鎖定其搜救范圍。3、中控系統(tǒng)300控制啟動(dòng)繼電氣壓閥500。中控系統(tǒng)根據(jù)加速度傳感器410判斷 出無人機(jī)非控制性下降，或當(dāng)無人機(jī)的高度小于高度閾值時(shí)，發(fā)出開啟繼電氣壓閥500的 指令，氣壓閥驅(qū)動(dòng)電路510接收到指令后自動(dòng)開啟氣壓閥門520，高壓氣瓶100開始對(duì)氣囊 200進(jìn)行充氣。膨脹的氣囊200 —方面減緩無人機(jī)墜落的速度，另一方面，當(dāng)無人機(jī)落入水中時(shí)，可以使無人機(jī)漂浮在水面。4、系統(tǒng)的水敏感應(yīng)計(jì)430作為三級(jí)備用感應(yīng)計(jì)保證氣囊及時(shí)彈出。當(dāng)非正常原 因智能感應(yīng)器400的前兩級(jí)感應(yīng)計(jì)——加速度傳感器410和高度感應(yīng)計(jì)420沒有使下降的 無人機(jī)在空中彈出氣囊200，則當(dāng)無人機(jī)落入水中，水敏感應(yīng)計(jì)430遇水后即刻向中控系統(tǒng) 300傳輸信號(hào)，中控系統(tǒng)300接收到信號(hào)后啟動(dòng)電磁氣壓閥500彈出氣囊200，使無人機(jī)漂 浮在水面、不致沉入水底。5、系統(tǒng)采用獨(dú)立電源600。本系統(tǒng)采用與無人機(jī)電路系統(tǒng)分開的獨(dú)立電源600，這 樣當(dāng)無人機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)或電路系統(tǒng)失效時(shí)，確保智能漂浮系統(tǒng)仍能工作。電源600采用鋰 離子電池為中控系統(tǒng)300、加速度傳感器410、GPS模塊420和繼電氣壓閥500提供5V直流 電源。本發(fā)明首次將飄浮系統(tǒng)應(yīng)用在無人機(jī)上，保證在不易、不宜到達(dá)海島(礁)測(cè)繪 中，無人機(jī)發(fā)生故障墜落時(shí)能飄浮在海面，避免因海水腐蝕而使昂貴的測(cè)繪儀器損壞，并且 通過GPS模塊使搜救人員準(zhǔn)確鎖定失事無人機(jī)的位置范圍，系統(tǒng)自動(dòng)化程度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
權(quán)利要求
一種用于海島(礁)測(cè)繪的無人機(jī)智能感應(yīng)氣壓漂浮系統(tǒng)，包括氣瓶(100)、氣囊(200)、中控系統(tǒng)(300)、智能感應(yīng)器(400)、繼電氣壓閥(500)和電源(600)，氣瓶(100)固定于機(jī)腹、氣囊(200)呈環(huán)形固接在無人機(jī)機(jī)身、并通過軟連接和氣瓶(100)相連，智能感應(yīng)器(400)包括加速度傳感器(410)、高度感應(yīng)計(jì)(420)和水敏感應(yīng)計(jì)(430)，中控系統(tǒng)(300)、加速度傳感器(410)、高度感應(yīng)計(jì)(420)、繼電氣壓閥(500)和電源(600)安裝在無人機(jī)儀器艙中，水敏感應(yīng)計(jì)(430)固定在機(jī)首處氣囊的下部，其特征在于通過智能感應(yīng)器感應(yīng)到海島(礁)測(cè)繪無人機(jī)平臺(tái)非控制性下降，把信息傳給中控系統(tǒng)，中控系統(tǒng)處理信息、判斷并發(fā)出開啟指令，繼電氣壓閥自動(dòng)啟動(dòng)氣瓶閥門對(duì)氣囊進(jìn)行充氣，使無人機(jī)飄浮在水面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于海島(礁)測(cè)繪的無人機(jī)智能感應(yīng)氣壓漂浮系統(tǒng)， 其特征在于智能感應(yīng)器(400)包括三級(jí)感應(yīng)器加速度傳感器(410)、高度感應(yīng)計(jì)(420)和 水敏感應(yīng)計(jì)(430)，加速度傳感器(410)獲取無人機(jī)動(dòng)力故障的非控制性下降信息，可以在 故障發(fā)生時(shí)及時(shí)感應(yīng)到故障，為一級(jí)感應(yīng)器；高度感應(yīng)計(jì)(420)可以獲取無人機(jī)的高度信 息，并與高度閾值比較以判斷是否啟動(dòng)繼電氣壓閥(500)為氣囊充氣，作為二級(jí)感應(yīng)器；水 敏感應(yīng)計(jì)(430)作為第三級(jí)感應(yīng)器，當(dāng)無人機(jī)在空中沒有啟動(dòng)氣囊(200)，即使無人機(jī)墜入 水中時(shí)，水敏感應(yīng)計(jì)(430)可以感應(yīng)到，并通過中控系統(tǒng)(300)發(fā)出指令彈出氣囊(200)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無人機(jī)漂浮系統(tǒng)的智能感應(yīng)器(400)，其特征在于，高度感應(yīng) 計(jì)(420)的功能由GPS模塊實(shí)現(xiàn)，GPS模塊接收到衛(wèi)星信息，通過中控系統(tǒng)(300)可以解算 出無人機(jī)的高度值；當(dāng)無人機(jī)落入水中后，通過GPS模塊(420)和中控系統(tǒng)(300)還可以確 定無人機(jī)的位置信息，為無人機(jī)的搜救鎖定范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于海島(礁)測(cè)繪的無人機(jī)智能感應(yīng)氣壓漂浮系統(tǒng)， 其特征在于中控系統(tǒng)(300)是由一單片機(jī)系統(tǒng)組成，其功能是采樣加速度傳感器(410)輸 出信號(hào)，解算GPS模塊(420)接收的高度和位置信息，把加速度值或高度值與設(shè)定閥值進(jìn)行 比較并判斷，輸出繼電氣壓閥(500)的開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于海島(礁)測(cè)繪的無人機(jī)智能感應(yīng)氣壓漂浮系統(tǒng)， 其特征在于繼電氣壓閥(500)包括氣壓閥驅(qū)動(dòng)電路(510)和氣壓閥門(520)，氣壓閥驅(qū)動(dòng) 電路(510)的功能是接受由中控系統(tǒng)(300)輸出的繼電氣壓閥(500)的開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控 制氣壓閥門(520)開關(guān)以開啟或關(guān)閉氣壓閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于海島(礁)測(cè)繪的無人機(jī)智能感應(yīng)氣壓漂浮系統(tǒng)， 其特征在于電源(600)與無人機(jī)的電路系統(tǒng)分開采用獨(dú)立電源，采用鋰離子電池作為電 源，這樣當(dāng)無人機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)或電路系統(tǒng)失效時(shí)，確保智能漂浮系統(tǒng)仍能工作。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于海島(礁)測(cè)繪的無人機(jī)智能感應(yīng)氣壓漂浮系統(tǒng)， 其特征在于在氣囊(200)外裝有保護(hù)網(wǎng)罩(210)以保護(hù)氣囊(200)不被尖銳物刺破；氣囊 (200)表面涂有發(fā)光材料以利于搜救工作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種海島(礁)測(cè)繪無人機(jī)智能感應(yīng)氣壓漂浮系統(tǒng)，涉及到無人機(jī)故障感應(yīng)和浮漂自動(dòng)控制技術(shù)。包括氣瓶、氣囊、中控系統(tǒng)、智能感應(yīng)器、繼電氣壓閥和電源。其特征是通過智能感應(yīng)器感應(yīng)到海島(礁)測(cè)繪無人機(jī)平臺(tái)非控制性下降，把信息傳給中控系統(tǒng)，中控系統(tǒng)處理信息、判斷并發(fā)出啟動(dòng)指令，繼電氣壓閥自動(dòng)開啟氣瓶閥門對(duì)氣囊進(jìn)行充氣，膨脹的氣囊使無人機(jī)飄浮在水面。本發(fā)明首次將飄浮系統(tǒng)應(yīng)用在無人機(jī)上，保證在不易、不宜到達(dá)海島(礁)測(cè)繪中，無人機(jī)發(fā)生故障墜落時(shí)能飄浮在海面，避免因海水腐蝕而使測(cè)繪儀器損壞，并且通過GPS模塊使搜救人員準(zhǔn)確鎖定失事無人機(jī)的位置范圍，系統(tǒng)自動(dòng)化程度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
文檔編號(hào)B63B35/00GK101898627SQ20101023647
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者黨亞民, 盧秀山, 成樞, 李萬武, 柳林 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)