本發(fā)明涉及無人機應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及的是一種無人直升機狀態(tài)監(jiān)測裝置。

背景技術(shù)：

無人直升機是一種能快速實現(xiàn)空中達到的新技術(shù)平臺，它在軍隊、電力巡檢、邊防巡查、環(huán)境監(jiān)測、地理遙感、測繪、交通指揮、通訊中繼等領(lǐng)域著廣泛的應(yīng)用。無人直升機具有使用成本低、技術(shù)靈活、不需人員直接到達第一現(xiàn)場等優(yōu)點，可實現(xiàn)垂直起降、定點懸停、位置鎖定、定時定點巡邏等功能。

隨著無人直升機應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展和推廣，各應(yīng)用領(lǐng)域和行業(yè)對無人機的技術(shù)細節(jié)和功能實現(xiàn)都提出了許多深入要求，其中，以擺脫對無人機操控手的人員依賴等實現(xiàn)無人機的全自動化或程序化操作是未來無人機技術(shù)發(fā)展的重要方向。因此也帶來了無人機系統(tǒng)越來越復(fù)雜，功能越來越強大，自動化程度越來越高。

無人機的運行狀態(tài)的監(jiān)測是維持無人機系統(tǒng)正常運行的重要組成部分。如何實現(xiàn)對無人機系統(tǒng)各個部件、各子系統(tǒng)和整系統(tǒng)工作狀態(tài)進行檢查和監(jiān)測是現(xiàn)代無人機技術(shù)發(fā)展的重要方向和降低系統(tǒng)故障提高系統(tǒng)可靠性、提高系統(tǒng)的自動化水平的重要內(nèi)容。

無人直升機是一種功率飛行器，其運行過程受輸出功率的直接影響。通常在各種不合理的控制參數(shù)、超載等影響下，無法實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)控時，導(dǎo)則出現(xiàn)嚴重的故障甚至墜機。

在現(xiàn)有的技術(shù)中，無人直升機對自身工作狀態(tài)的監(jiān)測大多局限于控制系統(tǒng)運行的程序本身和各組件在啟動之初的自檢或運行時出現(xiàn)故障后的狀態(tài)反饋，當(dāng)系統(tǒng)本身出現(xiàn)故障時，也同時失去了對自身的狀態(tài)監(jiān)測功能；同時也缺乏對整個無人機系統(tǒng)的評估和預(yù)判能力，特別是對實際載荷和理想運行狀態(tài)的評估和檢測工具。

鑒于以上缺陷，有必要對無人直升機的整體狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)進行改進，以提高無人直升機的可靠性和提高其自動化水平。

因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進和發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種無人直升機狀態(tài)監(jiān)測裝置，旨在解決現(xiàn)有的無人機在飛行控制系統(tǒng)系統(tǒng)本身出現(xiàn)故障時，會失去對自身的狀態(tài)監(jiān)測功能，容易缺乏對整個無人機系統(tǒng)的評估和預(yù)判能力，特別是對實際載荷和理想運行狀態(tài)的評估和檢測工具的技術(shù)問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種無人直升機狀態(tài)監(jiān)測裝置，其包括安裝在無人直升機內(nèi)的飛行控制系統(tǒng)、監(jiān)測控制器、報警蜂鳴器、旋螺槳測速計和輸出顯示器，所述飛行控制系統(tǒng)與監(jiān)測控制器連接，所述報警蜂鳴器、旋螺槳測速計和輸出顯示器分別與監(jiān)測控制器連接所述飛行控制系統(tǒng)包括自帶的gps模塊、imu慣性測量單元、高度計、油門和其他狀態(tài)數(shù)據(jù)模塊；所述監(jiān)測控制器通過各自對應(yīng)gps模塊、imu慣性測量單元、高度計、油門和其他狀態(tài)數(shù)據(jù)模塊的傳感器直接讀取gps數(shù)據(jù)、imu姿態(tài)數(shù)據(jù)、高度數(shù)據(jù)、油量輸出數(shù)據(jù)以及其他狀態(tài)數(shù)據(jù)。

所述的無人直升機狀態(tài)監(jiān)測裝置，其中，所述飛行控制系統(tǒng)還包括自帶的用于監(jiān)測個通道輸出數(shù)據(jù)的各通道控制輸出模塊，且各通道控制輸出模塊的數(shù)據(jù)能夠被監(jiān)測控制器從數(shù)據(jù)接口直接讀取。

所述的無人直升機狀態(tài)監(jiān)測裝置，其中，所述旋螺槳測速計為測速傳感器，該測速測傳感器與監(jiān)測控制器連接。

所述的無人直升機狀態(tài)監(jiān)測裝置，其中，所述監(jiān)測控制器通過數(shù)據(jù)接口直接讀取飛行控制系統(tǒng)的gps數(shù)據(jù)、imu姿態(tài)數(shù)據(jù)、高度數(shù)據(jù)、油量輸出數(shù)據(jù)以及其他狀態(tài)數(shù)據(jù)。

所述的旋翼無人機狀態(tài)監(jiān)測裝置，其中，所述報警蜂鳴器通過狀態(tài)輸出接口輸出故障原因。

所述的無人直升機狀態(tài)監(jiān)測裝置，其中，所述旋螺槳測速計安裝在直升機主軸的機架上，且位于帶動旋螺槳傳動的直升機主動齒輪邊沿的上方。

所述的無人直升機狀態(tài)監(jiān)測裝置，其中，所述主動齒輪的邊沿上還設(shè)置有對應(yīng)旋螺槳測速計感應(yīng)的感應(yīng)磁鐵。

所述的無人直升機狀態(tài)監(jiān)測裝置，其中，所述旋螺槳測速計還可以安裝在直升機的變速箱或發(fā)動機的其中一處。

有益效果：本發(fā)明公開了一種無人直升機狀態(tài)監(jiān)測裝置，為無人直升機整體運行狀態(tài)提供判斷依據(jù)和相對獨立的狀態(tài)監(jiān)測，特別是對無人直升機的實際輸出功率和規(guī)劃狀態(tài)進行對比監(jiān)控，預(yù)判其是否存在隱藏故障和避免無人機出現(xiàn)過載運行。本發(fā)明通過實際計算測試得到無人直升機正常狀態(tài)下的輸出油門、有效輸出功率、旋翼轉(zhuǎn)速與載荷的關(guān)系曲線，安裝轉(zhuǎn)速傳感器、讀取無人直升機各控制通道的輸出狀態(tài)、gps數(shù)據(jù)、imu姿態(tài)數(shù)據(jù)、高度計數(shù)據(jù)，并與飛行控制系統(tǒng)的目標控制狀態(tài)數(shù)據(jù)進行對比，從而相對獨立地監(jiān)測到無人直升機的實際工作狀態(tài)，并通過一定監(jiān)控策略使用聲音或直接在控制界面上顯示其實際運行狀態(tài)和監(jiān)測到故障時自動報警。該裝置通過監(jiān)測無人直升機旋翼工作實際狀態(tài)，推斷其有效輸出功率，形成完整的控制回路，給飛行控制系統(tǒng)提供了更優(yōu)更準確、實時的狀態(tài)依據(jù)，從而采取最優(yōu)的控制策略；并為無人直升機整個運行過程提供可靠的監(jiān)控數(shù)據(jù)便于故障分析和排查。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明旋螺槳測速計的一種安裝結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發(fā)明進一步詳細說明。

如圖1所示，本發(fā)明公開了一種無人直升機狀態(tài)監(jiān)測裝置，其包括安裝在無人直升機內(nèi)的飛行控制系統(tǒng)1、監(jiān)測控制器2、報警蜂鳴器3、旋螺槳測速計4和輸出顯示器5，所述飛行控制系統(tǒng)1與監(jiān)測控制器2連接，所述報警蜂鳴器3、旋螺槳測速計4和輸出顯示器5分別與監(jiān)測控制器2連接所述飛行控制系統(tǒng)1包括自帶的gps模塊11、imu慣性測量單元12、高度計13、油門14和其他狀態(tài)數(shù)據(jù)模塊15；所述監(jiān)測控制器2通過各自對應(yīng)gps模塊11、imu慣性測量單元12、高度計13、油門14和其他狀態(tài)數(shù)據(jù)模塊15的傳感器直接讀取gps數(shù)據(jù)、imu姿態(tài)數(shù)據(jù)、高度數(shù)據(jù)、油量輸出數(shù)據(jù)以及其他狀態(tài)數(shù)據(jù)。

本發(fā)明中的監(jiān)測控制器2由硬件和軟件兩部分組成，軟件內(nèi)置在硬件當(dāng)中；其硬件由控制電路、電源、傳感器輸入輸出接口和狀態(tài)輸出總線組成，所述控制電路分別與傳感器輸入輸出接口和狀態(tài)輸出總線連接，所述電源與控制電路連接。

采用上述結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明的監(jiān)測控制器通過獲取各傳感器的狀態(tài)數(shù)據(jù)，采用程序預(yù)設(shè)的方案進行實時的故障監(jiān)測和報警。本發(fā)明通過在無人直升機上安裝轉(zhuǎn)速傳感器、讀取無人直升機各控制通道的輸出狀態(tài)、飛行控制系統(tǒng)的目標控制狀態(tài)數(shù)據(jù)、gps數(shù)據(jù)、imu姿態(tài)數(shù)據(jù)、高度計數(shù)據(jù)，并與實際檢測到的數(shù)據(jù)進行對比，從而相對獨立地監(jiān)測到無人直升機的實際工作狀態(tài)，并通過一定監(jiān)控策略使用聲音或直接在控制界面上顯示其實際運行狀態(tài)和監(jiān)測到故障時自動報警。本發(fā)明可不依賴于飛行控制系統(tǒng)本身的工作狀態(tài)來監(jiān)控?zé)o人直升機的實際工作情況。本發(fā)明通過在旋翼系統(tǒng)上安裝測速計、讀取飛行控制系統(tǒng)輸出的油門值、螺距值，可實時監(jiān)測無人直升機的有效功率輸出狀態(tài)，通過與計算和實測得到的轉(zhuǎn)速、槳角關(guān)系函數(shù)對比，從而監(jiān)測到無人直升機實際工作狀態(tài)是否處于合理范圍內(nèi)。本發(fā)明通過讀取無人直升機各控制通道的輸出狀態(tài)、飛行控制系統(tǒng)的目標控制狀態(tài)數(shù)據(jù)、gps數(shù)據(jù)、imu姿態(tài)數(shù)據(jù)、高度計數(shù)據(jù)，并與飛行控制系統(tǒng)的目標控制參數(shù)進行對比，從而實現(xiàn)監(jiān)測和記錄無人直升機實際工作狀態(tài)的功能。本發(fā)明通過一定監(jiān)控策略使用聲音或直接在輸出顯示器的界面上顯示其實際運行狀態(tài)和監(jiān)測到故障時自動報警。

進一步說，所述飛行控制系統(tǒng)1還包括自帶的用于監(jiān)測個通道輸出數(shù)據(jù)的各通道控制輸出模塊16，且各通道控制輸出模塊的數(shù)據(jù)能夠被監(jiān)測控制器從數(shù)據(jù)接口直接讀取。

優(yōu)選的是，其中，所述旋螺槳測速計4為測速傳感器，該測速測傳感器與監(jiān)測控制器連接；當(dāng)旋螺槳測速計4為測速傳感器時，優(yōu)選的是霍爾傳感器，另外也可以是紅外測速儀或其他任意可測定旋轉(zhuǎn)部件轉(zhuǎn)速的傳感器，通過直接測定無人直升機螺旋槳轉(zhuǎn)速或傳動部件的轉(zhuǎn)速并通過一定比率計算出旋翼轉(zhuǎn)速。

優(yōu)選的是，所述監(jiān)測控制器2通過數(shù)據(jù)接口直接讀取飛行控制系統(tǒng)1的gps數(shù)據(jù)、imu姿態(tài)數(shù)據(jù)、高度數(shù)據(jù)、油量輸出數(shù)據(jù)以及其他狀態(tài)數(shù)據(jù)；監(jiān)測控制器通過數(shù)據(jù)接口可直接讀取無人直升機各控制通道的輸出狀態(tài)實現(xiàn)對通道狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)測。

進一步說，所述報警蜂鳴器3通過狀態(tài)輸出接口輸出故障原因，當(dāng)檢測控制器監(jiān)控到故障狀態(tài)時，觸發(fā)蜂鳴器警報，并通過狀態(tài)輸出接口輸出故障原因。

如圖2所示，本發(fā)明的旋螺槳測速計4安裝在直升機主軸6的機架7上，且位于帶動旋螺槳傳動的直升機主動齒輪8邊沿的上方；所述主動齒輪8的邊沿上還設(shè)置有對應(yīng)旋螺槳測速計4感應(yīng)的感應(yīng)磁鐵9。

優(yōu)選的是，所述旋螺槳測速計4還可以安裝在直升機的變速箱或發(fā)動機的其中一處。

工作原理：無人直升機的有效載荷主要由旋翼的翼型、轉(zhuǎn)速和槳角決定，通過實際計算和測量可得到無人直升機有效載荷與轉(zhuǎn)速、槳角的關(guān)系。通過在旋翼系統(tǒng)內(nèi)安裝測速傳感器，測定旋翼工作時的實際轉(zhuǎn)速，同時讀取飛行控制系統(tǒng)輸出的螺距數(shù)據(jù)，即可得到無人直升機的此時旋翼系統(tǒng)的實際功耗和載荷，通過實際監(jiān)測到的數(shù)據(jù)與控制系統(tǒng)計劃的數(shù)據(jù)進行對比即可知道無人機是否在正常的工作范圍內(nèi)。同時，本發(fā)明讀取無人直升機各控制通道的輸出狀態(tài)、飛行控制系統(tǒng)的目標控制狀態(tài)數(shù)據(jù)、gps數(shù)據(jù)、imu姿態(tài)數(shù)據(jù)、高度計數(shù)據(jù)，并與實際檢測到的數(shù)據(jù)進行對比，從而相對獨立地監(jiān)測到無人直升機的實際工作狀態(tài)，并通過一定監(jiān)控策略使用聲音或直接在控制界面上顯示其實際運行狀態(tài)和監(jiān)測到故障時自動報警。

本發(fā)明可以實現(xiàn)普通狀態(tài)的監(jiān)測和記錄飛行過程的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并可通過監(jiān)測控制通道的油門輸入輸出狀態(tài)監(jiān)控飛行器是否處于應(yīng)有的運動狀態(tài)，通過旋翼的轉(zhuǎn)速和主旋翼的螺距狀態(tài)監(jiān)控?zé)o人直升機的有效輸出功率的狀態(tài)，從而計算出無人直升機的起飛總量、載荷是否處于合理的范圍內(nèi)，并在過載和超載狀態(tài)下觸發(fā)報警。

本發(fā)明監(jiān)測無人直升機的步驟如下：

步驟一，首先在監(jiān)測控制器中設(shè)置無人直升機的額定轉(zhuǎn)速范圍，當(dāng)無人直升機采用定速模式工作時，啟用其轉(zhuǎn)速監(jiān)控功能。

步驟二，在監(jiān)測控制器中設(shè)置無人直升機的螺距/油門工作行程，無人直升機采用定速模式工作時，螺距/油門根據(jù)測定的比例換算為輸出功率/起飛重量。所述定速模式是指無人直升機采用固定的螺旋槳轉(zhuǎn)速，而通過控制螺距的方式來控制無人直升機升力的大小。采用非定速模式時，通過實測或計算的轉(zhuǎn)速-螺距/油門比來來計算無人直升機升力的大小，從而換算出其起飛重量和輸出功率。

步驟三，在監(jiān)測控制器中設(shè)置最大起飛重量警報值，當(dāng)無人直升機進入工作狀態(tài)時，其轉(zhuǎn)速滿足工作狀態(tài)需求而螺距/油門超過規(guī)定值時則表明無人直升機處于超載狀態(tài)，監(jiān)控裝置通過蜂鳴器警報。

步驟四，全程記錄各傳感器及飛行控制系統(tǒng)各輸入輸出通道的狀態(tài)值。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。