CN108303743A - 一种无人机螺旋桨碰撞检测方法及检测装置 - Google Patents

一种无人机螺旋桨碰撞检测方法及检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于无人机碰撞检测技术领域，公开了一种无人机螺旋桨碰撞检测方法及检测装置，主要解决无人机实现无传感器螺旋桨碰撞检测的技术问题。本发明公开的方法包括如下步骤：在无人机运行过程中，获取电机的采样电流值，并确定所述采样电流值对应的第一转速值；根据预配置的转速与电流的对应关系，获取所述无人机螺旋桨在所述第一转速值下电机的第一参考电流值；所述转速与电流的对应关系包括若干组相对应的转速值和参考电流值；根据所述采样电流值与所述第一参考电流值判断所述无人机螺旋桨是否碰到障碍物，并输出判断结果。本发明利用无人机内电机的电磁原理实现无传感器的螺旋桨碰撞检测，可广泛应用于无人机螺旋桨碰撞检测领域。

Description

一种无人机螺旋桨碰撞检测方法及检测装置
技术领域
本发明属于无人机碰撞检测技术领域，尤其涉及一种利用无人机内永磁无刷直流电机设备的电磁原理实现无传感器的螺旋桨碰撞检测行业，具体的说是一种无人机螺旋桨碰撞检测方法及检测装置。
背景技术
近年来电动无人机发展迅猛，在军事、公安、农业、航拍等领域用用广泛。目前大多数电动无人机以螺旋桨作为动力，随着电动无人机的持续走热和新产品的不断涌出，各种型号的螺旋桨也不断涌现。但是无人机螺旋桨从问世以来一直存在碰撞的问题，无人机在运行过程中经常会遇到各种障碍物，当遇到障碍物时就有可能会发生碰撞。而无人机螺旋桨的碰撞检测一直以来都是无人机领域的一大难题。
现有的无人机碰撞检测方法及装置，大都需要应用传感器，以检测无人机是否遇到碰撞。采用传感器的无人机螺旋桨检测装置结构复杂，应用起来不方便。
基于以上原因，迫切需要研制出一种不需要传感器，仅利用无人机内永磁无刷直流电机设备的电磁原理就可以实现无人机螺旋桨碰撞检测的检测方法及检测装置。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种无人机螺旋桨碰撞检测方法及检测装置。本发明提供的无人机螺旋桨碰撞检测方法及检测装置不需要在无人机内安装传感器，即可实现对无人机螺旋桨碰撞进行检测的技术目的。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
根据本发明的一个方面，一种无人机螺旋桨碰撞检测方法，包括：
在无人机运行过程中，获取电机的采样电流值，并确定所述采样电流值对应的第一转速值；
根据预配置的转速与电流的对应关系，获取所述无人机螺旋桨在所述第一转速值下电机的第一参考电流值；所述转速与电流的对应关系包括若干组相对应的转速值和参考电流值；
根据所述采样电流值与所述第一参考电流值判断所述无人机螺旋桨是否碰到障碍物，并输出判断结果。
优选的，确定所述采样电流值对应的第一转速值包括：
根据所述采样电流值计算对应的第一转速值，通过电子调速器计算所述第一转速值。
优选的，确定所述采样电流值对应的第一转速值包括：
在获取所述采样电流值时同步测量无人机螺旋桨的第一转速值，通过速度传感器同步测量所述第一转速值。
优选的，根据所述采样电流值与所述第一参考电流值判断所述无人机螺旋桨是否碰到障碍物，并输出判断结果包括：
判断所述采样电流值中各相电流的平方和是否大于所述第一参考电流值中各相电流的平方和与参考系数的乘积：是，则判定所述无人机螺旋桨碰到障碍物；
将判断结果发送至运行控制单元以供处理。
优选的，无人机螺旋桨碰撞检测方法，还包括：
获取无人机螺旋桨正常工作情况下若干组电机的参考电流值。
优选的，获取无人机螺旋桨正常工作情况下若干组电机的参考电流值包括：
获取螺旋桨正常工作情况下若干组电机带动螺旋桨旋转的参考转速值；
确定与若干组所述参考转速值相对应的若干组电机的参考电流值。
根据本发明的另一个方面，一种无人机螺旋桨碰撞检测装置，包括：
电流采集单元：在无人机运行过程中，获取电机的采样电流值；
转速确定单元：确定无人机运行过程中所述采样电流值对应的第一转速值；
匹配查找单元：根据预配置的转速与电流的对应关系，获取所述无人机螺旋桨在所述第一转速值下电机的第一参考电流值；所述转速与电流的对应关系包括若干组相对应的转速值和参考电流值；
预配置数据存储单元：存储预配置的无人机螺旋桨正常工作情况下若干组电机带动螺旋桨旋转的参考转速值，以及预配置的无人机螺旋桨正常工作情况下若干组电机的参考电流值；
电流比较单元：根据所述采样电流值与所述第一参考电流值判断所述无人机螺旋桨是否碰到障碍物，并输出判断结果；
运行控制单元：接收碰撞障碍物信号并做出处理。
优选的，所述电流采集单元采用采样电阻或霍尔传感器。
优选的，所述转速确定单元配置用于根据所述采样电流值计算对应的第一转速值，所述转速确定单元采用电子调速器计算所述第一转速值。
优选的，所述转速确定单元配置用于在获取所述采样电流值时同步测量无人机螺旋桨的第一转速值，所述转速确定单元采用速度传感器同步测量所述第一转速值。
优选的，电流比较单元配置用于判断所述采样电流值中各相电流的平方和是否大于所述第一参考电流值中各相电流的平方和与参考系数的乘积：是，则判定所述无人机螺旋桨碰到障碍物；
将判断结果发送至运行控制单元以供处理。
优选的，上述任一项无人机螺旋桨碰撞检测装置，还包括：
预配置数据获取单元：获取无人机螺旋桨正常工作情况下若干组电机的参考电流值。
优选的，所述预配置数据获取单元包括：
转速采集单元：获取螺旋桨正常工作情况下若干组电机带动螺旋桨旋转的参考转速值；
电流对应单元：确定与若干组所述参考转速值相对应的若干组电机的参考电流值。
根据本发明的另一个方面，一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其中，该程序被处理器执行时实现如上所述的方法。
本发明的有益效果是：
1、本发明公开的无人机螺旋桨碰撞检测方法及检测装置，利用了无人机内电机的电磁原理，从而实现了不需要在无人机内安装传感器，就可以检测无人机螺旋桨的碰撞情况。
2、本发明公开的无人机螺旋桨碰撞检测方法及检测装置结构简单，应用方便，而且避免了应用传感器产生的误差，能够进行准确的检测，从而进一步确保了无人机的安全运行。
附图说明
图1为本发明实施例一提出的无人机螺旋桨碰撞检测方法过程示意图；
图2为本发明实施例一提出的无人机螺旋桨碰撞检测装置结构示意图；
图中：1直流电源，2运行控制单元，3电子调速器直流侧电源线，4运行控制单元与电子调速器的信号线，5电子调速器，6电子调速器输出的A/B/C三相电源线，7电机和螺旋桨。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例一：
如图1所示，本实施例的一种无人机螺旋桨碰撞检测方法，包括：
在无人机运行过程中，获取电机A/B/C三相电流的采样电流值，标记为ia_sample,ib_sample,ic_sample，并确定采样电流值对应的第一转速值；
根据预配置的转速与电流的对应关系，获取无人机螺旋桨在第一转速值下电机A/B/C三相电流的第一参考电流值，标记为ia_ref,ib_ref,ic_ref；转速与电流的对应关系包括若干组相对应的转速值和参考电流值；
根据比较采样电流值ia_sample,ib_sample,ic_sample与第一参考电流值ia_ref,ib_ref,ic_ref，若满足公式：
(ia_sample)2+(ib_sample)2+(ic_sample)2＞1.5*[(ia_ref)2+(ib_ref)2+(ic_ref)2]
其中：ia_sample,ib_sample,ic_sample为电机A/B/C三相电流的采样电流值；
ia_ref,ib_ref,ic_ref为电机A/B/C三相电流的第一参考电流值；
1.5为参考系数。
判断无人机螺旋桨是否碰到障碍物，并输出判断结果。
首先，在本实施例中，确定采样电流值对应的第一转速值包括：
根据采样电流值可以通过电子调速器计算对应的第一转速值。
或者，在本实施例中，确定采样电流值对应的第一转速值还开以包括：
在获取采样电流值时同步测量无人机螺旋桨的第一转速值，通过速度传感器同步测量第一转速值。
根据采样电流值与第一参考电流值判断所述无人机螺旋桨是否碰到障碍物，并输出判断结果包括：
判断采样电流值中三相电流的平方和是否大于第一参考电流值中三相电流的平方和与参考系数的乘积：是，则判定无人机螺旋桨碰到障碍物；
将判断结果发送至运行控制单元以供处理。
本实施例中所示的无人机螺旋桨碰撞检测方法，还包括：
获取无人机螺旋桨正常工作情况下若干组电机的参考电流值。
获取无人机螺旋桨正常工作情况下若干组电机的参考电流值包括：
获取螺旋桨正常工作情况下若干组电机带动螺旋桨旋转的参考转速值；
确定与若干组参考转速值相对应的若干组电机的参考电流值。
本实施例的一种无人机螺旋桨碰撞检测装置包括：
电流采集单元：在无人机运行过程中，获取电机A/B/C三相电流的采样电流值ia_sample,ib_sample,ic_sample；
转速确定单元：确定无人机运行过程中采样电流值对应的第一转速值；
匹配查找单元：根据预配置的转速与电流的对应关系，获取无人机螺旋桨在第一转速值下电机的第一参考电流值ia_ref,ib_ref,ic_ref；转速与电流的对应关系包括若干组相对应的转速值和参考电流值；
预配置数据存储单元：存储预配置的无人机螺旋桨正常工作情况下若干组电机带动螺旋桨旋转的参考转速值，以及预配置的无人机螺旋桨正常工作情况下若干组电机A/B/C三相电流的参考电流值；
运行控制单元：接收碰撞障碍物信号并做出处理。
在本实施例中，电流采集单元采用采样电阻或霍尔传感器。
在本实施例中，转速确定单元配置用于根据采样电流值ia_sample,ib_sample,ic_sample，计算对应的第一转速值，转速确定单元采用电子调速器计算第一转速值。
在本实施例中，转速确定单元配置用于在获取所述采样电流值ia_sample,ib_sample,ic_sample时同步测量无人机螺旋桨的第一转速值，转速确定单元采用速度传感器同步测量第一转速值。
上述任一项无人机螺旋桨碰撞检测装置，还包括：
预配置数据获取单元：获取无人机螺旋桨正常工作情况下若干组电机A/B/C三相电流的参考电流值。
预配置数据获取单元包括：
转速采集单元：获取螺旋桨正常工作情况下若干组电机带动螺旋桨旋转的参考转速值；
电流对应单元：确定与若干组所述参考转速值相对应的若干组电机A/B/C三相电流的参考电流值。
根据本实施例的另一个方面，一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其中，该程序被处理器执行时实现如上所述的方法。
为便于对本发明的理解，下面以本发明的检测原理，结合实施例中的检测过程，对本发明提供的无人机螺旋桨碰撞检测方法做进一步的描述：
如图2所示，无人机运行过程中当螺旋桨高速旋转时，碰撞到障碍物，无人机螺旋桨会受到一个反向的阻力。由于螺旋桨受到阻力，无人机内永磁无刷直流电机的负载转矩将会明显增大。
根据无人机内永磁无刷直流电机的机械方程和电磁转矩方程：
(1)
(2)Te＝1.5pψfissinθ
由公式(1)可知，当负载转矩TL增大时，无人机内的电机为了维持系统的稳定工作，电机的电磁转矩Te也将增大。
由公式(2)可知，无人机电机电磁转矩Te增大时，电机所需电流矢量幅值is也将明显增大。此时，无人机电机的电流值将明显超出电机带动螺旋桨在正常工作情况下，相同转速转动时的电机电流值。
在进行无人机螺旋桨碰撞检测之前，可以首先通过本实施例示例的无人机螺旋桨碰撞检测装置中的预配置数据获取单元，获取无人机螺旋桨正常工作情况下若干组电机A/B/C三相电流的参考电流值。
具体的，首先通过无人机螺旋桨碰撞检测装置中的转速采集单元，获取螺旋桨正常工作情况下若干组电机带动螺旋桨旋转的参考转速值，然后通过无人机螺旋桨碰撞检测装置中的电流对应单元，确定与若干组参考转速值相对应的若干组电机A/B/C三相电流的参考电流值。
并将获取的若干组参考转速值和与其相对应若干组电机A/B/C三相电流的参考电流值存储在无人机螺旋桨碰撞检测装置中的预配置数据存储单元中，存储的预配置数据可以被匹配查找单元调用。
进行无人机螺旋桨碰撞检测时，首先通过无人机螺旋桨碰撞检测装置中的电流采集单元，采集无人机运行过程中，无人机电机A/B/C三相电流的采样电流值，并标记为ia_sample,ib_sample,ic_sample。
电流采集单元可以采用采样电阻或霍尔传感器。
然后，通过无人机螺旋桨碰撞检测装置中的转速确定单元，确定无人机运行过程中采样电流值对应的第一转速值。
具体的，方法一，转速确定单元可以采用电子调速器根据采样电流值计算第一转速值。
或者，方法二，转速确定单元可以采用速度传感器同步测量与采用电流值相对应的第一转速值。
然后通过无人机螺旋桨碰撞检测装置中的匹配查找单元调取存储在预配置数据存储单元中的数据，即调取与第一转速值相对应的电机A/B/C三相电流的第一参考电流值，标记为ia_ref,ib_ref,ic_ref。
之后，通过无人机螺旋桨碰撞检测装置中的电流比较单元，判断所述采样电流值ia_sample,ib_sample,ic_sample中各相电流的平方和是否大于第一参考电流值ia_ref,ib_ref,ic_ref中各相电流的平方和与参考系数的乘积：
即若满足公式：
是，则判定所述无人机螺旋桨碰到障碍物；
将判断结果发送至运行控制单元以供处理。
最后，通过无人机螺旋桨碰撞检测装置中的运行控制单元，接收无人机螺旋桨碰撞到障碍物的信号并做出处理。
在本实施例中，参考系数是通过在本实施例示例的无人机螺旋桨碰撞检测装置中进行大量碰撞测试所得到的。螺旋桨碰撞测试的具体过程是，首先通过用电子调速器驱动无人机电机带动螺旋桨旋转，当螺旋桨旋转到一定转速后保持螺旋桨的转速不变，同时记录下螺旋桨转速不变时无人机电机A/B/C三相的基础电流值；然后，在螺旋桨旋转的区域内抛入(或加入)一个物体，使螺旋桨碰撞到该物体，同时记录下碰撞中的无人机电机A/B/C三相的碰撞电流值，然后计算该基础电流值和碰撞电流值，得到无人机螺旋桨碰撞检测方法中的参考系数。
除去实施例一所述的外，本发明示例的无人机螺旋桨碰撞检测方法除了可以检测直流电机外还可以用于检测交流电机，比如：永磁无刷直流电机(BLDCM)和永磁无刷交流电机(PMSM)。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (14)

1.一种无人机螺旋桨碰撞检测方法，其特征在于，包括：
在无人机运行过程中，获取电机的采样电流值，并确定所述采样电流值对应的第一转速值；
根据预配置的转速与电流的对应关系，获取所述无人机螺旋桨在所述第一转速值下电机的第一参考电流值；所述转速与电流的对应关系包括若干组相对应的转速值和参考电流值；
根据所述采样电流值与所述第一参考电流值判断所述无人机螺旋桨是否碰到障碍物，并输出判断结果。
2.根据权利要求1所述的一种无人机螺旋桨碰撞检测方法，其特征在于，所述确定所述采样电流值对应的第一转速值包括：
根据所述采样电流值计算对应的第一转速值。
3.根据权利要求1所述的一种无人机螺旋桨碰撞检测方法，其特征在于，所述确定所述采样电流值对应的第一转速值包括：
在获取所述采样电流值时同步测量无人机螺旋桨的第一转速值。
4.根据权利要求1所述的一种无人机螺旋桨碰撞检测方法，其特征在于，根据所述采样电流值与所述第一参考电流值判断所述无人机螺旋桨是否碰到障碍物，并输出判断结果包括：
判断所述采样电流值中各相电流的平方和是否大于所述第一参考电流值中各相电流的平方和与参考系数的乘积：是，则判定所述无人机螺旋桨碰到障碍物；
将判断结果发送至运行控制单元以供处理。
5.根据权利要求1-4任一项所述的无人机螺旋桨碰撞检测方法，其特征在于，还包括：
获取无人机螺旋桨正常工作情况下若干组电机的参考电流值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述获取无人机螺旋桨正常工作情况下若干组电机的参考电流值包括：
获取螺旋桨正常工作情况下若干组电机带动螺旋桨旋转的参考转速值；
确定与若干组所述参考转速值相对应的若干组电机的参考电流值。
7.一种无人机螺旋桨碰撞检测装置，其特征在于，包括：
电流采集单元：在无人机运行过程中，获取电机的采样电流值；
转速确定单元：确定无人机运行过程中所述采样电流值对应的第一转速值；
匹配查找单元：根据预配置的转速与电流的对应关系，获取所述无人机螺旋桨在所述第一转速值下电机的第一参考电流值；所述转速与电流的对应关系包括若干组相对应的转速值和参考电流值；
预配置数据存储单元：存储预配置的无人机螺旋桨正常工作情况下若干组电机带动螺旋桨旋转的参考转速值，以及预配置的无人机螺旋桨正常工作情况下若干组电机的参考电流值；
电流比较单元：根据所述采样电流值与所述第一参考电流值判断所述无人机螺旋桨是否碰到障碍物，并输出判断结果；
运行控制单元：接收碰撞障碍物信号并做出处理。
8.根据权利要求7所述的无人机螺旋桨碰撞检测装置，其特征在于，所述电流采集单元采用采样电阻或霍尔传感器。
9.根据权利要求7所述的无人机螺旋桨碰撞检测装置，其特征在于，所述转速确定单元配置用于根据所述采样电流值计算对应的第一转速值。
10.根据权利要求7所述的无人机螺旋桨碰撞检测装置，其特征在于，所述转速确定单元配置用于在获取所述采样电流值时同步测量无人机螺旋桨的第一转速值。
11.根据权利要求7所述的无人机螺旋桨碰撞检测装置，其特征在于，所述电流比较单元配置用于判断所述采样电流值中各相电流的平方和是否大于所述第一参考电流值中各相电流的平方和与参考系数的乘积：是，则判定所述无人机螺旋桨碰到障碍物；
将判断结果发送至运行控制单元以供处理。
12.根据权利要求7-11任一项所述的无人机螺旋桨碰撞检测装置，其特征在于，还包括：
预配置数据获取单元：获取无人机螺旋桨正常工作情况下若干组电机的参考电流值。
13.根据权利要求12所述的无人机螺旋桨碰撞检测装置，其特征在于，所述预配置数据获取单元包括：
转速采集单元：获取螺旋桨正常工作情况下若干组电机带动螺旋桨旋转的参考转速值；
电流对应单元：确定与若干组所述参考转速值相对应的电机的参考电流值。
14.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。
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