CN111959821A - 一种多旋翼飞行器的异常姿态检测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多旋翼飞行器的异常姿态检测系统和方法，该系统包括控制器和呈十字状分布的飞行姿态采集模块；所述飞行姿态采集模块包含有陀螺仪传感器以及与多旋翼飞行器的电机连轴设置的第一编码器，所述陀螺仪传感器位于第一编码器的上方，所述陀螺仪传感器与第一编码器之间设置有隔离橡胶垫，所述陀螺仪传感器和第一编码器均与隔离橡胶垫固定连接，所述陀螺仪传感器的一侧设置有用于与多旋翼飞行器固定连接的连接杆，所述连接杆一端设置有护罩体，所述陀螺仪传感器、隔离橡胶垫和第一编码器均插入护罩体内；该多旋翼飞行器的异常姿态检测系统操作简便、成本低廉而且实验室环境下也能稳定性测试。

Description

一种多旋翼飞行器的异常姿态检测系统和方法

技术领域

本发明涉及一种多旋翼飞行器的异常姿态检测系统和方法。

背景技术

目前，在多旋翼飞行器开发测试阶段，因为仿真实验平台的大量缺乏，经常由于复发性故障导致飞行器传感器饱和，使飞行器意外事故频频发生。其次，国家颁布的限制飞行区域、天气影响和远距离数据传输的数据包缺失等问题均对室外飞行产生限制和影响件。因此，行业内亟待设计一套操作简便、成本低廉的实验室环境下稳定性测试平台。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种操作简便、成本低廉而且实验室环境下也能稳定性测试的多旋翼飞行器的异常姿态检测系统和方法。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种多旋翼飞行器的异常姿态检测系统，包括控制器和呈十字状分布的飞行姿态采集模块；所述飞行姿态采集模块包含有陀螺仪传感器以及与多旋翼飞行器的电机连轴设置的第一编码器，所述陀螺仪传感器位于第一编码器的上方，所述陀螺仪传感器与第一编码器之间设置有隔离橡胶垫，所述陀螺仪传感器和第一编码器均与隔离橡胶垫固定连接，所述陀螺仪传感器的一侧设置有用于与多旋翼飞行器固定连接的连接杆，所述连接杆一端设置有护罩体，所述陀螺仪传感器、隔离橡胶垫和第一编码器均插入护罩体内，所述连接杆与护罩体为一体式设置，所述第一编码器外表面设置有外螺纹，所述护罩体的内壁上设置有与外螺纹相配对的内螺纹，所述第一编码器通过外螺纹和内螺纹与护罩体可拆卸连接，所述陀螺仪传感器和第一编码器均与控制器电性连接。

作为优选，所述连接杆另一端设置有用于搭载在多旋翼飞行器的旋翼梁上的连接板，所述连接板上设置有用于夹住多旋翼飞行器的旋翼梁的夹具，通过配置有夹具，可以夹住旋翼梁，使得探测时具有较好的稳定性，避免连接杆脱落。

作为优选，还包含有底板，所述底板上设置有拉力计，所述拉力计设置有四个，所述拉力计呈十字状分布，所述拉力计的输入端均连有收线器，所述收线器内设置有拉绳，所述收线器的一侧设置有第二编码器，所述收线器的转轴与第二编码器的输入轴连轴设置，所述第二编码器与收线器固定连接，所述第二编码器和拉力计均与控制器电性连接，通过设置有拉力计和第二编码器，不仅能够探测到收线器中的出线长度，同时还能探测到拉绳的拉力值，以便以提供更多的数据以确定姿态。

作为优选，所述夹具下方设置有与拉绳相配对的连接环，所述连接环与夹具为一体式设置，通过配置有连接环，可以方便工作人员设置拉绳，提升便捷性。

作为优选，所述底板上设置有导轨，所述导轨与底板固定连接，所述导轨设置有四个，所述导轨呈十字状分布，所述导轨上均设置有滑块，所述滑块与导轨滑动连接，所述拉力计安装于滑块上，所述滑块和导轨上均设置有限位孔，所述限位孔内插入有U型限位条，所述滑块通过U型限位条在导轨上定位，通过配置有导轨，可以方便工作人员根据实际情况而调节各个拉力计的位置，灵活性好。

本发明还提供一种多旋翼飞行器的异常姿态检测系统的工作方法，包括以下步骤：

1)将每个拉绳对应捆绑住一个连接环；

2)多旋翼飞行器在飞行时第一编码器探测与其对应电机的转速，并将各个电机的转速反馈给控制器；

3)多旋翼飞行器在飞行时陀螺仪传感器对每个电机的加速度值进行检测，并将数据反馈给控制器；

4)多旋翼飞行器在垂直升降时，最少转速的电机与最大转速的电机差值大于设定的阈值且电机的加速度值均不一致，则判断为垂直升降姿态异常，将此时各个拉力计探测到的拉力值和各个第二编码器探测到的线长进行记录；

多旋翼飞行器在非垂直升降的空中运作时，转速最为相近的两个电机其转速差值大于设定的阈值且这两个电机的加速度差值也大于设定的阈值，则判断为非垂直升降的空中运作姿态异常，将此时各个拉力计探测到的拉力值和各个第二编码器探测到的线长进行记录；

5)工作人员根据拉力值复核判断结果。

本发明的有益效果为：通过采用了编码器、陀螺仪传感器以及拉力计探测无人机在特定运动中的数据，比如，可以获取各个电机的转速、三维线加速度、三维角速度以及飞行高度，最后根据数据判断无人机的运动姿态是否出现异常，操作简便、成本低廉而且实验室环境下也能稳定性测试。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种多旋翼飞行器的异常姿态检测系统的整体结构示意图。

图2为本发明一种多旋翼飞行器的异常姿态检测系统的护罩体内的结构示意图。

图中：

1、陀螺仪传感器；2、第一编码器；3、隔离橡胶垫；4、连接杆；5、护罩体；6、连接板；7、夹具；8、底板；9、拉力计；10、收线器；11、拉绳；12、第二编码器；13、连接环；14、导轨；15、滑块；16、U型限位条。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在实施例中，需要理解的是，术语“中间”、“上”、“下”、“顶部”、“右侧”、“左端”、“上方”、“背面”、“中部”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

另外，在本具体实施方式中如未特别说明部件之间的连接或固定方式，其连接或固定方式均可为通过现有技术中常用的螺栓固定，或钉销固定，或销轴连接，或粘合固定，或铆接固定等常规方式，因此，在实施例中不在详述。

实施例

如图1-2所示，一种多旋翼飞行器的异常姿态检测系统，包括控制器(未图示)和呈十字状分布的飞行姿态采集模块；

所述飞行姿态采集模块包含有陀螺仪传感器1以及与多旋翼飞行器的电机连轴设置的第一编码器2，所述陀螺仪传感器1位于第一编码器2的上方，所述陀螺仪传感器1与第一编码器2之间设置有隔离橡胶垫3，所述陀螺仪传感器1和第一编码器2均与隔离橡胶垫3固定连接，所述陀螺仪传感器1的一侧设置有用于与多旋翼飞行器固定连接的连接杆4，所述连接杆4一端设置有护罩体5，所述陀螺仪传感器1、隔离橡胶垫3和第一编码器2均插入护罩体5内，所述连接杆4与护罩体5为一体式设置，所述第一编码器2外表面设置有外螺纹(未图示)，所述护罩体5的内壁上设置有与外螺纹相配对的内螺纹，所述第一编码器2通过外螺纹和内螺纹与护罩体可拆卸连接，所述陀螺仪传感器1和第一编码器2均与控制器电性连接。

其中，多旋翼飞行器的电机也是呈十字状分布的，因此多旋翼飞行器有四个电机。

在本实施例中，所述连接杆4另一端设置有用于搭载在多旋翼飞行器的旋翼梁上的连接板6，所述连接板6上设置有用于夹住多旋翼飞行器的旋翼梁的夹具7，通过配置有夹具7，可以夹住旋翼梁，使得探测时具有较好的稳定性，避免连接杆4脱落。

在本实施例中，还包含有底板8，所述底板8上设置有拉力计9，所述拉力计9设置有四个，所述拉力计9呈十字状分布，所述拉力计9的输入端均连有收线器10，所述收线器10内设置有拉绳11，所述收线器10的一侧设置有第二编码器12，所述收线器10的转轴与第二编码器12的输入轴连轴设置，所述第二编码器12与收线器10固定连接，所述第二编码器12和拉力计9均与控制器电性连接，通过设置有拉力计9和第二编码器12，不仅能够探测到收线器10中的出线长度，同时还能探测到拉绳的拉力值，以便以提供更多的数据以确定姿态。在对多旋翼飞行器进行检测时，本异常姿态检测系统通过拉绳11和对多旋翼飞行器连接。

在本实施例中，所述夹具7下方设置有与拉绳相配对的连接环13，所述连接环13与夹具7为一体式设置，通过配置有连接环13，可以方便工作人员设置拉绳，提升便捷性。

在本实施例中，所述底板8上设置有导轨14，所述导轨14与底板8固定连接，所述导轨14设置有四个，所述导轨14呈十字状分布，所述导轨14上均设置有滑块15，所述滑块15与导轨14滑动连接，所述拉力计9安装于滑块15上，所述滑块15和导轨14上均设置有限位孔(未图示)，所述限位孔内插入有U型限位条16，所述滑块15通过U型限位条16在导轨14上定位，通过配置有导轨14，可以方便工作人员根据实际情况而调节各个拉力计的位置，灵活性好。

本发明还提供一种多旋翼飞行器的异常姿态检测系统的工作方法，包括以下步骤：

1)将每个拉绳对应捆绑住一个连接环；

2)多旋翼飞行器在飞行时第一编码器探测与其对应电机的转速，并将各个电机的转速反馈给控制器；

3)多旋翼飞行器在飞行时陀螺仪传感器对每个电机的加速度值进行检测，并将数据反馈给控制器；

4)多旋翼飞行器在垂直升降时，最少转速的电机与最大转速的电机差值大于5％且电机的加速度值均不一致，则判断为垂直升降姿态异常，将此时各个拉力计探测到的拉力值和各个第二编码器探测到的线长进行记录；

多旋翼飞行器在非垂直升降的空中运作时，转速最为相近的两个电机其转速差值大于5％且这两个电机的加速度差值也大于3％，则判断为非垂直升降的空中运作姿态异常，将此时各个拉力计探测到的拉力值和各个第二编码器探测到的线长进行记录；

5)工作人员根据拉力值复核判断结果。

本发明的有益效果为：通过采用了编码器、陀螺仪传感器以及拉力探测无人机在特定运动中的数据，比如可以获取各个电机的转速、三维线加速度、三维角速度以及飞行高度，最后根据数据判断无人机的运动姿态是否出现异常，操作简便、成本低廉而且实验室环境下也能稳定性测试。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多旋翼飞行器的异常姿态检测系统，其特征在于：包括控制器和呈十字状分布的飞行姿态采集模块；

所述飞行姿态采集模块包含有陀螺仪传感器以及与多旋翼飞行器的电机连轴设置的第一编码器，所述陀螺仪传感器位于第一编码器的上方，所述陀螺仪传感器与第一编码器之间设置有隔离橡胶垫，所述陀螺仪传感器和第一编码器均与隔离橡胶垫固定连接，所述陀螺仪传感器的一侧设置有用于与多旋翼飞行器固定连接的连接杆，所述连接杆一端设置有护罩体，所述陀螺仪传感器、隔离橡胶垫和第一编码器均插入护罩体内，所述连接杆与护罩体为一体式设置，所述第一编码器外表面设置有外螺纹，所述护罩体的内壁上设置有与外螺纹相配对的内螺纹，所述第一编码器通过外螺纹和内螺纹与护罩体可拆卸连接，所述陀螺仪传感器和第一编码器均与控制器电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种多旋翼飞行器的异常姿态检测系统，其特征在于：所述连接杆另一端设置有用于搭载在多旋翼飞行器的旋翼梁上的连接板，所述连接板上设置有用于夹住多旋翼飞行器的旋翼梁的夹具。

3.根据权利要求2所述的一种多旋翼飞行器的异常姿态检测系统，其特征在于：还包含有底板，所述底板上设置有拉力计，所述拉力计设置有四个，所述拉力计呈十字状分布，所述拉力计的输入端均连有收线器，所述收线器内设置有拉绳，所述收线器的一侧设置有第二编码器，所述收线器的转轴与第二编码器的输入轴连轴设置，所述第二编码器与收线器固定连接，所述第二编码器和拉力计均与控制器电性连接。

4.根据权利要求3所述的一种多旋翼飞行器的异常姿态检测系统，其特征在于：所述夹具下方设置有与拉绳相配对的连接环，所述连接环与夹具为一体式设置。

5.根据权利要求4所述的一种多旋翼飞行器的异常姿态检测系统，其特征在于：所述底板上设置有导轨，所述导轨与底板固定连接，所述导轨设置有四个，所述导轨呈十字状分布，所述导轨上均设置有滑块，所述滑块与导轨滑动连接，所述拉力计安装于滑块上，所述滑块和导轨上均设置有限位孔，所述限位孔内插入有U型限位条，所述滑块通过U型限位条在导轨上定位。

6.一种多旋翼飞行器的异常姿态检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将每个拉绳对应捆绑住一个连接环；

2)多旋翼飞行器在飞行时第一编码器探测与其对应电机的转速，并将各个电机的转速反馈给控制器；

3)多旋翼飞行器在飞行时陀螺仪传感器对每个电机的加速度值进行检测，并将数据反馈给控制器；

4)多旋翼飞行器在垂直升降时，最少转速的电机与最大转速的电机差值大于设定的阈值且电机的加速度值均不一致，则判断为垂直升降姿态异常，将此时各个拉力计探测到的拉力值进行记录；

多旋翼飞行器在非垂直升降的空中运作时，转速最为相近的两个电机其转速差值大于设定的阈值且这两个电机的加速度差值也大于设定的阈值，则判断为非垂直升降的空中运作姿态异常，将此时各个拉力计探测到的拉力值进行记录；

5)工作人员根据拉力值复核判断结果。

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