一种无人机降落伞的自动弹射装置

1.本实用新型属于无人机技术领域，具体涉及一种无人机降落伞的自动弹射装置。


背景技术：

2.无人机具有小型化、灵活机动、起落方便等特点，被广泛应用于航模、农业、巡检以及航拍等技术领域。对于无人机受到不可抗拒等因素影响需要迫降，所采取的保护措施是在无人机上安装降落伞保护装置，在无人机迫降过程中利用降落伞，达到使无人机缓慢落地的效果。现有技术中的无人机降落保护装置一般都是采用机械弹出结构、弹簧电机等驱动，不仅结构复杂，而且笨重，导致无人机的载重增加，势必会严重影响无人机的机动性能。此外，还有采用化学物质爆炸使降落伞冲出伞仓的方式，不仅造成环境污染，而且无法重复利用。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种无人机降落伞的自动弹射装置。
4.本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案如下：
5.一种无人机降落伞的自动弹射装置，包括降落伞仓、电磁锁、电磁锁继电器、金属环、塑料环、螺线管、单片机、放电继电器和超级电容；
6.所述降落伞仓安装在无人机顶部，降落伞仓的底部和顶部分别设有底座和仓盖，仓盖与降落伞仓转动连接，同时利用电磁锁控制仓盖的开闭；螺线管竖直安装在降落伞仓的底座上，导向管插装在螺线管的中心通孔内且上部伸出螺线管外一部分，导向管上部的凸台位于螺线管上方；金属环和塑料环均套装在导向管伸出螺线管外的部位，金属环和塑料环分别位于凸台的上、下方，在外力作用下金属环和塑料环均能够沿着导向管往复滑动；金属环与降落伞伞绳的下部连接，伞绳末端与塑料环连接；电磁锁与电磁锁继电器的控制端串联，电磁锁继电器的线圈端与单片机的其中一个i/o口连接；螺线管、超级电容以及放电继电器的控制端串联，单片机的其中另一个i/o口与放电继电器的线圈端连接。
7.进一步的，所述导向管采用不锈钢制成。
8.进一步的，所述塑料环的外径小于导向管上部的凸台外径，当降落伞飞离降落伞仓后通过凸台对塑料环进行限位。
9.进一步的，所述单片机的其中一个i/o口经过保护电阻r4和三极管q1与电磁锁继电器的线圈端连接，三极管q1的基极、集电极和发射极分别与保护电阻r4、电源以及电磁锁继电器的线圈端连接，电磁锁继电器的线圈端同时并联一个二极管d3；单片机的其中另一个i/o口经过保护电阻r1和三极管q2与放电继电器的线圈端连接，三极管q2的基极、集电极和发射极分别与保护电阻r1、电源以及放电继电器的线圈端连接，放电继电器的线圈端同时并联一个二极管d2。
10.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
11.本实用新型利用楞次定律，对于导体在变化磁场中“来拒去留”的性质，使电磁能量得到充分利用，即利用超级电容可以在极短时间释放出大量电荷的特点，使螺线管中流经大量电流，磁场的从无到有，使得金属环中产生感应电流，利用螺线管与金属环之间的斥力推动金属环运动，进而向上推动降落伞，使降落伞暴露在空气中打开，实现降落伞的自动弹射。相较于现有的纯机械结构的弹射装置，本实用新型的结构简单，降低了无人机的载重，保证了无人机的机动性能。相较于基于化学爆炸的弹射机构，本实用新型通过电磁锁实现仓盖的开闭，可重复利用，降低了成本。
附图说明
12.图1是本实用新型的整体结构示意图；
13.图2是本实用新型去除降落伞仓后的结构示意图；
14.图3是本实用新型的金属环和塑料环与降落伞的连接示意图；
15.图4是本实用新型的控制原理图；
16.图中，1、降落伞仓；2、仓盖；3、电磁锁；4、电磁锁继电器；5、金属环；6、凸台；7、不锈钢管；8、塑料环；9、螺线管；10、底座；11、单片机；12、放电继电器；13、超级电容；14、降落伞。
具体实施方式
17.下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明，但并不以此限定本技术的保护范围。
18.本实用新型为一种无人机降落伞的自动弹射装置(简称装置，参见图1～4)，包括降落伞仓1、电磁锁3、电磁锁继电器4、金属环5、塑料环8、螺线管9、单片机11、放电继电器12和超级电容13；
19.所述降落伞仓1固定安装在无人机顶部，降落伞仓1的底部和顶部分别设有底座10和仓盖2，仓盖2通过铰链和扭簧与降落伞仓1转动连接，同时利用电磁锁3控制仓盖2的开闭；螺线管9通过螺栓固定安装在降落伞仓1的底座10上，螺线管9的轴向朝向竖直方向，螺线管包括空心圆柱和绕置在空心圆柱上的铜导线；不锈钢管7的上部设有凸台6，不锈钢管7插装在螺线管9的中心通孔内，不锈钢管7的下端与底座10固定连接，上部伸出螺线管9外一部分，凸台6位于螺线管9上方，不锈钢管7用于将螺线管9周围的磁力线集中，增强磁场强度；金属环5和塑料环8均套装在不锈钢管7伸出螺线管9外的部位，金属环5和塑料环8分别位于凸台6的上、下方，金属环5和塑料环8均能够沿着不锈钢管7上、下往复滑动；金属环5与降落伞14伞绳的下部连接，降落伞14伞绳的末端与塑料环8连接，塑料环8的外径小于凸台6的外径，通过凸台6对塑料环8进行限位，避免降落伞14飞离降落伞仓1后，降落伞14与无人机脱离连接；
20.电磁锁3与电磁锁继电器4的控制端串联，电磁锁继电器4的线圈端与单片机9的其中一个i/o口连接；螺线管9、超级电容13以及放电继电器12的控制端串联，单片机9的其中另一个i/o口与放电继电器12的线圈端连接；电磁锁继电器4、放电继电器12、超级电容13以及单片机9均安装在降落伞仓1的底座10中。
21.具体的，单片机9可以为at89c51单片机，如图4所示，at89c51单片机的p1.0引脚经过保护电阻r1和三极管q2与放电继电器12的线圈端连接，三极管q2的基极、集电极和发射
极分别与保护电阻r1、电源以及放电继电器12的线圈端连接，放电继电器12的线圈端同时并联一个用于续流的二极管d2；at89c51单片机的p1.1引脚经过保护电阻r4和三极管q1与电磁锁继电器4的线圈端连接，三极管q1的基极、集电极和发射极分别与保护电阻r4、电源以及电磁锁继电器4的线圈端连接，电磁锁继电器4的线圈端同时并联一个用于续流的二极管d3；当单片机9控制放电继电器12闭合，超级电容13迅速放出大量电荷形成电流并流向螺线管9的线圈，使穿过金属环5中的磁通量发生变化，根据楞次定律“来拒去留”的性质，金属环5上产生感应电流，感应电流的方向与螺线管9线圈中的电流方向相反，因此金属环5与螺线管9之间产生相斥的电磁力，使得金属环5向远离磁场的方向运动，即金属环5向上滑动并推着降落伞14向上移动，当降落伞14暴露在空气中即可打开。
22.金属环5可以采用铝、铜等金属制成。该装置采用5v锂电池作为电源，为at89c51单片机供电。电磁锁继电器4的规格为5v/500ma和放电继电器12的规格为5v/10a。超级电容13的规格为5v/1f，使得螺线管9上在0.1s内产生50a的电流，瞬间产生较强的磁场，在金属环5中的产生很大的感应电流，以承重3kg的无人机降落伞为例进行近似计算，降落伞重量98g左右，通电螺线管的磁场可以看作是由每个单匝圆形通电线圈的磁场叠加而成，金属环5受到竖直向上的斥力大小为10n左右，大约是降落伞所受重力的十倍，远大于降落伞的重力，产生的斥力足以克服金属环5、降落伞14以及塑料环8的重力和滑动过程中的摩擦力，即金属环在磁场中所获得的能量足以克服降落伞飞出伞仓所需的重力势能；此外，超级电容13会在极短的时间内将电荷全部释放完毕，在极短的时间内流经放电继电器12的电流即可恢复为0，因此不会对放电继电器12造成损伤。各个元器件的规格和型号根据具体情况选取，此处只是举例说明。
23.本实用新型的工作原理和工作流程是：
24.在无人机正常飞行过程中，放电继电器12断开，螺线管9的线圈中没有电流流过；电磁锁继电器4闭合，电磁锁3通电产生吸力吸合仓盖2，仓盖2处于闭合状态。当无人机中的加速度传感器和陀螺仪检测到无人机的下降速度和姿态角度均超过各自的阈值时，表明无人机受到不可抗拒因素的影响而迫降，需要打开降落伞14，此时单片机9的p1.1引脚的电平从高电平跳变到低电平，电磁锁继电器4断开，电磁锁3中的电流瞬间消失，在扭簧的作用下仓盖2打开；与此同时，单片机9的p1.0引脚的电平从低电平跳变到高电平，放电继电器12闭合，超级电容13迅速放出大量电荷形成电流，当螺线管9的线圈中突然通入电流后，电流从无到有，穿过金属环5中的磁通量发生变化，根据楞次定律可知，金属环5中会产生感应电流，感应电流的方向和螺线管9线圈中的电流方向相反，因此产生相斥的电磁力使得金属环5向远离磁场的方向运动，即金属环5向上滑动并推着降落伞14向上运动，使降落伞14飞出降落伞仓1并暴露于空气中，降落伞14打开，实现降落伞14的自动弹射。金属环5随降落伞14一起飞离降落伞仓1，金属环5同时带着塑料环8向上滑动，由于凸台6的外径大于塑料环8的外径，因此凸台6挡住塑料环8避免降落伞14与无人机脱离连接。
25.本实用新型未述及之处适用于现有技术。

技术特征：
1.一种无人机降落伞的自动弹射装置，其特征在于，该装置包括降落伞仓、电磁锁、电磁锁继电器、金属环、塑料环、螺线管、单片机、放电继电器和超级电容；所述降落伞仓安装在无人机顶部，降落伞仓的底部和顶部分别设有底座和仓盖，仓盖与降落伞仓转动连接，同时利用电磁锁控制仓盖的开闭；螺线管竖直安装在降落伞仓的底座上，导向管插装在螺线管的中心通孔内且上部伸出螺线管外一部分，导向管上部的凸台位于螺线管上方；金属环和塑料环均套装在导向管伸出螺线管外的部位，金属环和塑料环分别位于凸台的上、下方，在外力作用下金属环和塑料环均能够沿着导向管往复滑动；金属环与降落伞伞绳的下部连接，伞绳末端与塑料环连接；电磁锁与电磁锁继电器的控制端串联，电磁锁继电器的线圈端与单片机的其中一个i/o口连接；螺线管、超级电容以及放电继电器的控制端串联，单片机的其中另一个i/o口与放电继电器的线圈端连接。2.根据权利要求1所述的无人机降落伞的自动弹射装置，其特征在于，所述导向管采用不锈钢制成。3.根据权利要求1或2所述的无人机降落伞的自动弹射装置，其特征在于，所述塑料环的外径小于导向管上部的凸台外径，当降落伞飞离降落伞仓后通过凸台对塑料环进行限位。4.根据权利要求1所述的无人机降落伞的自动弹射装置，其特征在于，所述单片机的其中一个i/o口经过保护电阻r4和三极管q1与电磁锁继电器的线圈端连接，三极管q1的基极、集电极和发射极分别与保护电阻r4、电源以及电磁锁继电器的线圈端连接，电磁锁继电器的线圈端同时并联一个二极管d3；单片机的其中另一个i/o口经过保护电阻r1和三极管q2与放电继电器的线圈端连接，三极管q2的基极、集电极和发射极分别与保护电阻r1、电源以及放电继电器的线圈端连接，放电继电器的线圈端同时并联一个二极管d2。

技术总结
本实用新型为一种无人机降落伞的自动弹射装置，包括降落伞仓、电磁锁、电磁锁继电器、金属环、塑料环、螺线管、单片机、放电继电器和超级电容；降落伞仓安装在无人机顶部，降落伞仓的底部和顶部分别设有底座和仓盖，利用电磁锁控制仓盖的开闭；螺线管安装在底座上，导向管插装在螺线管的中心通孔内且上部伸出螺线管外一部分，金属环和塑料环均套装在导向管伸出螺线管外的部位，两个环能够沿着导向管往复滑动；金属环与降落伞伞绳的下部连接，伞绳末端与塑料环连接；电磁锁与电磁锁继电器的控制端串联，电磁锁继电器的线圈端与单片机的其中一个I/O口连接；螺线管、超级电容以及放电继电器的控制端串联，单片机的其中另一个I/O口与放电继电器的线圈端连接。该装置避免了纯机械弹射机构的笨重，保证了无人机的机动性能。保证了无人机的机动性能。保证了无人机的机动性能。


技术研发人员：张俊飞 刘傲群 白孟琦 郭鑫飞 李娜 段雪松 高金莲 黄敬雯
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：2022.11.23
技术公布日：2023/3/23