CN105137960B - 一种小型多旋翼式无人飞行设备及其自检方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种小型多旋翼式无人飞行设备及其自检方法，所述小型多旋翼式无人飞行设备包括：能够对小型多旋翼式无人飞行设备自身飞行功能进行检测的飞行功能自检模块；所述飞行功能自检模块设置有通信功能检测单元，控制功能检测单元，电源功能检测单元；其中，所述通信功能检测单元设置成能够接收无特殊含义的心跳指令；所述控制功能检测单元设置成能够检测所述小型多旋翼式无人飞行设备旋翼偏转角度和/或转速是否正常；所述电源功能检测单元设置成能够读取小型多旋翼式无人飞行设备中电池电量；因此，可以确保小型多旋翼式无人飞行设备在起飞前处于安全的状态。

Description

一种小型多旋翼式无人飞行设备及其自检方法

技术领域

本发明涉及一种小型多旋翼式无人飞行设备控制的技术领域，尤其涉及一种小型多旋翼式无人飞行设备及其自检方法。

背景技术

随着电子科学技术的进步和计算机工业水平的发展，小型多旋翼式无人飞行设备逐步进入人们的生活领域，尤其是四轴飞行器的商用化，得到了极大发展；比如在一些拍摄、物品传递、飞行表演等场合，就经常需要小型多旋翼式无人飞行设备来执行相应的任务。

但是无人飞行设备作为在空中飞行的飞行器，一旦发生故障，并不能像地面设备那样，仅仅是停留在原地而已，故障过程中，无人飞行设备一旦失去动力，就会从空中坠落；所以无人飞行设备的空中故障，轻则导致机体坠毁，重则可能导致发生碰撞伤人事故。因此，如何保证无人飞行设备安全飞行显得相当重要。

例如，在中国专利申请号为CN201110031241.9的专利申请中，公开了一种一种飞行玩具状态检测与安全控制的系统，包括遥控器模块与飞行器模块，并且遥控器模块与飞行器模块分别设置有状态自检模块与无线通信模块；飞行器模块获取自身的状态信息并获取遥控器模块的状态信息，根据综合的状态信息判断系统是否正常，如异常则执行相应的应急动作；这样通过综合遥控器与飞行器的状态的检测，确保飞行器能在正常的状态下飞行，并在系统工作异常时做出紧急迫降或者其他操作，提高了飞行器的安全性与使用寿命。

另一份中国专利申请号为CN201110422559.X的中国专利申请中，公开了一种基于串行总线的无人飞行器状态监测方法：将无人飞行器系统中所需各种状态监测传感器与基于单片机微处理器开发的控制板组合起来构成一个整体，控制板负责对传感器数据进行采集，并配有串行总线接口，可对总线上发来的指令做出响应，驱动传感器执行数据发送、自检、调校配准功能；这样整个无人飞行器系统的状态监测系统由串行总线连接，减少了布线连接，增强了系统配置的可扩展性，具有配置灵活、布线简明、可靠性高，维护简易的优势。

但是发明人在实现本发明的过程中发现，上述技术方案都是基于小型多旋翼式无人飞行设备在飞行过程中的状态监控；小型多旋翼式无人飞行设备在起飞前的故障检测，目前仍然停留在人工检测或者经验判断的阶段，这样小型多旋翼式无人飞行设备漏检的可能性很大；并且在有些情况下，有经验的飞手由于过于自信，会忽略对小型多旋翼式无人飞行设备的检查，新手可能都不知道需要对小型多旋翼式无人飞行设备进行检查，有些飞手即使知道要进行检查，也缺乏有效的检查方法；一旦等到小型多旋翼式无人飞行设备在飞行过程中发生了故障，再追查原因，就已经来不及了。

因此，对于本领域技术人员来说，迫切需要一种能够在小型多旋翼式无人飞行设备起飞前，对于潜在的异常问题，能够提前发现，能够对小型多旋翼式无人飞行设备进行自检的技术方案，从而确保小型多旋翼式无人飞行设备起飞前功能是正常的，减少不必要的损失。并且，经过发明人的归纳和总结，针对最容易导致小型多旋翼式无人飞行设备坠毁的几种故障进行了分析，在自检过程中，同时兼顾了通信功能、控制功能、电源管理功能三个方面，从而最大可能的避免了坠毁事件。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种能够自检的小型多旋翼式无人飞行设备及其自检方法。

为了实现该效果，本发明提供的技术方案是：

一方面，提供一种小型多旋翼式无人飞行设备，其特征在于，包括：

能够对无人飞行设备自身飞行功能进行检测的飞行功能自检模块；

所述飞行功能自检模块设置有通信功能检测单元，控制功能检测单元，电源功能检测单元；其中，

所述通信功能检测单元设置成能够接收无特殊含义的心跳指令；

所述控制功能检测单元设置成能够检测所述无人飞行设备旋翼偏转角度和/或转速是否正常；

所述电源功能检测单元设置成能够读取无人飞行设备中电池电量。

进一步地，所述无人飞行设备还设置有对无人飞行设备上附加功能进行检测的附加功能自检模块；所述附加功能自检模块设置成可以检测云台和/或相机是否正常的检测单元；并且所述附加功能自检模块设置有位移传感器和/或相机焦距检测单元；无人飞行设备的控制器发送旋转指令给所述云台，通过所述位移传感器检测云台在各个方向的旋转是否到达旋转指令对应的位置，来判定所述云台是否正常。

进一步地，所述飞行功能自检测单元还包括导航功能检测单元，并且所述导航功能检测单元设置成检测所述无人飞行设备中GPS定位仪和/或速度仪和/或高度仪是否正常。

进一步地，所述飞行功能自检模块还设置有辅助设备检测单元，所述辅助设备检测单元设置成可以检测无人飞行设备中的存储设备是否正常。

进一步地，所述电源功能检测单元还需要对比所述剩余电量与预定规划路线任务所需预计电量进行比较。

进一步地，所述控制功能检测单元设置成可以接收静态验证和动态验证两种命令，所述静态验证命令包括让旋翼在地面上按照预定命令偏移的指令，所述动态验证命令包括让旋翼先以低速旋转的指令和待低速旋转指令验证通过之后发出的高速旋转指令。

另一方面，本发明还提供一种小型多旋翼式无人飞行设备的自检方法，其特征在于，所述无人飞行设备为上述任意一种所述的小型多旋翼式无人飞行设备，所述自检方法包括：

通过无人飞行设备控制器发送心跳信号；如果不能接收无人飞行设备反馈信号，执行自检错误提示；

通过所述无人飞行设备的通信单元获取无人飞行设备中电池电量信息是否能够满足需求；如果不能满足需求，执行自检错误提示；

通过所述无人飞行设备的通信单元向所述旋翼发送静态转向指令，判定所述旋翼是否正常；如果不正常，执行自检错误提示；

通过所述无人飞行设备的通信单元向所述旋翼发送动态转向指令，判定所述旋翼是否正常；如果不正常，执行自检错误提示。

进一步地，所述自检方法还包括在所述旋翼静态动作验证完成之后，验证所述无人飞行设备小型多旋翼式无人飞行设备中存储飞行动作的存储设备是否正常的步骤；如果不正常，执行自检错误提示。

进一步地，所述自检方法还包括对小型多旋翼式无人飞行设备上附加功能进行检测的附加功能进行自检的步骤，如果附加功能检测不正常，提示用户有选择地执行小型多旋翼式小型多旋翼式无人飞行设备的飞行操作。

进一步地，所述自检方法还包括根据任务时间与总续航时间的比值作为参考，来确定，当前余电是否足以支撑无人飞行器完成任务

采用上述技术方案，至少可以获得以下有益效果：

1、飞行功能自检功能，是对于无人飞行器基本飞行能力的检测，确保能够安全飞行。

2、附加功能自检部分，则是根据无人机实际所实现的用途来设定。

3、采用心跳机制，发送无特殊含义的心跳指令，可以更加可靠地检测小型多旋翼式无人飞行设备通信功能是否正常，并且不需要小型多旋翼式无人飞行设备其他模块执行任何动作，所以验证速度也非常快。

4、对电源和导航功能的验证，可以确保小型多旋翼式无人飞行设备在执行飞行任务时，能够安全的飞行。

5、进一步地，通过对控制功能先静态后动态的验证方式，当旋翼偏转功能出现问题时，提前发现，避免到飞行阶段才发现，而造成小型多旋翼式无人飞行设备可能造成损坏。

6、进一步地，对附加功能中云台和相机的自检，可以让小型多旋翼式无人飞行设备能够高质量的完成航拍任务。

7、进一步地，对辅助设备的自检，可以确认小型多旋翼式无人飞行设备能够在飞行过程中自动执行预先存储的飞行动作。

附图说明

图1为本发明实施例一涉及一种小型多旋翼式无人飞行设备的结构框图；

图2为本发明实施例一涉及一种小型多旋翼式无人飞行设备自检方法的流程图；

图3为本发明实施例二涉及一种小型多旋翼式无人飞行设备的结构框图；

图4为本发明实施例二涉及一种小型多旋翼式无人飞行设备自检方法的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，这些具体的说明只是让本领域普通技术人员更加容易、清晰理解本发明，而非对本发明的限定性解释；并且只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组控制器可执行指令的控制系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

下面通过附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行详细描述。

实施例一

如图1所示，本实施例提供的一种小型多旋翼式无人飞行设备100包括：

能够对小型多旋翼式无人飞行设备自身飞行功能模块110是否处于正常状态，进行检测的飞行功能自检模块140，和对小型多旋翼式无人飞行设备上附加功能模块120是否处于正常状态，进行检测的附加功能自检模块130；

飞行功能自检模块140设置有通信功能检测单元141，控制功能检测单元142，电源功能检测单元143和导航功能检测单元144；其中，

通信功能检测单元141设置成能够接收来自小型多旋翼式无人飞行设备控制器150发射的无特殊含义的心跳指令，这里所称的心跳指令是指互联的双方中的一方，每隔一定时间向另一方发送一个很小的数据包，另一方根据需要确定在收到数据包之后是否回复一个很小的数据包，如此来确认通信连接是否正常；

控制功能检测单元142可以和正常的飞行控制器共享信息指令和通信通道，从而可以控制小型多旋翼式无人飞行设备旋翼111偏转角度和/或转速，由用户判断无人飞行器设备是否在指定的时机按照指定的指令进行运转；

电源功能检测单元143设置成能够读取小型多旋翼式无人飞行设备100中电池电量，根据不同的硬件实现电路，电源功能检测单元可以读取电池电量测量芯片的输出值来迅速获得当前电池的电压和剩余电量；

导航功能检测单元144设置成可以读取小型多旋翼式无人飞行设备中GPS定位仪和/或速度仪和/或高度仪的输出值，结合用户当前地理位置，以及一些飞行测试中的数值变化来迅速判断GPS定位仪和/或速度仪和/或高度仪是否工作正常。

优选地，自检模块140以运行在小型多旋翼式无人飞行设备主控器上的固件代码形式存在，上电运行前可以存放在与主控器相连的非易失性存储器件上(如flash,EEPROM)等，上电后自检模块140被自动加载运行，测试通过后允许主控器继续执行其他飞行控制功能模块。

优选地，附加功能模块120设置有能够多角度旋转的云台121和用于航拍的相机122；附加功能自检模块130设置成可以检测云台121和相机122是否正常的检测单元，附加功能自检模块130设置有位移传感器131和相机焦距检测单元132；小型多旋翼式无人飞行设备的控制器150发送旋转指令给云台121，通过位移传感器131检测云台在各个方向的旋转是否到达旋转指令对应的位置，从而来判定云台121是否能正常工作。

优选地，通过提示用户在飞行之前的试拍，来检测拍摄功能正常。

优选地，控制功能检测单元142设置成可以接收静态验证和动态验证两种命令，静态验证命令包括让旋翼111在地面上按照预定命令偏移的指令，动态验证命令包括让旋翼先以低速旋转的指令和待低速旋转指令验证通过之后发出的高速旋转指令，即静态验证代表旋翼111只是按照控制器150要求在地面上完成一定角度的偏移，确保旋翼111的偏转功能正常，动态验证可以先完成旋翼111的小速度旋转，确保旋翼111的旋转功能正常，然后逐步加大动力，确保保障飞行的基本动力运转正常。

优选地，导航功能检测单元144设置成可以接收预定时间内执行特殊飞行命令的指令，并通过GPS定位仪和/或速度仪和/或高度仪是否向小型多旋翼式无人飞行设备控制单元是否反馈信号，数值变化是否符合飞行路线即状态变化来判定GPS定位仪和/或速度仪和/或高度仪是否正常；通过短时间特定动作的飞行来测试相应的设备，特殊飞行动作包括水平飞行和/或垂直飞行命令。

本实施例优选地，上述所有自检项目可以分为全自动自检内容和半自动自检内容两类。对于全自动自检，所有的测试包括结果判定将全部有固件和硬件自动完成，如电量检测，通信检测；半自动自检内容，将由自检模块把自检内容发送到飞行控制器，同时自动启动自检程序，然后提示用户观察该自检程序的判定结果并确认；例如，控制功能自检单元发信息给飞行控制器，通过飞行控制器屏幕提示用户目前进行旋翼的偏转测试，同时自动开始发送偏转旋翼指令给旋翼控制器，用户目测所有旋翼偏转正常，按确定键，自检自动进入下一个自检项目。类似于旋翼自检，GPS/高度仪/速度仪的自检均通过半自动方法进行检测。对于所有的自检内容，如果失败，在给出结果的同时，均提供忽略选项供用户跳过，提供用户忽略某项自检失败继续使用的灵活性；例如，云台检测失败，但是小型多旋翼式无人飞行设备的飞行功能自检模块检测处于正常状态，这样可以根据用户自己的选择，还是可以继续尝试飞行；增加了用户操作友好性。

如图2所示，本实施例还提供一种小型多旋翼式无人飞行设备的自检方法，该自检方法包括：

S20、自检开始。

S21、发送心跳信号。

S22、判定通信功能是否正常：通过小型多旋翼式无人飞行设备控制器发送心跳信号，如果能接收小型多旋翼式无人飞行设备反馈信号，则执行电量信息检测，否则执行自检错误提示。

S23、获取小型多旋翼式无人飞行设备中的电池的电量信息。

S24、判断电池的电量是否充足：通过小型多旋翼式无人飞行设备的通信单元获取小型多旋翼式无人飞行设备中电池电量信息是否能够满足需求，如果能执行下一步，否则执行自检错误提示；

S25、发送旋翼静态转向指令。

S26、判断旋翼转向是否正常：通过小型多旋翼式无人飞行设备的通信单元向旋翼发送静态转向指令，判定旋翼是否正常；如果正常，执行下一步；否则，执行自检错误提示。

S27、测试附加功能。

S28、判断附加功能是否正常：验证附加功能中对应设备是否能够正常工作；如果能，执行下一步；否则，执行自检错误提示。

S29、发送旋翼动态转向指令。

S30、判断旋翼是否正常：通过小型多旋翼式无人飞行设备的通信单元向旋翼发送动态转向指令，判定旋翼是否正常；如果正常，执行下一步；否则，执行自检错误提示。

S31、动态测试导航功能。

S32、判断导航功能是否正常：验证导航功能检测单元是否能够正常工作；如果能，执行自检完成提示；否则，执行自检错误提示。

S33、提示自检完毕。

S34、提示自检出错。

因此，采用上述自检方法，每一步如果出现自检错误提示，都可以快速地查找故障原因，便于快速地对小型多旋翼式无人飞行设备进行维护。

采用本实施例提供的上述技术方案，至少可以获得以下有益效果：

1、飞行功能自检功能，是对于无人飞行器基本飞行能力的检测，确保能够安全飞行。

2、附加功能自检部分，则是根据无人机实际所实现的用途来设定。

3、采用心跳机制，发送无特殊含义的心跳指令，可以更加可靠地检测小型多旋翼式无人飞行设备通信功能是否正常，并且不需要小型多旋翼式无人飞行设备其他模块执行任何动作，所以验证速度也非常快。

4、对电源和导航功能的验证，可以确保小型多旋翼式无人飞行设备在执行飞行任务时，能够安全的飞行。

5、进一步地，通过对控制功能先静态后动态的验证方式，当旋翼偏转功能出现问题时，提前发现，避免到飞行阶段才发现，而造成小型多旋翼式无人飞行设备可能造成损坏。

6、进一步地，对附加功能中云台和相机的自检，可以让小型多旋翼式无人飞行设备能够高质量的完成航拍任务。

实施例二

实施例二在实施例一基础上进一步地优化，增加了辅助设备检测单元。

如图3所示，飞行功能自检模块140还设置有辅助设备检测单元145，辅助设备检测单元145设置成可以检测小型多旋翼式无人飞行设备中存储飞行动作的存储设备是否正常。

如图4所示，本实施例提供的自检方法还包括在旋翼静态动作验证完成(S46)之后，验证小型多旋翼式无人飞行设备中存储飞行动作的存储设备是否正常(S47、S48)的步骤；如果正常，执行附加功能检测(S49、S50)；否则，执行自检错误提示(S56)。

采用本实施例提供的上述技术方案，至少可以获得以下有益效果：

对辅助设备的自检，可以确认小型多旋翼式无人飞行设备能够在飞行过程中自动执行预先存储的飞行动作。

实施例三

本实施例在上述实施方式基础上，进一步地优化：当小型多旋翼式无人飞行设备要完成一个预定规划路线任务起飞之前，电源功能检测单元还需要对比剩余电量与预定规划路线任务所需预计电量进行比较；即通过读取电池电量，确保电量在一个基本的门限值之上，如果飞行器要完成一个事先规划线路的飞行，则要对剩余电量和飞行线路的预计电量进行对比，这样可以提前判定小型多旋翼式无人飞行设备中电池电量是否能够完成计划的飞行任务。进一步地，可以根据出厂前测定的飞行器飞行续航时间以及平均飞行速度、飞行距离来，估算飞行器完成飞行任务所需要的时间，然后根据任务时间与总续航时间的比值作为参考，来确定，当前余电是否足以支撑无人飞行器完成任务。

最后需要说明的是，上述说明仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，都可利用上述揭示的做法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和简单的替换等，这些都属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (10)

1.一种小型多旋翼式无人飞行设备，其特征在于，包括：

能够对无人飞行设备自身飞行功能进行检测的飞行功能自检模块；

所述飞行功能自检模块设置有通信功能检测单元，控制功能检测单元，电源功能检测单元；其中，

所述通信功能检测单元设置成能够接收无特殊含义的心跳指令；

所述控制功能检测单元设置成能够检测所述无人飞行设备旋翼偏转角度和/或转速是否正常；

所述电源功能检测单元设置成能够读取无人飞行设备中电池电量。

2.根据权利要求1所述的小型多旋翼式无人飞行设备，其特征在于，所述无人飞行设备还设置有对无人飞行设备上附加功能进行检测的附加功能自检模块；所述附加功能自检模块设置成检测云台和/或相机是否正常的检测单元；所述附加功能自检模块设置有位移传感器和/或相机焦距检测单元；无人飞行设备的控制器发送旋转指令给所述云台，通过所述位移传感器检测云台在各个方向的旋转是否到达旋转指令对应的位置，来判定所述云台是否正常。

3.根据权利要求1所述的小型多旋翼式无人飞行设备，其特征在于，所述飞行功能自检测单元还包括导航功能检测单元，并且所述导航功能检测单元设置成检测所述无人飞行设备中GPS定位仪和/或速度仪和/或高度仪是否正常。

4.根据权利要求1所述的小型多旋翼式无人飞行设备，其特征在于，所述飞行功能自检模块还设置有辅助设备检测单元，所述辅助设备检测单元设置成检测无人飞行设备中存储飞行动作的存储设备是否正常。

5.根据权利要求1所述的小型多旋翼式无人飞行设备，其特征在于，所述电源功能检测单元还需要对剩余电量与预定规划路线任务所需预计电量进行比较。

6.根据权利要求1所述的小型多旋翼式无人飞行设备，其特征在于，所述控制功能检测单元设置成接收静态验证和/或动态验证两种命令，所述静态验证命令包括让旋翼在地面上按照预定命令偏移的指令，所述动态验证命令包括让旋翼先以低速旋转的指令和待低速旋转指令验证通过之后发出的高速旋转指令。

7.一种小型多旋翼式无人飞行设备的自检方法，其特征在于，所述自检方法包括：

通过无人飞行设备控制器发送通信信号；如果不能接收无人飞行设备通信单元反馈的信号，执行自检错误提示；

通过所述无人飞行设备的通信单元获取无人飞行设备中电池电量信息是否能够满足需求；如果不能满足需求，执行自检错误提示；

通过所述无人飞行设备的通信单元向所述旋翼发送静态转向指令，判定所述旋翼是否正常；如果不正常，执行自检错误提示；

通过所述无人飞行设备的通信单元向所述旋翼发送动态转向指令，判定所述旋翼是否正常；如果不正常，执行自检错误提示；

其中，判定所述旋翼是否正常为检测所述无人飞行设备旋翼偏转角度和/或转速是否正常。

8.根据权利要求7所述的自检方法，其特征在于，所述自检方法还包括在所述旋翼静态动作验证完成之后，验证所述无人飞行设备小型多旋翼式无人飞行设备中的存储设备是否正常的步骤；如果不正常，执行自检错误提示。

9.根据权利要求7所述的自检方法，其特征在于，所述自检方法还包括对小型多旋翼式无人飞行设备上附加功能进行检测的附加功能进行自检的步骤，如果附加功能检测不正常，提示用户。

10.根据权利要求7所述的自检方法，其特征在于，所述无人飞行设备控制器第一次发送通信信号为用于检测所述无人飞行设备中通信单元是否正常的心跳信号。