CN111047852B - 无人机操作指令时延的检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机操作指令时延的检测装置，包括：激光位移传感器，用于捕捉无人机遥控器操作手柄的动作时刻；高速光纤传感器，用于捕捉无人机电机转速变化的动作时刻；控制器，用于记录激光位移传感器捕获的无人机遥控器操作手柄的动作时刻和高速光纤传感器捕获的电机转速变化的动作时刻，并计算无人机遥控器操作手柄的动作时刻和电机转速变化的动作时刻的时间差；触摸屏，用于显示无人机操作指令时延的检测界面，通过触摸屏操作检测界面，控制无人机操作指令时延的检测过程，并显示检测结果，解决现有技术不能实现无人机起飞后的动态测试，且不满足电力行业相关标准规定的无人机数据链路操作指令时延指标ms级测量精度要求的问题。
Description
技术领域
本申请涉及输电线路巡检用无人机数据链路系统的功能和性能检测领域，具体涉及一种无人机操作指令时延的检测装置，同时涉及一种无人机操作指令时延的检测方法。
背景技术
随着社会经济发展，电网设备规模快速发展，2018年公司110(66)千伏及以上架空输电线路长度已达99.2万公里。针对传统人工巡检方式难以适应度电网高质量发展需求，电力行业各单位正在大力推广无人机应用，建立无人机技术标准、试验检测、关键技术攻克、人员培训等技术支撑体系，持续提升输电运检智能水平。
根据《国家电网有限公司架空输电线路无人机智能巡检作业体系建设三年工作计划(2019-2021年)》，计划到2021年，示范单位无人机配置率不低于2架/百公里，三华地区无人机配置率不低于1.5架/百公里，其他地区无人机配置率不低于1架/百公里。因此，继续完善提升输电线路无人机巡检系统试验检测能力，加强无人机配置，严把设备质量关，是目前和未来无人机巡检应用的重点工作任务之一。
目前，依托国网特高压交流试验基地，已建成输电线路无人机巡检系统性能试验场，取得国内电力行业首个无人机CNAS/CMA认证资质，常态化承担无人机巡检系统性能试验检测工作。
在无人机巡检实际应用中，易出现操作指令时延等问题，各应用单位均提出了较为迫切的检测需求。但中国电科院牵头编制电力行业标准DL/T1578-2016《架空输电线路无人直升机巡检系统》时，由于当时技术水平限制，尚未解决操作指令时延的量化检测问题。
随着技术进步和不断探索研究，目前从技术上可实现输电线路无人机巡检系统操作指令时延的量化检测。因此，亟需在现有检测能力基础上，开展无人机数据链路系统操作指令时延检测设备研制及检测方法研究。
关于巡检无人机操作指令时延测试，以往主要采用手机秒表的静态测试方法，难以实现无人机起飞后的动态测试，且不满足电力行业相关标准规定的ms级测量精度要求。
发明内容
本申请提供一种无人机操作指令时延的检测装置及方法，解决现有技术不能实现无人机起飞后的动态测试，且不满足电力行业相关标准规定的无人机数据链路操作指令时延指标ms级测量精度要求的问题。
本申请提供一种无人机操作指令时延的检测装置，包括：激光位移传感器、高速光纤传感器、控制器，以及触摸屏；
激光位移传感器，用于捕捉无人机遥控器操作手柄的动作时刻；
高速光纤传感器，用于捕捉无人机电机转速变化的动作时刻；
控制器，用于记录激光位移传感器捕获的无人机遥控器操作手柄的动作时刻和高速光纤传感器捕获的无人机电机转速变化的动作时刻，并计算无人机遥控器操作手柄的动作时刻和无人机电机转速变化的动作时刻的时间差；
触摸屏，用于显示无人机操作指令时延的检测界面，通过触摸屏操作检测界面，控制无人机操作指令时延的检测过程，并显示检测结果。
优选的，所述激光位移传感器，安装于无人机遥控器操作手柄外表面上。
优选的，所述高速光纤传感器，安装于无人机电机外壳上。
优选的，在所述电机外壳为黑色时所述高速光纤传感器为白色反光条；在所述电机外壳为灰色或金属色外壳时，所述高速光纤传感器为黑色反光条。
优选的，所述白色反光条或黑色白光条为多个，均匀分布于电机外壳上。
优选的，所述控制器，计算无人机遥控器操作手柄的动作时刻和无人机电机转速变化的动作时刻的时间差，为无人机操作指令时延，并将所述时延发送至触摸屏进行显示。
优选的，所述控制器为可编程逻辑控制器。
本申请同时提供一种无人机操作指令时延的检测方法，包括：
捕获无人机遥控器操作手柄的动作时刻和无人机电机转速变化的动作时刻；
记录激光位移传感器捕获的无人机遥控器操作手柄的动作时刻和高速光纤传感器捕获的无人机电机转速变化的动作时刻；计算无人机遥控器操作手柄的动作时刻和无人机电机转速变化的动作时刻的时间差，所述时间差为无人机操作指令时延。
优选的，所述捕获无人机遥控器操作手柄的动作时刻和无人机电机转速变化的动作时刻，包括：
通过激光位移传感器捕捉无人机遥控器操作手柄的动作时刻；
通过高速光纤传感器捕捉无人机电机转速变化的动作时刻。
优选的，记录激光位移传感器捕获的无人机遥控器操作手柄的动作时刻和高速光纤传感器捕获的无人机电机转速变化的动作时刻；计算无人机遥控器操作手柄的动作时刻和无人机电机转速变化的动作时刻的时间差，包括：
可编程逻辑控制器记录激光位移传感器捕获的无人机遥控器操作手柄的动作时刻和高速光纤传感器捕获的无人机电机转速变化的动作时刻；
可编程逻辑控制器计算无人机遥控器操作手柄的动作时刻和无人机电机转速变化的动作时刻的时间差；所述时间差为无人机操作指令时延；
可编程逻辑控制器将所述时延发送至触摸屏进行显示。
本申请提供一种无人机操作指令时延的检测装置及方法，具备无人机操作指令时延的定量化检测功能，测试精度在ms级，满足电力行业相关标准规定的无人机数据链路操作指令时延指标要求。
附图说明
图1是本申请提供的一种无人机操作指令时延的检测装置示意图；
图2为本申请提供的一种无人机操作指令时延的检测方法的流程示意图；
图3是本申请涉及的一种无人机操作指令时延检测功能界面示意图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
一种无人机操作指令时延的检测装置，如图1所示，包括：激光位移传感器、高速光纤传感器、控制器，以及触摸屏；
激光位移传感器，用于捕捉无人机遥控器操作手柄的动作时刻；
高速光纤传感器，用于捕捉无人机电机转速变化的动作时刻；
控制器，用于记录激光位移传感器捕获的无人机遥控器操作手柄的动作时刻和高速光纤传感器捕获的无人机电机转速变化的动作时刻，并计算无人机遥控器操作手柄的动作时刻和无人机电机转速变化的动作时刻的时间差；
触摸屏，用于显示无人机操作指令时延的检测界面，通过触摸屏操作检测界面，控制无人机操作指令时延的检测过程，并显示检测结果。
激光位移传感器，安装于无人机遥控器操作手柄外表面上。
高速光纤传感器，安装于无人机电机外壳上。在电机外壳为黑色时所述高速光纤传感器为白色反光条；在电机外壳为灰色或金属色外壳时，所述高速光纤传感器为黑色反光条。白色反光条或黑色白光条为多个，均匀分布于电机外壳上。
控制器，计算无人机遥控器操作手柄的动作时刻和无人机电机转速变化的动作时刻的时间差，为无人机操作指令时延，并将所述时延发送至触摸屏进行显示。控制器为可编程逻辑控制器。
对于无人机操作指令时延检测，有两种方案：
1、直接法：通过飞行器和遥控器的通信接口提取操作指令，并解析指令，从遥控器发射操作指令开始计时，到飞行器收到操作指令计时终止，二者时间差即为操作指令时延。但由于各种无人机厂家出于对自己知识产权的保护、以及对飞行安全的考虑，厂家不会在遥控器和飞行器上预留操作指令专用通信接口，更不会公开操作指令代码，如果用户随意更改操作指令，很容易发生飞行事故。所以直接法测试操作指令时延不可行。
2、间接法：间接法不需要提取并解析操作指令，只需要测试遥控器发出操作指令的动作时刻，以及飞行器做出响应的动作时刻，从遥控器发出操作指令动作开始计时，到飞行器收到指令做出响应动作计时终止，二者时间差即为操作指令时延。而且间接法测试的操作指令时延更加客观，因为间接法把飞行器接收操作指令到做出响应动作的这一段时间也考虑进去了，这一点是直接法做不到的。
本申请采用间接法，其优势在于不用拆机，也不用解析操作指令，而仅仅只需捕捉到遥控器操作手柄的动作时刻，以及无人机做出响应的动作时刻，对于遥控器和飞行器来说，属于无损检测。
图1中，通过激光位移传感器捕捉遥控器操作手柄的动作时刻，以及通过高速光纤传感器捕捉飞行器电机转速变化的动作时刻，控制器采用西门子PLC(可编程逻辑控制器)，操作界面采用西门子Smart Line 1000触摸屏。
对遥控器操作手柄(推杆)动作时刻的捕捉，为了避免拆开遥控器，本方案在遥控器的推杆旁边粘贴外置的激光位移传感器，对推杆的位移信号进行读取，推杆动作时，激光位移传感器的漫反射信号会发生变化，计时开始；当飞行器收到遥控器操作指令后，电机转速发生变化时，计时终止，二者时间差，就是无人机的操作指令时延。
具体的，无人机操作指令时延的检测方法，其流程如图2所示，包括：
步骤S101，捕获无人机遥控器操作手柄的动作时刻和无人机电机转速变化的动作时刻；
步骤S102，记录激光位移传感器捕获的无人机遥控器操作手柄的动作时刻和高速光纤传感器捕获的无人机电机转速变化的动作时刻；计算无人机遥控器操作手柄的动作时刻和无人机电机转速变化的动作时刻的时间差，所述时间差为无人机操作指令时延。
其中，获无人机遥控器操作手柄的动作时刻和无人机电机转速变化的动作时刻，包括：通过激光位移传感器捕捉无人机遥控器操作手柄的动作时刻；通过高速光纤传感器捕捉无人机电机转速变化的动作时刻。可编程逻辑控制器记录激光位移传感器捕获的无人机遥控器操作手柄的动作时刻和高速光纤传感器捕获的无人机电机转速变化的动作时刻；同时，可编程逻辑控制器计算无人机遥控器操作手柄的动作时刻和无人机电机转速变化的动作时刻的时间差；所述时间差为无人机操作指令时延；最后，可编程逻辑控制器将所述时延发送至触摸屏进行显示。
对外转子电机进行测速有两种可行方案：一是霍尔传感器测速，二是激光漫反射测速。霍尔传感器的磁感应距离一般都可以达到2～3cm，但是因为外转子电机的外壳漏磁很弱，经过实际操作发现霍尔传感器的感应距离只有1～2mm左右，如此近的距离给霍尔传感器的安装和调试带来极大困难，很容易和电机外壳发生触碰和摩擦。相比之下，激光漫反射测速则可以在3～10cm范围都很容易实现，安装调试也很方便，所以本方案选择激光漫反射测速，采用高速光纤测速传感器。
激光漫反射测速首先要在电机外壳转动时，能够对激光反射形成比较大反差。对于黑色外壳电机，要粘贴白色反光条；对于灰色或金属色外壳，则要粘贴黑条。为了确保电机每转一圈，白条或黑条的时间间隔相等，所以如果粘贴的白条(或黑条)不只一个，则要保证尽可能的均匀分布在电机外壳上，呈180°(2个)、90°(4个)、45°(8个)……均匀分布，从理论上讲，粘贴的反光条(或黑条)越多，则电机测速的精度就越高，捕捉电机转速变化的时间点也就越精确。
为了将时延测量精度控制在毫秒级，对于电机转速信号的测量，以大疆悟2无人机为例，其直流无刷电机的KV值是460，6S锂电池的电压是22.8V(3.8V/S)，所以电机最高转速约为460×22.8＝10488rpm，每一秒的转速约为175转/秒，如果直接对旋翼进行测速，则双叶旋翼的最高频率约为350Hz，这个频率可能会带来2.8ms的延时误差。考虑到无人机的电机均为外转子电机，所以本方案通过在外转子上粘贴激光标签的办法，让外转子一圈输出多达4到8个脉冲信号，大大提高电机转速的测试精度，从而把延时测量误差控制在毫秒级的精度。
采用本发明提供的一种无人机操作指令时延的检测装置及方法，对样品四旋翼无人机分别进行了操作指令时延检测，检测结果如图3所示，操作指令传输时延为25.6ms，测试精度为ms级。
本申请提供一种无人机操作指令时延的检测装置及方法，具备无人机遥控遥测操作指令时延的定量化检测功能，测试精度在ms级，满足电力行业相关标准规定的无人机数据链路操作指令时延指标要求。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种无人机操作指令时延的检测装置，其特征在于，包括：激光位移传感器、高速光纤传感器、控制器，以及触摸屏；
激光位移传感器，用于捕捉无人机遥控器操作手柄的动作时刻；在遥控器的推杆旁边粘贴外置的激光位移传感器，对推杆的位移信号进行读取，推杆动作时，激光位移传感器的漫反射信号会发生变化，计时开始；
高速光纤传感器，用于捕捉无人机电机转速变化的动作时刻；当飞行器收到遥控器操作指令后，电机转速发生变化时，计时终止；
控制器，用于记录激光位移传感器捕获的无人机遥控器操作手柄的动作时刻和高速光纤传感器捕获的无人机电机转速变化的动作时刻，并计算无人机遥控器操作手柄的动作时刻和无人机电机转速变化的动作时刻的时间差；
触摸屏，用于显示无人机操作指令时延的检测界面，通过触摸屏操作检测界面，控制无人机操作指令时延的检测过程，并显示检测结果。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光位移传感器，安装于无人机遥控器操作手柄外表面上。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高速光纤传感器，安装于无人机电机外壳上。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，在所述电机外壳为黑色时所述高速光纤传感器为白色反光条；在所述电机外壳为灰色或金属色外壳时，所述高速光纤传感器为黑色反光条。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述白色反光条或黑色白光条为多个，均匀分布于电机外壳上。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器，计算无人机遥控器操作手柄的动作时刻和无人机电机转速变化的动作时刻的时间差，为无人机操作指令时延，并将所述时延发送至触摸屏进行显示。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器为可编程逻辑控制器。
8.一种无人机操作指令时延的检测方法，其特征在于，包括：
捕获无人机遥控器操作手柄的动作时刻和无人机电机转速变化的动作时刻包括：激光位移传感器，用于捕捉无人机遥控器操作手柄的动作时刻；在遥控器的推杆旁边粘贴外置的激光位移传感器，对推杆的位移信号进行读取，推杆动作时，激光位移传感器的漫反射信号会发生变化，计时开始；高速光纤传感器，用于捕捉无人机电机转速变化的动作时刻；当飞行器收到遥控器操作指令后，电机转速发生变化时，计时终止；
记录激光位移传感器捕获的无人机遥控器操作手柄的动作时刻和高速光纤传感器捕获的无人机电机转速变化的动作时刻；计算无人机遥控器操作手柄的动作时刻和无人机电机转速变化的动作时刻的时间差，所述时间差为无人机操作指令时延。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述捕获无人机遥控器操作手柄的动作时刻和无人机电机转速变化的动作时刻，包括：
通过激光位移传感器捕捉无人机遥控器操作手柄的动作时刻；
通过高速光纤传感器捕捉无人机电机转速变化的动作时刻。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，记录激光位移传感器捕获的无人机遥控器操作手柄的动作时刻和高速光纤传感器捕获的无人机电机转速变化的动作时刻；计算无人机遥控器操作手柄的动作时刻和无人机电机转速变化的动作时刻的时间差，包括：
可编程逻辑控制器记录激光位移传感器捕获的无人机遥控器操作手柄的动作时刻和高速光纤传感器捕获的无人机电机转速变化的动作时刻；
可编程逻辑控制器计算无人机遥控器操作手柄的动作时刻和无人机电机转速变化的动作时刻的时间差；所述时间差为无人机操作指令时延；
可编程逻辑控制器将所述时延发送至触摸屏进行显示。
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