本實(shí)用新型涉及一款無(wú)人機(jī)系統(tǒng)控制設(shè)備，具體為一種無(wú)人機(jī)防墜毀降落系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

感知-控制技術(shù)是機(jī)器人自主能力的基礎(chǔ)。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的定義，機(jī)器人的自主能力是指機(jī)器在無(wú)人干預(yù)下，可以根據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)和感知信息執(zhí)行任務(wù)的能力。很多情況下，根據(jù)機(jī)器人的類型和其預(yù)期的用途，無(wú)人機(jī)使用者對(duì)機(jī)器人自主性的要求也不盡相同。例如，雖然地面上那些機(jī)器人不必關(guān)心實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)問(wèn)題，但對(duì)于長(zhǎng)距離工作的移動(dòng)式機(jī)器人尤其是無(wú)人機(jī)而言，知道飛行姿態(tài)、飛行數(shù)據(jù)就很重要了。無(wú)人機(jī)防墜毀系統(tǒng)，可以按自主性，由低到高分為以下三個(gè)層次：

1、感知-運(yùn)動(dòng)自主性：將人的高級(jí)指令（比如到達(dá)一個(gè)給定的高度，檢測(cè)飛機(jī)飛行狀態(tài)及失控?cái)?shù)據(jù)）轉(zhuǎn)化成平臺(tái)相關(guān)控制信號(hào)（比如俯仰角、橫滾角、偏航角或速度）的組合。

2、反應(yīng)自主性（需要以感知運(yùn)動(dòng)自主性為基礎(chǔ)）：在外部有干擾時(shí)保持在當(dāng)前位置或飛行軌跡上，比如在有風(fēng)或電器機(jī)械故障的情況下；躲避障礙物；保持在距離地面安全的或預(yù)定的高度。

3、認(rèn)知自主性（需要以反應(yīng)自主性為基礎(chǔ)）：解決信息和任務(wù)沖突；規(guī)劃（例如電池啟動(dòng)硬件設(shè)備）；識(shí)別飛機(jī)失速；學(xué)習(xí)記憶失控?cái)?shù)據(jù)。

目前對(duì)達(dá)到2—3級(jí)自主水平，即具備反應(yīng)自主性和認(rèn)知自主性的防墜毀系統(tǒng)，可以稱其為穿防護(hù)衣的空中機(jī)器人。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本防墜系統(tǒng)分為防墜模塊、防撞模塊和中間智能控制三個(gè)模塊。飛行穩(wěn)定系統(tǒng)由一組三軸陀螺儀，加速度計(jì)和磁力計(jì)組成，除此之外，還有氣壓傳感器。該系統(tǒng)最高可以承受24公里/小時(shí)的風(fēng)速。系統(tǒng)配備一對(duì)激光測(cè)距傳感器，它可以幫助飛行器與障礙物保持一定的距離。人們可以使用無(wú)人機(jī)飛行運(yùn)行程序進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問(wèn)，例如：在線接收操縱員、飛控和其他傳感器傳來(lái)的數(shù)據(jù)，并向各個(gè)軸向發(fā)出速度監(jiān)測(cè)指令和開啟硬件設(shè)備的命令。此項(xiàng)目旨在擴(kuò)大控制范圍以及允許板載的可編程性。本系統(tǒng)的保護(hù)方式主要分為高空失控保護(hù)和近地失控保護(hù)。當(dāng)在一定高度無(wú)人機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，有智能控制軟件立即判斷無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)、飛行環(huán)境及失控?cái)?shù)據(jù)，并且瞬間打開降落傘減小下墜速度，并對(duì)安全保護(hù)硬件下達(dá)指令，使其瞬間彈出氣囊，在雙重保護(hù)下保證無(wú)人機(jī)不受損毀。當(dāng)在近地高度遭遇故障時(shí)，控制軟件則直接對(duì)硬件部分下達(dá)指令，使其打開氣囊將無(wú)人機(jī)主體保護(hù)起來(lái)。另外，系統(tǒng)內(nèi)配有一個(gè)內(nèi)置的衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GNSS，包括GPS和GLONASS），操作范圍為250m，選配Skycontroller，可使操作范圍可以擴(kuò)展到2km。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下：一種無(wú)人機(jī)防墜毀降落系統(tǒng)，主要包括防墜模塊、防撞模塊和中間智能控制三個(gè)模塊；其特征在于：防墜模塊由氣囊和降落傘組成，防撞模塊由一對(duì)激光測(cè)距傳感器組成，中間智能控制模塊由系統(tǒng)主芯片、PPM解碼芯片、IMU慣性測(cè)量單元、磁羅盤、氣壓計(jì)、A/D芯片、伺服舵機(jī)、GNSS雙模衛(wèi)星定位模塊組成；系統(tǒng)主芯片分別連接A/D芯片、伺服舵機(jī)、GNSS雙模衛(wèi)星定位模塊和PPM解碼芯片；IMU慣性測(cè)量單元、磁羅盤和氣壓計(jì)分別通過(guò)A/D芯片連接至系統(tǒng)主芯片；中間智能控制模塊分別連接防墜模塊和防撞模塊。

本實(shí)用新型的系統(tǒng)主芯片的型號(hào)為STM32F407。

本實(shí)用新型的PPM解碼芯片的型號(hào)為Atmega168/328。

本實(shí)用新型的GNSS雙模衛(wèi)星定位模塊：包括GPS和GLONASS。

本實(shí)用新型包括三大部分組成，第一部分由氣囊和降落傘組成的防墜模塊，第二部分是由激光測(cè)距傳感器組成的防撞模塊，第三部分是中間智能控制模塊，控制各模塊工作，也給整套系統(tǒng)提供電源供應(yīng)。

本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)核心是感知控制技術(shù)的運(yùn)用及智能控制。當(dāng)在一定高度無(wú)人機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，中間智能控制模塊立即判斷無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)、飛行環(huán)境及失控?cái)?shù)據(jù)，并且瞬間打開降落傘減小下墜速度，并對(duì)安全保護(hù)硬件下達(dá)指令，使其瞬間彈出氣囊，在雙重保護(hù)下保證無(wú)人機(jī)不受損毀。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)用新型是這樣來(lái)工作和實(shí)施的，一種無(wú)人機(jī)防墜毀降落系統(tǒng)，主要分為防墜模塊、防撞模塊和中間智能控制三個(gè)模塊；其特征在于：防撞模塊配備一對(duì)激光測(cè)距傳感器，防墜模塊配有降落傘和氣囊，中間智能控制模塊由系統(tǒng)主芯片、PPM解碼芯片、IMU慣性測(cè)量單元+磁羅盤、氣壓計(jì)、A/D芯片、伺服舵機(jī)、GNSS雙模衛(wèi)星定位模塊組成。系統(tǒng)主芯片分別連接A/D芯片、伺服舵機(jī)、GNSS雙模衛(wèi)星定位模塊和PPM解碼芯片；IMU慣性測(cè)量單元、磁羅盤和氣壓計(jì)分別通過(guò)A/D芯片連接至系統(tǒng)主芯片；中間智能控制模塊分別連接防墜模塊和防撞模塊。

本實(shí)用新型的系統(tǒng)主芯片：STM32F407

本實(shí)用新型的PPM解碼芯片：Atmega168/328，負(fù)責(zé)監(jiān)視模式通道的pwm信號(hào)監(jiān)測(cè)，以便在故障發(fā)生時(shí)瞬時(shí)切換控制模式。

本實(shí)用新型的IMU慣性測(cè)量單元、磁羅盤：MPU9250，綜合三軸加速度計(jì)、三軸陀螺儀與三軸磁羅盤，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)飛行器運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。

本實(shí)用新型的氣壓計(jì)：BMP085，測(cè)量空氣壓力，用以換算成高度、垂直方向速度、加速度，以氣壓計(jì)融合IMU數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的濾波。

本實(shí)用新型的A/D芯片：ADS7844芯片，將三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)、雙軸陀螺儀輸出溫度、輸出的模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，以供后續(xù)計(jì)算。

本實(shí)用新型的伺服舵機(jī)：多組高速伺服舵機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成了緊急氣囊/降落傘響應(yīng)系統(tǒng)的機(jī)械響應(yīng)單元。

本實(shí)用新型的GNSS雙模衛(wèi)星定位模塊：包括GPS和GLONASS，操作范圍為250m，選配Skycontroller，成本大約，可使操作范圍可以擴(kuò)展到2km。

本實(shí)用新型最大特點(diǎn)是，不管是在近地還是高空中，只要當(dāng)無(wú)人機(jī)遭遇不可控力有墜毀可能性時(shí)，智能軟件都會(huì)根據(jù)連續(xù)測(cè)量并融合來(lái)自慣性測(cè)量單元（IMU）和全球定位系統(tǒng)（GPS）的數(shù)據(jù)來(lái)根據(jù)飛行姿態(tài)（橫滾、俯仰和偏航）做出相應(yīng)的保護(hù)措施。

本實(shí)用新型為一款無(wú)人機(jī)防墜毀降落系統(tǒng)。無(wú)人機(jī)防墜毀降落系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)近地失控和高空失控兩種保護(hù)控制模式。當(dāng)在一定高度無(wú)人機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，有智能控制軟件立即判斷無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)、飛行環(huán)境及失控?cái)?shù)據(jù)，并且瞬間打開降落傘減小下墜速度，并對(duì)安全保護(hù)硬件下達(dá)指令，瞬間彈出氣囊，在雙重保護(hù)下使無(wú)人機(jī)不受損毀。當(dāng)在近地高度時(shí)，控制軟件則直接對(duì)硬件部分下達(dá)指令，打開氣囊，使氣囊將無(wú)人機(jī)主體保護(hù)起來(lái)，從而起到保護(hù)作用。我系統(tǒng)的智能控制軟件不僅獨(dú)立于飛控系統(tǒng)、凌駕于市面上的飛控裝置，而且可以重復(fù)使用。而且，系統(tǒng)利用簡(jiǎn)單的機(jī)械原理于隧道內(nèi)直接穿刺氣瓶和風(fēng)嘴將氣體密封，能夠完成瞬間開啟保護(hù)模式，而且配備機(jī)載激光測(cè)距儀以防止無(wú)人機(jī)碰撞。此外，還具有節(jié)能環(huán)保、成本低、市場(chǎng)需求大、發(fā)展前景好等優(yōu)勢(shì)。