TWI759797B - 具有降落傘的無人機及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一種具有降落傘的無人機，包括一無人機主體及一降落傘模組。降落傘模組包括一基座、一罩體、一可充氣材、一降落傘及一充氣裝置。基座配置於無人機主體上。罩體覆蓋於基座上而在罩體與基座之間形成一容納空間。可充氣材配置於基座上而收合於容納空間內。降落傘連接於可充氣材與罩體且收合於容納空間內。充氣裝置配置於基座上且連接於可充氣材。當充氣裝置對可充氣材進行充氣時，可充氣材膨脹並撞擊罩體而使罩體分離於無人機主體，以增加降落傘與無人機主體之間的距離並帶動降落傘展開。此外，此無人機的控制方式亦被提及。

Description

具有降落傘的無人機及其控制方法
本發明是有關於一種飛行器及其控制方法，且特別是有關於一種具有降落傘的無人機及其控制方法。
無人機是一種無搭載人員的載具。通常使用遙控、導引系統或自動駕駛的方式來控制。可在科學研究、場地探勘、軍事、休閒娛樂用途上使用。目前商品化最多的無人機是無人航空載具。而內建或外掛照相機、攝影機的飛行載具常被俗稱為空拍機。無人機的全球市場在近年大幅增長，現已成為商業、政府和消費應用的重要工具。其能夠支持諸多領域的解決方案，廣泛應用於建築、石油、天然氣、能源、農業、救災等領域。
為了避免無人機墜落損壞或傷害到他人，可在無人機上配置降落傘。然而，在降落傘展開的過程中，若無人機處於失控旋轉的狀態或所處高度不足，則易因降落傘纏繞到機體或來不及展開而導致無人機墜落損壞或傷害到他人。
本發明提供一種具有降落傘的無人機及其控制方法，可確保無人機的降落傘順利展開。
本發明具有降落傘的無人機包括一無人機主體及一降落傘模組。降落傘模組包括一基座、一罩體、一可充氣材、一降落傘及一充氣裝置。基座配置於無人機主體上。罩體覆蓋於基座上而在罩體與基座之間形成一容納空間。可充氣材配置於基座上而收合於容納空間內。降落傘連接於可充氣材與罩體且收合於容納空間內。充氣裝置配置於基座上且連接於可充氣材。當充氣裝置對可充氣材進行充氣時，可充氣材膨脹並撞擊罩體而使罩體分離於無人機主體，以增加降落傘與無人機主體之間的距離並帶動降落傘展開。
在本發明的一實施例中，上述的罩體的外表面為凸弧面。
在本發明的一實施例中，上述的無人機包括一第一感測模組，其中第一感測模組配置於無人機主體且適於感測無人機主體的飛行狀態，降落傘模組適於依據第一感測模組所感測的無人機主體的飛行狀態而判斷是否控制充氣裝置對可充氣材進行充氣。
在本發明的一實施例中，上述的降落傘模組包括一第二感測元件及一判斷元件，第二感測元件適於感測無人機主體的飛行狀態，判斷元件適於依據第二感測元件所感測的無人機主體的飛行狀態而判斷是否控制充氣裝置對可充氣材進行充氣。
在本發明的一實施例中，上述的降落傘模組適於依據第二感測元件所感測的無人機主體的速度而判斷是否啟動判斷元件。
在本發明的一實施例中，上述的判斷元件適於依據第二感測元件所感測的無人機主體的傾角及加速度的至少其中之一而判斷是否控制充氣裝置對可充氣材進行充氣。
在本發明的一實施例中，上述的降落傘模組還包括一鎖定組件，鎖定組件配置於基座上且適於將罩體鎖定於基座。
在本發明的一實施例中，上述的降落傘模組包括一第二感測元件及一判斷元件，第二感測元件適於感測無人機主體的飛行狀態，判斷元件適於依據第二感測元件所感測的無人機主體的飛行狀態而判斷是否控制鎖定組件釋放罩體。
在本發明的一實施例中，上述的降落傘模組適於依據第二感測元件所感測的無人機主體的速度而判斷是否啟動判斷元件。
在本發明的一實施例中，上述的判斷元件適於依據第二感測元件所感測的無人機主體的傾角及加速度的至少其中之一而判斷是否控制鎖定組件釋放罩體。
本發明的無人機的控制方法包括以下步驟。提供一降落傘模組於一無人機主體上，其中降落傘模組包括一充氣裝置、一可充氣材、一罩體及一降落傘。藉由充氣裝置對可充氣材進行充氣以使可充氣材膨脹。藉由膨脹的可充氣材撞擊罩體以使罩體分 離於無人機主體，且使連接於罩體與可充氣材的降落傘與無人機主體之間的距離增加並帶動降落傘展開。
在本發明的一實施例中，上述的控制方法還包括以下步驟。藉由無人機主體的一第一感測模組感測無人機主體的飛行狀態。藉由降落傘模組依據第一感測模組所感測的無人機主體的飛行狀態而判斷是否控制充氣裝置對可充氣材進行充氣。
在本發明的一實施例中，上述的控制方法還包括以下步驟。藉由降落傘模組的一第二感測元件感測無人機主體的飛行狀態。藉由降落傘模組的一判斷元件依據第二感測元件所感測的無人機主體的飛行狀態而判斷是否控制充氣裝置對可充氣材進行充氣。
在本發明的一實施例中，上述的降落傘模組依據第二感測元件所感測的無人機主體的速度而判斷是否啟動判斷元件。
在本發明的一實施例中，上述的判斷元件依據第二感測元件所感測的無人機主體的傾角及加速度的至少其中之一而判斷是否控制充氣裝置對可充氣材進行充氣。
在本發明的一實施例中，上述的控制方法還包括藉由一鎖定組件鎖定罩體。
在本發明的一實施例中，上述的控制方法還包括以下步驟。藉由降落傘模組的一第二感測元件感測無人機主體的飛行狀態。藉由降落傘模組的一判斷元件依據第二感測元件所感測的無人機主體的飛行狀態而判斷是否控制鎖定組件釋放罩體。
在本發明的一實施例中，上述的降落傘模組依據第二感測元件所感測的無人機主體的速度而判斷是否啟動判斷元件。
在本發明的一實施例中，上述的判斷元件依據第二感測元件所感測的無人機主體的傾角及加速度的至少其中之一而判斷是否控制鎖定組件釋放罩體。
基於上述，在本發明的無人機中，當降落傘模組開始作動時，可充氣材膨脹而帶動降落傘移動以使降落傘與無人機主體隔開適當距離，據以避免降落傘因非預期地纏繞無人機主體而無法順利展開。此外，用以收容降落傘及可充氣材的罩體，其在降落傘模組作動的過程中會隨著可充氣材的膨脹而與降落傘一起移動，以抵禦亂流並具有引導降落傘展開的效果。藉此，可確保無人機的降落傘能夠順利發揮作用，且可減少降落傘完全展開所需時間。
100:無人機
110:無人機主體
120:降落傘模組
122:基座
124:罩體
125:鎖定組件
126:可充氣材
127:控制單元
127a:第二感測元件
127b:判斷元件
128:降落傘
129:充氣裝置
130:第一感測模組
130a:第一感測元件
130b:處理單元
S:容納空間
S1~S3:步驟
圖1是本發明一實施例的無人機的立體示意圖。
圖2是圖1的降落傘模組的示意圖。
圖3繪示圖1的降落傘模組開始作動的示意圖。
圖4繪示圖2的降落傘完全展開的示意圖。
圖5是本發明一實施例的無人機的控制方法流程圖。
圖6是降落傘模組的控制示意圖。
有關本發明的前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式的多個實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明，而非用來限制本發明。
圖1是本發明一實施例的無人機的立體示意圖。圖2是圖1的降落傘模組的示意圖。請參考圖1及圖2，本實施例的無人機100包括一無人機主體110及一降落傘模組120。降落傘模組120包括一基座122、一罩體124、一可充氣材126、一降落傘128、一控制單元127及一充氣裝置129。基座122配置/固定於無人機主體110上的適當位置，其中適當位置例如是無人機主體110遠離旋翼的一端部，可有效避免當降落傘張開時被旋翼纏繞而導致無人機100墜落。罩體124覆蓋於基座122上而在罩體124與基座122之間形成一容納空間S。可充氣材126配置於基座122上而收合於容納空間S內，降落傘128連接可充氣材126與罩體124且收合於容納空間S內。充氣裝置129配置於基座122上且連接於可充氣材126。
圖3繪示圖1的降落傘模組開始作動的示意圖。圖4繪示圖2的降落傘完全展開的示意圖。當降落傘模組120開始作動時，充氣裝置129對可充氣材126進行充氣，可充氣材126會如 圖3所示膨脹成柱狀物並撞擊罩體124而使罩體124如圖3所示分離於無人機主體110，以增加降落傘128與無人機主體110之間的距離並帶動降落傘128如圖4所示展開。藉此，可有效地避免降落傘128因非預期地纏繞無人機主體110或無人機主體110的旋翼而無法順利展開。此外，用以收容降落傘128及可充氣材126的罩體124在降落傘模組120作動的過程中會如上述般隨著可充氣材126之膨脹而與降落傘128一起移動。此外，當降落傘模組120尚未作動時，罩體124的外表面例如為凸弧面，或者符合無人機主體110的外型而設計為流線型，除了在無人機100飛行時可以減少氣流的擾亂或紊流的產生之外，並具有引導降落傘128展開方向的效果。藉此，可確保無人機100的降落傘128能夠順利發揮作用，且可減少降落傘128完全展開所需的時間。
圖1及圖3示意性地繪示降落傘模組120在無人機主體110上的位置，降落傘模組120可裝設於無人機主體110上的其他位置，本發明不對此加以限制。舉例來說，降落傘模組120設置於無人機主體110遠離旋翼的一端部，可有效避免當降落傘128張開時被旋翼纏繞而導致無人機100墜落，或者將降落傘模組120裝設於鄰近無人機主體110的重心所在位置。
在本實施例中，可充氣材126例如是由高機械性質之複合性材料的織布所製作，具有足夠強度能承受充氣時氣體的衝擊。可充氣材126用於可將降落傘128及罩體124彈離無人機主體110。在其他實施例中，可充氣材126可為其他適當材質，本發 明不對此加以限制。此外，本實施例的充氣裝置129例如是高壓氣瓶或其他種類之可提供高壓氣體的裝置，以藉高壓的氣體對可充氣材126進行充氣。
以下藉由流程圖說明本實施例的無人機的降落傘模組的控制方法。圖5是本發明一實施例的無人機的控制方法流程圖。請參考圖5，首先，設置降落傘模組120於無人機主體110上，其中降落傘模組120包括充氣裝置129、可充氣材126、罩體124及降落傘128(步驟S1)。接著，藉由充氣裝置129對可充氣材126進行充氣以使可充氣材126膨脹(步驟S2)。藉由膨脹的可充氣材126撞擊罩體124以使罩體124與降落傘128分離於無人機主體110，且使連接於罩體124與可充氣材126的降落傘128與無人機主體110之間的距離增加並帶動降落傘128展開(步驟S3)。
以下對降落傘模組120的作動時機進行具體說明。本實施例的無人機100還包括一第一感測模組130(繪示於圖1)。第一感測模組130例如包括第一感測元件130a例如是陀螺儀及/或磁力計以及處理單元130b。第一感測模組130配置於無人機主體110內且適於感測無人機主體110的速度、加速度及傾角等以產生感測信號。第一感測模組130的處理單元藉由上述感測信號來判斷目前無人機100的飛行狀態，並產生飛行信號。藉由電連接的方式，降落傘模組120可接收來自第一感測模組130的飛行信號，使得充氣裝置129對可充氣材126進行充氣而使降落傘128展開。詳細而言，依據第一感測模組130的感測信號可以得知無人機主 體110的飛行狀態，例如是無人機100是否處於正在飛行中以及是否已失速等，之後，第一感測模組130的處理單元130b判斷是否要送出飛行信號至降落傘模組120的控制單元127以控制充氣裝置129對可充氣材126進行充氣以使降落傘128展開。
請再參考圖2，在本實施例中，降落傘模組120還可包括至少一鎖定組件125，鎖定組件125配置於基座122上且適於將罩體124鎖定於基座122。當第一感測模組130感測到無人機100的飛行狀態(如傾角及加速度的至少其中之一)而得知無人機100已失速的情況下，將發出飛行信號給降落傘模組120，並控制至少一鎖定組件125開啟並釋放罩體124，接著如上述般控制充氣裝置129對可充氣材126進行充氣以使降落傘128展開。鎖定組件125例如是卡扣裝置或鎖扣。鎖定組件125可藉由任何適當的鎖定機構來鎖定及釋放罩體124，本發明不對其具體形式加以限制。
在其他實施例中，還可利用降落傘模組120本身所包含的控制單元來進行上述判斷及控制。以下對此進行具體說明。
圖6是降落傘模組的控制示意圖。當無人機100起飛後，第一感測模組130優先控制降落傘模組120的運作。但當第一感測模組130因某些因素(例如第一感測元件或者處理單元損毀或失去電力驅動)而無法作動時，將由降落傘模組120的控制單元127來控制降落傘模組120內部的運作。本實施例的降落傘模組120，如圖2與圖6所示，控制單元127還包括一第二感測元件127a及一判斷元件127b。第二感測元件127a可包含陀螺儀及/或磁力計， 其適於感測無人機主體110的速度、加速度及傾角等飛行狀態。判斷元件127b適於依據第二感測元件127a所感測到無人機主體110的所述飛行狀態的感測信號，而得知無人機100是否處於正在飛行中或者是否已失速，並依據感測信號以判斷是否需要控制充氣裝置129對可充氣材126進行充氣以使降落傘128展開。
換句話說，在同時設有第一感測模組130(繪示於圖1)及控制單元127(繪示於圖6)的情況下，可優先以第一感測模組130所感測的飛行狀態作為判斷是否啟動降落傘模組120的依據。並且，控制單元127的第二感測元件127a及一判斷元件127b可作為備用，在無人機主體110的第一感測模組130及其判斷機制關閉或失效時取而代之。
在一實施例中，降落傘模組120可先依據第一感測元件130a所感測的無人機主體110的速度而得知無人機100是否正在飛行，並據以判斷是否啟動處理單元130b。若第一感測元件130a感測到無人機主體110的速度低於預定值，則表示無人機100尚未起飛，此時不啟動處理單元130b。在另一實施例中，若第一感測元件130a失效時，降落傘模組120可先依據第二感測元件127a所感測的無人機主體110的速度而得知無人機100是否正在飛行，並據以判斷是否啟動判斷元件127b。若第二感測元件127a感測到無人機主體110的速度低於預定值，則表示無人機100尚未起飛，此時不啟動判斷元件127b。藉此，可避免處理單元130b或判斷元件127b在無人機100尚未起飛時誤觸發降落傘模組120 作動。若第一感測元件130a感測到無人機主體110的速度高於預定值，則表示無人機100正在飛行，此時啟動處理單元130b。若第一感測元件130a失效時，第二感測元件127a感測到無人機主體110的速度高於預定值，則表示無人機100正在飛行，此時啟動判斷元件127b。
處理單元130b啟動後可依據第一感測元件130a所感測的無人機主體110的傾角及加速度的至少其中之一而得知無人機100是否已失速，據以判斷是否控制充氣裝置129對可充氣材126進行充氣以使降落傘128展開。若第一感測元件130a失效時，判斷元件127b啟動後可依據第二感測元件127a所感測的無人機主體110的傾角及加速度的至少其中之一而得知無人機100是否已失速，據以判斷是否控制充氣裝置129對可充氣材126進行充氣。若無人機100已失速，則控制充氣裝置129對可充氣材126進行充氣以使降落傘128展開。
參考圖2與圖6所示的判斷元件127b可依據第二感測元件127a所感測的無人機主體的飛行狀態(如傾角及加速度的至少其中之一)而得知無人機100是否已失速，據以判斷是否控制鎖定組件125釋放罩體124。若無人機100已失速，則控制鎖定組件125釋放罩體124，並接著如上述般控制充氣裝置129對可充氣材126進行充氣以使降落傘128展開。鎖定組件125可藉由任何適當的鎖定機構來鎖定及釋放罩體124，本發明不對其具體形式加以限制。
上述的處理單元130b以及判斷元件127b，例如是中央處理單元(central processing unit,CPU)，或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器(Microprocessor)、數位信號處理器(Digital Signal Processor,DSP)、可程式化控制器、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuits,ASIC)、可程式化邏輯裝置(Programmable Logic Device,PLD)或其他類似裝置或這些裝置的組合的晶片。
綜上所述，在本發明的無人機中，當降落傘模組開始作動時，可充氣材膨脹而帶動降落傘彈射以使降落傘與無人機主體隔開適當距離，據以避免降落傘因非預期地纏繞無人機主體或旋翼而無法順利展開。此外，用以收容降落傘及可充氣材的罩體，在降落傘模組作動的過程中會隨著可充氣材的膨脹而與降落傘一起移動，具有引導降落傘展開的效果。藉此，可確保無人機的降落傘能夠順利發揮作用，且可減少降落傘完全展開所需時間。
惟以上所述者，僅為本發明的較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作的簡單等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露的全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利搜尋之用，並非用來限制本發明的權利範圍。此外，本說明書或申請專利範圍中提及的“第一”、“第二”等用語僅用以命名元件(element)的名稱或區別不同實施例或範圍，而並 非用來限制元件數量上的上限或下限。
100:無人機 110:無人機主體 120:降落傘模組 122:基座 124:罩體 125:鎖定組件 126:可充氣材 127:控制單元 128:降落傘 129:充氣裝置 130:第一感測模組

Claims (20)

  1. 一種具有降落傘的無人機，其特徵在於，該無人機包括：一無人機主體；以及一降落傘模組，包括：一基座，配置於該無人機主體上；一罩體，覆蓋於該基座上而在該罩體與該基座之間形成一容納空間；一可充氣材，配置於該基座上且收合於該容納空間內；一降落傘，連接於該可充氣材與該罩體且收合於該容納空間內；一充氣裝置，配置於該基座上且連接於該可充氣材，其中當該充氣裝置對該可充氣材進行充氣時，該可充氣材膨脹並撞擊該罩體而使該罩體與該降落傘分離於該無人機主體，以增加該降落傘與該無人機主體之間的距離並帶動該降落傘展開；以及一控制單元，配置於該基座上且連接並控制該充氣裝置。
  2. 如請求項1所述的具有降落傘的無人機，其中該可充氣材被該充氣裝置充氣後成為柱狀物。
  3. 如請求項1所述的具有降落傘的無人機，其中該罩體的外表面為凸弧面。
  4. 如請求項1所述的具有降落傘的無人機，還包括一第一感測模組，其中該第一感測模組配置於該無人機主體且適於感測該無人機主體的飛行狀態，該降落傘模組適於依據該第一感測模組所感測的該無人機主體的飛行狀態而判斷是否控制該充氣裝置對該可充氣材進行充氣。
  5. 如請求項4所述的具有降落傘的無人機，其中該第一感測模組包括一第一感測元件及一處理單元，該第一感測元件適於感測該無人機主體的飛行狀態，該處理單元適於依據該第一感測元件所感測的該無人機主體的飛行狀態而判斷是否控制該充氣裝置對該可充氣材進行充氣。
  6. 如請求項5所述的具有降落傘的無人機，其中該降落傘模組適於依據該第一感測元件所感測的該無人機主體的速度而判斷是否啟動該處理單元。
  7. 如請求項1所述的具有降落傘的無人機，其中該降落傘模組包括一第二感測元件及一判斷元件，該第二感測元件適於感測該無人機主體的飛行狀態，該判斷元件適於依據該第二感測元件所感測的該無人機主體的飛行狀態而判斷是否控制該充氣裝置對該可充氣材進行充氣。
  8. 如請求項1所述的具有降落傘的無人機，其中該降落傘模組還包括一鎖定組件，該鎖定組件配置於該基座上且適於將該罩體鎖定於該基座。
  9. 如請求項8所述的具有降落傘的無人機，還包括第一感測模組，該第一感測模組包括一第一感測元件及一處理單元，該第一感測元件適於感測該無人機主體的飛行狀態，該處理單元適於依據該第一感測元件所感測的該無人機主體的飛行狀態而判斷是否控制該鎖定組件釋放該罩體。
  10. 如請求項8所述的具有降落傘的無人機，其中該降落傘模組包括一第二感測元件及一判斷元件，該第二感測元件適於感測該無人機主體的飛行狀態，該判斷元件適於依據該第二感測元件所感測的該無人機主體的飛行狀態而判斷是否控制該鎖定組件釋放該罩體。
  11. 一種具有降落傘的無人機的控制方法，其特徵在於，該控制方法包括：設置一降落傘模組於一無人機主體上，其中該降落傘模組包括一充氣裝置、一可充氣材、一罩體、一降落傘及一控制單元；藉由該控制單元控制該充氣裝置對該可充氣材進行充氣以使該可充氣材膨脹；以及藉由膨脹的該可充氣材撞擊該罩體以使該罩體與該降落傘分離於該無人機主體，且使連接於該罩體與該可充氣材的該降落傘與該無人機主體之間的距離增加並帶動該降落傘展開。
  12. 如請求項11所述的控制方法，還包括：藉由該無人機主體的一第一感測模組感測該無人機主體的飛行狀態；以及 藉由該降落傘模組依據該第一感測模組所感測的該無人機主體的飛行狀態而判斷是否控制該充氣裝置對該可充氣材進行充氣。
  13. 如請求項12所述的控制方法，還包括：藉由該第一感測模組的一第一感測元件感測該無人機主體的飛行狀態；以及藉由該第一感測模組的一處理單元依據該第一感測元件所感測的該無人機主體的飛行狀態而判斷是否控制該充氣裝置對該可充氣材進行充氣。
  14. 如請求項13所述的控制方法，其中該第一感測模組依據該第一感測元件所感測的該無人機主體的速度而判斷是否啟動該處理單元。
  15. 如請求項12所述的控制方法，還包括：藉由該降落傘模組的一第二感測元件感測該無人機主體的飛行狀態；以及藉由該降落傘模組的一判斷元件依據該第二感測元件所感測的該無人機主體的飛行狀態而判斷是否控制該充氣裝置對該可充氣材進行充氣。
  16. 如請求項15所述的控制方法，其中該降落傘模組依據該第二感測元件所感測的該無人機主體的速度而判斷是否啟動該判斷元件。
  17. 如請求項16所述的控制方法，其中該判斷元件依據該第二感測元件所感測的該無人機主體的傾角及加速度的至少其中之一而判斷是否控制該充氣裝置對該可充氣材進行充氣。
  18. 如請求項12所述的控制方法，還包括藉由一鎖定組件鎖定該罩體。
  19. 如請求項18所述的控制方法，還包括：藉由該第一感測模組的一第一感測元件感測該無人機主體的飛行狀態；以及藉由該第一感測模組的一處理單元依據該第一感測元件所感測的該無人機主體的飛行狀態而判斷是否控制該鎖定組件釋放該罩體。
  20. 如請求項18所述的控制方法，還包括：藉由該降落傘模組的一第二感測元件感測該無人機主體的飛行狀態；以及藉由該降落傘模組的一判斷元件依據該第二感測元件所感測的該無人機主體的飛行狀態而判斷是否控制該鎖定組件釋放該罩體。
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