CN110963027A - 异常检测装置及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋翼单元的异常检测装置及控制装置。旋翼单元包括在同轴上配置的多个旋翼。异常检测装置具备控制器，所述控制器被配置为：获取关于与多个旋翼相关的运转参数的正常运转时的相关关系以及异常运转时的相关关系中的至少任一方，基于正常运转时的相关关系以及异常运转时的相关关系中的至少任一方和与多个旋翼相关的运转参数的实际运转时的相关关系，来检测旋翼单元的异常。

Description

异常检测装置及控制装置

技术领域

本发明涉及一种异常检测装置及控制装置。

背景技术

以往，已知具备多个旋翼单元的无人旋翼机(例如，参照日本特开2017-047736)。

日本特开2017-047736的无人旋翼机被配置为在检测到旋翼单元发生故障的情况下自动着陆。旋翼单元包括产生升力的旋翼和使旋翼旋转的马达。该无人旋翼机被配置为在马达的转速的目标值与由传感器检测到的马达的实际转速的偏差大的情况下判定为该马达发生了故障。

在此，在旋翼单元中还包括多个旋翼在同轴上配置的旋翼单元。希望这样的旋翼单元也会在发生了异常的情况下适当地检测到该异常。

发明内容

本发明提供一种能适当地检测多个旋翼在同轴上配置的旋翼单元的异常的异常检测装置及控制装置。

本发明的第一方案涉及一种旋翼单元的异常检测装置。上述旋翼单元包括在同轴上配置的多个旋翼。上述异常检测装置具备控制器，所述控制器被配置为：获取关于与多个旋翼相关的运转参数的正常运转时的相关关系以及异常运转时的相关关系中的至少任一方，基于上述正常运转时的相关关系以及上述异常运转时的相关关系中的至少任一方和与多个旋翼相关的运转参数的实际运转时的相关关系，来检测旋翼单元的异常。

根据上述第一方案，由于在同轴上配置的多个旋翼会在运转时相互影响，因此，能使用运转时的相关关系来适当地检测异常。

可以是：在上述第一方案中，旋翼单元包括管道，多个旋翼配置于上述管道内。

可以是：在上述第一方案中，上述运转参数包括使旋翼旋转的马达的转速。

可以是：在上述第一方案中，上述旋翼单元被配置为变更旋翼的桨距角(pitchangle)，上述运转参数包括旋翼的桨距角。

本发明的第二方案涉及一种飞行体的控制装置。上述飞行体包括多个旋翼单元，上述旋翼单元分别包括在同轴上配置的多个旋翼。上述控制装置具备控制器，所述控制器被配置为：获取关于与多个旋翼相关的运转参数的正常运转时的相关关系以及异常运转时的相关关系中的至少任一方，基于上述正常运转时的相关关系以及上述异常运转时的相关关系中的至少任一方和与多个旋翼相关的运转参数的实际运转时的相关关系，来检测旋翼单元的异常，在检测到旋翼单元的异常的情况下，进行异常时控制。

根据上述第二方案，由于在同轴上配置的多个旋翼会在运转时相互影响，因此，能使用运转时的相关关系来适当地检测异常。

根据本发明的各方案，能适当地检测多个旋翼在同轴上配置的旋翼单元的异常。

附图说明

下面，参照附图，对本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义进行说明，在附图中相同的附图标记表示相同的元件，其中，

图1是表示本实施方式的飞行系统的一个例子的框图。

图2是表示图1的飞行系统的旋翼单元的示意图。

图3是用于说明本实施方式的飞行系统的异常检测时的动作例的流程图。

图4是表示本实施方式的第一变形例的飞行体的一个例子的框图。

图5是用于说明本实施方式的第二变形例的飞行系统的异常检测时的动作例的流程图。

图6是用于说明本实施方式的第三变形例的飞行系统的异常检测时的动作例的流程图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的一实施方式进行说明。

首先，参照图1及图2，对本发明的一实施方式的飞行系统100进行说明。

如图1所示，飞行系统100例如具备作为无人旋翼机的飞行体1和对飞行体1进行控制的控制器2。需要说明的是，控制器2是本发明的“异常检测装置”及“控制装置”的一个例子。

飞行体1被配置为基于从控制器2接收到的操纵信号等进行飞行。该飞行体1包括多个旋翼单元11和对多个旋翼单元11进行控制的旋翼控制部12。多个旋翼单元11被配置为产生升力，俯视观察时隔开规定间隔地配置于飞行体1的外缘部。需要说明的是，在图1中，为了简化，示出了多个旋翼单元11中的一个旋翼单元11。

如图2所示，旋翼单元11包括：上侧旋翼部111、下侧旋翼部112以及管道113。上侧旋翼部111和下侧旋翼部112配置于管道113内，并以在竖直方向上相连的方式配置。上侧旋翼部111在管道113内配置于下侧旋翼部112的上方，下侧旋翼部112在管道113内配置于上侧旋翼部111的下方。

如图1所示，上侧旋翼部111具有：螺旋桨111a、马达111b、桨距角调整部111c、转速传感器111d、电流传感器111e、电压传感器111f以及桨距角传感器111g。螺旋桨111a与马达111b的旋转轴连结。马达111b被配置为使螺旋桨111a旋转。桨距角调整部111c具有用于调整螺旋桨111a的桨距角(绕左右轴的旋转角度)的伺服马达(省略图示)。转速传感器111d是为了检测马达111b的转速(每单位时间的转数)而设置的。电流传感器111e是为了检测流至马达111b的电流而设置的，电压传感器111f是为了检测输入至马达111b的电压而设置的。桨距角传感器111g是为了检测螺旋桨111a的桨距角而设置的。

下侧旋翼部112具有：螺旋桨112a、马达112b、桨距角调整部112c、转速传感器112d、电流传感器112e、电压传感器112f以及桨距角传感器112g。螺旋桨112a与马达112b的旋转轴连结。马达112b被配置为使螺旋桨112a旋转。桨距角调整部112c具有用于调整螺旋桨112a的桨距角的伺服马达(省略图示)。转速传感器112d是为了检测马达112b的转速而设置的。电流传感器112e是为了检测流至马达112b的电流而设置的，电压传感器112f是为了检测输入至马达112b的电压而设置的。桨距角传感器112g是为了检测螺旋桨112a的桨距角而设置的。

即，在旋翼单元11，多个(两个)螺旋桨111a和112a在同轴上配置。也就是说，螺旋桨111a和112a配置于俯视观察时对应(重叠)的位置，螺旋桨111a的旋转轴和螺旋桨112a的旋转轴以在竖直方向上相连的方式配置。螺旋桨111a和112a既可以被配置为向相反方向旋转，也可以被配置为向相同方向旋转。需要说明的是，螺旋桨111a和112a是本发明的“旋翼”的一个例子。

旋翼控制部12被配置为：基于从控制器2接收到的操纵信号等，对上侧旋翼部111的马达111b和桨距角调整部111c以及下侧旋翼部112的马达112b和桨距角调整部112c进行控制。该旋翼控制部12包括：运算部12a、存储部12b以及通信部12c。运算部12a被配置为：基于存储于存储部12b的各种控制程序、映射图等来执行运算处理，由此对旋翼控制部12进行控制。在存储部12b中存储有各种控制程序、执行该各种控制程序时所参照的映射图等。通信部12c是为了与控制器2进行通信而设置的。该通信部12c被配置为：接收发送自控制器2的操纵信号，并且将旋翼单元11的各传感器的检测结果发送至控制器2。

控制器2被配置为发送操纵信号来对飞行体1的飞行进行控制。该控制器2包括：运算部21、存储部22、操纵部23、通信部24以及通知部25。运算部21被配置为：基于存储于存储部22的各种控制程序、映射图等来执行运算处理，由此对控制器2进行控制。在存储部22中存储有各种控制程序、执行该各种控制程序时所参照的映射图等。操纵部23是为了接受由操纵者执行的操纵动作而设置的。通信部24是为了与飞行体1进行通信而设置的。该通信部24被配置为：将与向操纵部23的输入等对应的操纵信号发送至飞行体1，并且接收旋翼单元11的各传感器的检测结果。需要说明的是，运算部21是本发明的“检测部”和“控制部”的一个例子。

此外，控制器2被配置为：基于旋翼单元11的各传感器的检测结果计算出运转状态，并且基于该运转状态来检测旋翼单元11的异常。通知部25例如是显示器或扬声器，被配置为在检测到旋翼单元11的异常的情况下将旋翼单元11的异常通知给操纵者。需要说明的是，控制器2例如被配置为：获取所有的旋翼单元11的运转状态，对所有的旋翼单元11进行异常检测。

在此，在旋翼单元11中，螺旋桨111a和112a在同轴上配置，螺旋桨111a和112a在运转时相互影响。因此，在控制器2的存储部22中储存有数据库22a，在该数据库22a中预先积累有螺旋桨111a和112a的正常运转时的相关关系(运转状态)。在该数据库22a中积累有螺旋桨111a和112a的正常运转时的各种运转方式的相关关系。表1中示出了数据库22a的具体例。

[表1]

如表1所示，在数据库22a中设定有与上侧旋翼部111的螺旋桨111a有关的三个项目和与下侧旋翼部112的螺旋桨112a有关的三个项目，合计设定有六个项目。具体而言，作为数据库22a的项目，设定有马达111b和112b的转速、马达111b和112b的转矩以及螺旋桨111a和112a的桨距角。

例如，在数据库22a中，作为正常时的运转方式Pt1而积累有马达111b的转速为Nu1、马达111b的转矩为Tu1、螺旋桨111a的桨距角为Au1、马达112b的转速为Nl1、马达112b的转矩为Tl1且螺旋桨112a的桨距角为Al1的情况。同样地，作为正常时的运转方式Pt2而积累有马达111b的转速为Nu2、马达111b的转矩为Tu2、螺旋桨111a的桨距角为Au2、马达112b的转速为Nl2、马达112b的转矩为Tl2且螺旋桨112a的桨距角为Al2的情况。需要说明的是，在表1中，为了简化而仅示出运转方式Pt1和Pt2，但在实际的数据库22a中积累有许多正常时的运转方式。这许多正常时的运转方式通过模拟、实验而预先求出。此外，正常时的运转方式的各项目既可以是预先求出的规定值，也可以是预先求出的规定范围。

而且，控制器2被配置为基于实际运转时的相关关系(旋翼单元11的运转状态)和积累于数据库22a的正常运转时的相关关系来检测旋翼单元11的异常。具体而言，控制器2被配置为：获取实际运转时的传感器值并计算出比较用数据，并且将该比较用数据与数据库22a进行对照，在不存在一致的数据(运转方式)的情况下判断为异常。

在此，例如基于电流传感器111e的检测结果来计算马达111b的转矩，例如基于电流传感器112e的检测结果来计算马达112b的转矩。因此，在上述的传感器值中包括：转速传感器111d的检测结果、电流传感器111e的检测结果、桨距角传感器111g的检测结果、转速传感器112d的检测结果、电流传感器112e的检测结果以及桨距角传感器112g的检测结果。而且，在比较用数据(运转状态)中包括：由转速传感器111d检测到的马达111b的转速、根据电流传感器111e的检测结果计算出的马达111b的转矩、由桨距角传感器111g检测到的螺旋桨111a的桨距角、由转速传感器112d检测到的马达112b的转速、根据电流传感器112e的检测结果计算出的马达112b的转矩以及由桨距角传感器112g检测到的螺旋桨112a的桨距角。因此，在存在比较用数据的六个值分别与数据库22a的六个项目一致的运转方式(记录)的情况下判断为正常，在除此之外的情况(与哪个正常时的运转方式都不相符的情况)下判断为异常。

例如，在由转速传感器111d检测到的马达111b的转速为Nu1、根据电流传感器111e的检测结果计算出的马达111b的转矩为Tu1、由桨距角传感器111g检测到的螺旋桨111a的桨距角为Au1、由转速传感器112d检测到的马达112b的转速为Nl1、根据电流传感器112e的检测结果计算出的马达112b的转矩为Tl1且由桨距角传感器112g检测到的螺旋桨112a的桨距角为Al1的情况下，符合正常时的运转方式Pt1，因此，判断为旋翼单元11正常。

飞行系统的异常检测时的动作例

接着，参照图3，对本实施方式的飞行系统的异常检测时的动作例进行说明。需要说明的是，该异常检测动作在飞行体1飞行时进行。此外，以下的各步骤通过控制器2来执行。

首先，在图3的步骤ST1中，获取发送自飞行体1的旋翼单元11的各传感器的检测结果，基于该各传感器的检测结果计算出运转状态。该运转状态例如是基于旋翼单元11的六个传感器值的比较用数据，相当于螺旋桨111a和112a的当前的实际相关关系。需要说明的是，要计算所有旋翼单元11的运转状态。

接着，在步骤ST2中，将所有旋翼单元11的运转状态与数据库22a进行对照。然后，在步骤ST3中，针对所有旋翼单元11的运转状态，判断是否存在与数据库22a一致的数据(运转方式)。然后，在判断为针对所有旋翼单元11都存在与数据库22a一致的数据的情况下，所有旋翼单元11的实际运转时的相关关系都正常，因此，返回至步骤ST1。另一方面，在判断为针对多个旋翼单元11中的任一个不存在与数据库22a一致的数据的情况下，该旋翼单元11的实际运转时的相关关系不正常，因此，移至步骤ST4。

接着，在步骤ST4中，使用通知部25将旋翼单元11的异常通知给操纵者。作为该旋翼单元11的异常的具体例，可例举出马达111b和112b的异常、桨距角调整部111c和112c的异常、管道113的异常、各传感器(转速传感器111d、112d；电流传感器111e、112e；桨距角传感器111g、112g)的异常等。

效果

如上所述，在本实施方式中，基于实际运转时的相关关系和积累于数据库22a的正常运转时的相关关系来检测旋翼单元11的异常，由此，因为在同轴上配置的螺旋桨111a和112a会在运转时相互影响，所以能使用运转时的相关关系适当地检测异常。即，能使用螺旋桨111a和112a的运转时的相关关系来检测各种异常。

此外，在本实施方式中，在旋翼单元11设有管道113，在管道113内配置有螺旋桨111a和112a。因此，当管道113损伤而气流发生变化时，螺旋桨111a和112a的运转时的相关关系会发生变化从而能检测到异常。因此，能检测到仅通过个别地监视螺旋桨111a和112a的运转无法检测到的异常(例如管道113的异常)。

其他实施方式

需要说明的是，本次公开的实施方式在所有方面都是举例示出的，并不作为限定性解释的依据。因此，本发明的技术范围并非仅由上述实施方式来解释，而是基于权利要求书的记载来划定的。此外，在本发明的技术范围内包括与权利要求书等同的意思和范围内的所有变更。

例如，在上述实施方式中，示出了飞行体1为无人旋翼机的例子，但并不限于此，飞行体也可以是有人旋翼机。在该情况下，控制器可以一体地设置于飞行体。

具体而言，也可以像图4所示的第一变形例的飞行体200那样，设有具有上述的旋翼控制部12和控制器2的功能的控制部201。控制部201被配置为：控制旋翼单元11来控制飞行体200的飞行，并且基于相关关系(运转状态)来检测旋翼单元11的异常。该控制部201包括：运算部201a、存储部201b、操纵部23以及通知部25。运算部201a被配置为：通过基于存储于存储部201b的各种控制程序、映射图等来执行运算处理，由此对控制部201进行控制。在存储部201b中存储有各种控制程序、执行该各种控制程序时所参照的映射图等。此外，在存储部201b中储存有数据库22a。需要说明的是，控制部201是本发明的“异常检测装置”和“控制装置”的一个例子，运算部201a是本发明的“检测部”和“控制部”的一个例子。

此外，在上述实施方式中，示出了在旋翼单元11设有管道113的例子，但并不限于此，也可以不在旋翼单元设置管道。

此外，在上述实施方式中，示出了设有桨距角调整部111c和112c、飞行体1为可变桨距机(variable pitch machine)的例子，但并不限于此，也可以不设有桨距角调整部而飞行体为固定桨距机(fixed pitch machine)。在该情况下，可以不将螺旋桨的桨距角设定为数据库的项目。

此外，在上述实施方式中，示出了数据库22a储存于控制器2的例子，但并不限于此，可以设为：数据库储存于服务器装置(省略图示)，控制器与该服务器装置进行通信来与数据库进行对照。

此外，在上述实施方式中，示出了旋翼控制部12将各传感器的检测结果发送至控制器2而控制器2基于各传感器的检测结果计算出运转状态的例子，但并不限于此，可以设为：旋翼控制部基于各传感器的检测结果计算出运转状态并将该运转状态发送至控制器2。

此外，在上述实施方式中，示出了将马达111b和112b的转速、马达111b和112b的转矩、螺旋桨111a和112a的桨距角设定为数据库22a的项目的例子，但并不限于此，可以将马达的转速、马达的转矩以及螺旋桨的桨距角中的至少任一个设定为数据库的项目。

此外，在上述实施方式中，示出了基于旋翼单元11的六个传感器值计算出运转状态(比较用数据)的例子，但并不限于此，可以将电压传感器等其他传感器的检测结果一并考虑在内来计算运转状态。

此外，在上述实施方式中，示出了基于电流传感器111e(112e)的检测结果来计算马达111b(112b)的转矩的例子，但并不限于此，也可以设有检测马达的转矩的转矩传感器。

此外，在上述实施方式中，示出了将实际运转时的相关关系与数据库22a进行对照来检测旋翼单元11的异常的例子，但并不限于此，也可以将实际运转时的相关关系代入评价算式中来检测旋翼单元11的异常。

此外，在上述实施方式中，示出了将正常运转时的相关关系积累于数据库22a的例子，但并不限于此，也可以将异常运转时的相关关系积累于数据库。在该情况下，在与异常时的运转方式一致的情况下判断为异常。此外，在与积累于数据库的异常时的运转方式对应地记录有该异常的原因的情况下，能确定异常的原因。例如，将管道异常时的运转方式积累于数据库，在符合该运转方式的情况下，能检测为管道异常。需要说明的是，也可以将正常运转时的相关关系和异常运转时的相关关系双方都积累于数据库。

此外，在上述实施方式中，示出了使用传感器值的瞬时数据来检测异常的例子，但并不限于此，也可以使用传感器值的时间序列数据来检测异常。根据这样的构成，即使在加减速时发生响应延迟、在稳定飞行时发生数据的波动的情况下，也能进行准确的异常检测。

此外，也可以像图5所示的上述实施方式的第二变形例那样，在检测到旋翼单元11的异常的情况下，进行异常时控制。图5的步骤ST11～ST13与图3的步骤ST1～ST3相同，省略其说明。在图5的步骤ST14中，通过控制器2来指示飞行体1进行异常时控制。作为异常时控制的一个例子，可例举出：使被检测到异常的旋翼单元11停止而使用其他正常的旋翼单元11继续飞行、转移到紧急降落模式并以最低限度的控制进行着陆、使旋翼控制部12复位来谋求正常化等。

此外，也可以像图6所示的上述实施方式的第三变形例那样，在检测到旋翼单元11的异常的情况下进行异常原因的区分。图6的步骤ST21～ST23与图3的步骤ST1～ST3相同，省略其说明。在图6的步骤ST24中，通过控制器2来指示飞行体1进行判别控制。作为该判别控制的一个例子，可例举出：使马达111b或112b暂时停止、暂时将螺旋桨111a或112a的桨距角设为零等。接着，在步骤ST25中，判断传感器值是否有变化。然后，在判断为传感器值有变化的情况下，在步骤ST26中判断为设备侧(马达111b、112b；桨距角调整部111c、112c)的异常，转移到紧急降落模式。另一方面，在判断为传感器值没有变化的情况下，在步骤ST27中判断为传感器侧(转速传感器111d、112d；电流传感器111e、112e；桨距角传感器111g、112g)的异常，旋翼控制部12被复位。

本发明能用于检测多个旋翼在同轴上配置的旋翼单元的异常的异常检测装置及控制装置。

Claims (5)

1.一种旋翼单元的异常检测装置，所述旋翼单元包括在同轴上配置的多个旋翼，所述异常检测装置的特征在于，

包括控制器，所述控制器被配置为：

获取关于与所述多个旋翼相关的运转参数的正常运转时的相关关系以及异常运转时的相关关系中的至少任一方，并且，

基于所述正常运转时的相关关系以及所述异常运转时的相关关系中的至少任一方和与所述多个旋翼相关的运转参数的实际运转时的相关关系，来检测所述旋翼单元的异常。

2.根据权利要求1所述的异常检测装置，其特征在于，

所述旋翼单元包括管道，

并且，所述多个旋翼配置于所述管道内。

3.根据权利要求1或2所述的异常检测装置，其特征在于，

所述运转参数包括使所述旋翼旋转的马达的转速。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的异常检测装置，其特征在于，

所述旋翼单元被配置为变更所述旋翼的桨距角，

并且，所述运转参数包括所述旋翼的桨距角。

5.一种飞行体的控制装置，所述飞行体包括多个旋翼单元，所述旋翼单元分别包括在同轴上配置的多个旋翼，所述控制装置的特征在于，

包括控制器，所述控制器被配置为：

获取关于与所述多个旋翼相关的运转参数的正常运转时的相关关系以及异常运转时的相关关系中的至少任一方，

基于所述正常运转时的相关关系以及所述异常运转时的相关关系中的至少任一方和与所述多个旋翼相关的运转参数的实际运转时的相关关系，来检测所述旋翼单元的异常，并且，

在检测到所述旋翼单元的异常的情况下，进行异常时控制。

Images