CN204789941U - 一种无人机状态检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种无人机状态检测装置，涉及无人机技术领域，实现了无人机螺旋桨电机的自动检测。具体方案为：无人机状态检测装置，包括：用于检测螺旋桨电机的转速的转速传感器、用于检测所述螺旋桨电机两端的电压的电压传感器、用于检测流经所述螺旋桨电机的电流的电流传感器、控制器以及报警模块；转速传感器的输出端与控制器的第一输入端连接；电压传感器的输出端与控制器的第二输入端连接；电流传感器的输出端与控制器的第三输入端连接；控制器的输出端与报警模块相连。本实用新型用于无人机的故障检测过程中。

Description

一种无人机状态检测装置

技术领域

本实用新型涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机状态检测装置。

背景技术

无人驾驶飞机简称无人机(英文：UnmannedAerialVehicle，简称：UAV)，是一种利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。

无人机具有地质侦察、森林安全隐患巡查、快递运送等一系列用途。在将无人机应用于例如快递运送等商业领域时，需要长时间、高频次的同时使用较大数量的无人机执行相应任务。一般情况下，使用无人机运送快递时，每天将会有大量的无人机往返于各个站点之间。无人机在长时间、高频次工作的过程，其各部件(如螺旋桨、电机和机架等)不可避免的会存在损耗。

无人机各部件的损耗会给无人机的飞行带来安全隐患，尤其是无人机的电机(电机用于带动螺旋桨做圆周运动以克服重力，使得无人机可以在空中飞行)；因此为了保证无人机的安全飞行，维护人员则需要主动地、定期地对每个无人机进行保养维护，即主动地、定期地对每架无人机的各部件(尤其是电机)的性能进行检测，以便于及时维修或进行更换。

采用人工方式主动地、定期地对大量的无人机的电机进行故障检测时，在众多无人机的多个电机(如四旋翼无人机上设置有四个螺旋桨，每一个螺旋桨上都配有带动其转动的电机)中，发现出现问题的电机或存在故障隐患的电机所花费的时间非常大，无人机的维护效率非常低下，维护成本较高。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供一种无人机状态检测装置，可以实现无人机螺旋桨电机的自动检测。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

本实用新型实施例的第一方面，提供一种无人机状态检测装置，包括：用于检测螺旋桨电机的转速的转速传感器、用于检测所述螺旋桨电机两端输入电压的电压传感器、用于检测所述螺旋桨电机输入电流的电流传感器、控制器以及报警模块；

所述转速传感器的输出端与所述控制器的第一输入端连接；

所述电压传感器的输出端与所述控制器的第二输入端连接；

所述电流传感器的输出端与所述控制器的第三输入端连接；

所述控制器的输出端与所述报警模块相连。

本实用新型实施例提供的无人机状态检测装置中，控制器可以根据电压传感器检测到的螺旋桨电机两端的输入电压以及电流传感器检测到的流经螺旋桨电机的输入电流，得到螺旋桨电机的功率；并可以接收转速传感器检测到的螺旋桨电机的转速，然后判断螺旋桨电机在实际运行过程中，螺旋桨电机在一定的转速下工作时，其功率值是否在预设范围内，则可以认为该螺旋桨电机正常工作，若功率值不在预设范围内，则可以认为该螺旋桨电机故障，实现了无人机螺旋桨电机的自动检测。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种无人机状态检测装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种无人机状态检测装置中的控制器的电路实例图；

图3为本实用新型实施例中一螺旋桨电机实际运行过程中，功率随转速的变化曲线图；

图4为本实用新型实施例中另一螺旋桨电机实际运行过程中功率随转速的变化曲线图；

图5为本实用新型实施例中三种不同型号的螺旋桨电机正常运行过程时，功率随转速的变化曲线图；

图6为本实用新型实施例提供的另一种无人机状态检测装置的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的另一种无人机状态检测装置中的控制器的电路实例图；

图8为本实用新型实施例中一螺旋桨电机实际运行过程中的转速加速度变化曲线图；

图9为本实用新型实施例中另一螺旋桨电机实际运行过程中的转速加速度变化曲线图；

图10为本实用新型实施例中一螺旋桨电机正常运行过程时的转速加速度变化曲线图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

另外，本文中术语“系统”和“网络”在本文中常被可互换使用。本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本实用新型提供一种无人机，可以进行无人机的电机的故障自动检测，可以及时发现无人机的电机的故障，有利于维护人员及时对无人机的电机进行维护，以排除安全隐患。

本实用新型实施例中的无人机为无人驾驶飞机的简称，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。从技术角度定义，无人机可以分为：无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机等。

请参考图1，其示出了本实用新型提供的一种无人机状态检测装置的结构示意图。如图1所示，无人机状态检测装置10，包括：用于检测螺旋桨电机的转速的转速传感器11、用于检测螺旋桨电机两端输入电压的电压传感器12、用于检测所述螺旋桨电机输入电流的电流传感器13、控制器14以及报警模块15。

其中，转速传感器11的输出端与控制器14的第一输入端连接；电压传感器12的输出端与控制器14的第二输入端连接；电流传感器13的输出端与控制器14的第三输入端连接；控制器14的输出端与报警模块15相连。

示例性的，转速传感器11可以设置于无人机的螺旋桨电机上，用于实时监测无人机的螺旋桨电机的转速；转速传感器11可以通过有线或者无线的方式与控制器14连接，用于通过有线或者无线的方式向控制器14实时地传输监测到的无人机的螺旋桨电机的转速。

其中，由于螺旋桨电机是由电机驱动器带动运行的，因此电压传感器12通过电机驱动器与螺旋桨电机连接，电流传感器13通过电机驱动器与螺旋桨电机连接。

具体的，如图1所示，电压传感器12与螺旋桨电机连接，且电压传感器12与控制器14连接；电流传感器13与螺旋桨电机连接，且电流传感器13与控制器14连接。

可以想到的是，电压传感器12可以设置于螺旋桨电机和无人机的供电装置(电池)中间，用于实时监测无人机的螺旋桨电机的输入电压；电压传感器12可以通过无线或者有线的方式与控制器14连接，用于将监测到的螺旋桨电机的输入电压传输至控制器14。

电流传感器13可以设置于螺旋桨电机和无人机的供电装置(电池)中间，用于实时监测无人机的螺旋桨电机的输入电流；电流传感器13可以通过无线或者有线的方式与控制器14连接，用于将监测到的螺旋桨电机的输入电流传输至控制器14。

其中，控制器14可以根据转速传感器11实时监测到的螺旋桨电机的转速，通过电机驱动器控制螺旋桨电机采用不同的转速(如200rpm、400rpm……2600rpm)运行；并分别从电压传感器12和电流传感器13获得螺旋桨电机采用相应的转速运行时，螺旋桨电机的输入电压和螺旋桨电机的输入电流；然后依次根据螺旋桨电机采用每个转速运行时，螺旋桨电机的输入电压和螺旋桨电机的输入电流，计算螺旋桨电机采用该转速运行时的功率。这样，控制器14便可以获得该螺旋桨电机的功率随该螺旋桨电机的转速的变化情况。其中，螺旋桨电机的功率为螺旋桨电机的输入电压和螺旋桨电机的输入电流的乘积。

本实用新型实施例提供的无人机状态检测装置及无人机，无人机状态检测装置，包括：用于检测螺旋桨电机的转速的转速传感器、用于检测所述螺旋桨电机两端的电压的电压传感器、用于检测流经所述螺旋桨电机的电流的电流传感器、控制器以及报警模块；转速传感器的输出端与控制器的第一输入端连接；电压传感器的输出端与控制器的第二输入端连接；电流传感器的输出端与控制器的第三输入端连接；控制器的输出端与报警模块相连。

这样，控制器可以根据电压传感器检测到的螺旋桨电机两端的电压以及电流传感器检测到的流经螺旋桨电机的电流，得到螺旋桨电机的功率；并可以接收转速传感器检测到的螺旋桨电机的转速，然后判断螺旋桨电机在实际运行过程中，螺旋桨电机在一定的转速下工作时，其功率值是否在预设范围内，则可以认为该螺旋桨电机正常工作，若功率值不在预设范围内，则可以认为该螺旋桨电机故障，实现了无人机螺旋桨电机的自动检测。

示例性的，在本实用新型实施例的第一种应用场景中，控制器14可以实时的根据转速传感器11上报的螺旋桨电机的转速、电压传感器12上报的螺旋桨电机两端的电压的、电流传感器13上报的流经螺旋桨电机的电流，实现对无人机的螺旋桨电机的实时自动检测。

在第一种应用场景中，请参考图2，其示出了本实用新型提供的一种无人机状态检测装置中的控制器的结构示意图。如图2所示，控制器14可以包括：乘法器141、模数转换器142、编码器143、第一数据选择器144、第二数据选择器145、第一比较器146、第二比较器147和第一异或门148。

其中，控制器14的第二输入端为乘法器141的第一输入端，控制器14的第三输入端为乘法器141的第二输入端；乘法器141的输出端与第一比较器146的第一输入端相连，乘法器141的输出端与第二比较器147的第一输入端相连。

控制器14的第一输入端为模数转换器142的输入端，模数转换器142的输出端与编码器143的输入端连接，编码器143的输出端与第一数据选择器144的地址输入端(包括：C1、C2、C3和C4)连接，编码器143的输出端与第二数据选择器145的地址输入端(包括：C1、C2、C3和C4)连接。

第一数据选择器144的数据输入端(包括：In1、In2、In3和In4)接上限功率基准信号(包括：Vref1、Vref3、Vref5和Vref7)，第二数据选择器145的数据输入端(包括：In5、In6、In7和In8)接下限功率基准信号(包括：Vref2、Vref4、Vref6和Vref8)。

第一数据选择器144的输出端与第一比较器的第二输入端相连，第二数据选择器145的输出端与第二比较器的第二输入端相连。

第一比较器146的输出端与第一异或门148的第一输入端相连，第二比较器147的输出端与第一异或门148的第二输入端相连，第一异或门148的输出端为控制器14的输出端。

进一步的，本实用新型实施例中的第一数据选择器144和第二数据选择器145均可以为四选一数据选择器。

进一步的，在第一种应用场景的第一种实现方式中，第一比较器146的第一输入端为第一比较器146的正向输入端，第一比较器146的第二输入端为第一比较器146的负向输入端；第二比较器147的第一输入端为第二比较器147的正向输入端，第二比较器147的第二输入端为第二比较器147的负向输入端。

在第一种应用场景的第二种实现方式中，第一比较器146的第一输入端为第一比较器146的负向输入端，第一比较器146的第二输入端为第一比较器146的正向输入端；第二比较器147的第一输入端为第二比较器147的负向输入端，第二比较器147的第二输入端为第二比较器147的正向输入端。

示例性的，本实用新型中的上限功率基准信号包括：第一上限功率基准信号(Vref1)、第二上限功率基准信号(Vref3)、第三上限功率基准信号(Vref5)和第四上限功率基准信号(Vref7)；下限功率基准信号包括：第一下限功率基准信号(Vref2)、第二下限功率基准信号(Vref4)、第三下限功率基准信号(Vref6)和第四下限功率基准信号(Vref8)。

其中，第一数据选择器的数据输入端中的第一输入接口(In1)接第一上限功率基准信号(Vref1)，第二数据选择器的数据输入端中的第一输入接口(In5)接第一下限功率基准信号(Vref2)，第一上限功率基准信号(Vref1)的信号值(Vref1′)与第一下限功率基准信号(Vref2)的信号值(Vref2′)组成第一基准信号区间[Vref2′，Vref1′]。

第一数据选择器的数据输入端中的第二输入接口(In2)接第二上限功率基准信号(Vref3)，第二数据选择器的数据输入端中的第二输入接口(In6)接第二下限功率基准信号(Vref4)，第二上限功率基准信号(Vref3)的信号值(Vref3′)与第二下限功率基准信号(Vref4)的信号值(Vref4′)组成第二基准信号区间[Vref4′，Vref3′]。

第一数据选择器的数据输入端中的第三输入接口(In3)接第三上限功率基准信号(Vref5)，第二数据选择器的数据输入端中的第三输入接口(In7)接第三下限功率基准信号(Vref6)，第三上限功率基准信号(Vref5)的信号值(Vref5′)与第三下限功率基准信号(Vref6)的信号值(Vref6′)组成第三基准信号区间[Vref6′，Vref5′]。

第一数据选择器的数据输入端中的第四输入接口(In4)接第四上限功率基准信号(Vref7)，第二数据选择器的数据输入端中的第四输入接口(In8)接第四下限功率基准信号(Vref8)，第四上限功率基准信号(Vref7)的信号值(Vref7′)与第四下限功率基准信号(Vref8)的信号值(Vref8′)组成第四基准信号区间[Vref8′，Vref7′]。

以下通过对控制器中乘法器141、模数转换器142、编码器143、第一数据选择器144、第二数据选择器145、第一比较器146、第二比较器147和第一异或门148之间的数据流向，对控制器的工作原理进行简单说明：

乘法器141的第一输入端即为控制器14的第二输入端，可以接收来自电压传感器12的电压信号；乘法器141的第二输入端即为控制器14的第三输入端，可以接收来自电流传感器13的电流信号；乘法器141可以将接收到的电压信号和电流信号做乘法运算，计算得到螺旋桨电机的当前的功率值，并将计算得到的功率值传输至第一比较器146的第一输入端和第二比较器147的第一输入端。

同时，模数转换器142的输入端即为控制器14的第一输入端，可以接收来自转速传感器11的转速信号；然后将接收到的转速信号由模拟信号转换为数字信号，并将转换得到的数字信号经由编码器143进行编码，编码为4位的数字信号；然后将编码得到的数字信号传输至第一数据选择器144的地址输入端和第二数据选择器145的地址输入端；第一数据选择器144可以根据其地址输入端输入的四位数字信号，选择输出第一数据选择器144的数据输入端输入的4个上限功率基准信号(包括：Vref1、Vref3、Vref5和Vref7)中的一个，然后将输出的信号传输至第一比较器146的第二输入端；第二数据选择器145可以根据其地址输入端输入的四位数字信号，选择输出第二数据选择器145的数据输入端输入的4个下限功率基准信号(包括：Vref2、Vref4、Vref6和Vref8)中的一个，然后将输出的信号传输至第二比较器147的第二输入端。

示例性的，假设编码器编码得到四位数字信号为0000时，第一数据选择器144输出第一数据选择器144的数据输入端中的第一输入接口(In1)所接的第一上限功率基准信号(Vref1)，第二数据选择器145输出第二数据选择器146的数据输入端中的第一输入接口(In5)所接的第一下限功率基准信号(Vref2)；此时，第一比较器146的第二输入端则输入第一上限功率基准信号(Vref1)，第二比较器147的第二输入端则输入第一下限功率基准信号(Vref2)。

此时，第一比较器146则可以对比其第一输入端和第二输入端输入的信号值的大小，即对于接收自乘法器141的功率信号的信号值的大小与第一上限功率基准信号(Vref1)的信号值的大小；第二比较器147则可以对比其第一输入端和第二输入端输入的信号值的大小，即对于接收自乘法器141的功率信号的信号值与第一下限功率基准信号(Vref2)的信号值的大小。

具体的，假设第一比较器146的第一输入端为第一比较器146的正向输入端，第一比较器146的第二输入端为第一比较器146的负向输入端；第二比较器147的第一输入端为第二比较器147的正向输入端，第二比较器147的第二输入端为第二比较器147的负向输入端。

若第一比较器146的第一输入端输入的信号(第一比较器146接收自乘法器141的功率信号)的信号值大于第一比较器146的第二输入端输入的信号(第一上限功率基准信号(Vref1))的信号值时，第一比较器146则输出高电平“1”；若第一比较器146的第一输入端输入的信号(第一比较器146接收自乘法器141的功率信号)的信号值小于第一比较器146的第二输入端输入的信号(第一上限功率基准信号(Vref1))的信号值时，第一比较器146则输出低电平“0”。

若第二比较器147的第一输入端输入的信号(第二比较器147接收自乘法器141的功率信号)的信号值大于第二比较器147的第二输入端输入的信号(第一下限功率基准信号(Vref2))的信号值时，第二比较器147则输出高电平“1”；若第二比较器147的第一输入端输入的信号(第二比较器147接收自乘法器141的功率信号)的信号值小于第二比较器147的第二输入端输入的信号(第一下限功率基准信号(Vref2))的信号值时，第二比较器147则输出低电平“0”。

其中，第二比较器147和第一比较器146的输出端分别接第一异或门148的第一输入端和第二输入端，由此可知：当第二比较器147的输出端和第一比较器146的输出端输出不同的信号(一个输出高电平，另一个输出低电平)时，第一异或门148则输出高电平“1”，此时，可以确定螺旋桨电机未发生故障；控制器14向报警模块15发送高电平“1”，报警模块15不会发出警示信息。

需要说明的是，由于第一下限功率基准信号的信号值Vref2小于第一上限功率基准信号的信号值Vref1′，因此，只有在第一比较器146和第二比较器147接收自乘法器141的功率信号包含于区间[Vref2′，Vref1′]时，第一异或门148才会输出高电平“1”，即表示螺旋桨电机未发生故障。而当第一比较器146和第二比较器147接收自乘法器141的功率信号不包含于区间[Vref2′，Vref1′]时，第一异或门148才会输出低电平“0”，即表示螺旋桨电机发生故障，控制器14向报警模块15发送高电平“0”，报警模块15发出警示信息。

可以想到的是，第一比较器146的第一输入端也可以为第一比较器146的负向输入端，此时第一比较器146的第二输入端为第一比较器146的正向输入端；第二比较器147的第一输入端也可以为第二比较器147的负向输入端，此时第二比较器147的第二输入端为第二比较器147的正向输入端时。

需要说明的是，编码器编码得到四位数字信号并不限于0000，编码器编码得到四位数字信号还可以为0001、0010、0100等，当编码器编码得到四位数字信号为0001、0010、0100中的任一个时，第一数据选择器144和第二数据选择器145选择性输出其数据输入端输入的信号的方法与编码器编码得到四位数字信号为0000时类似，本实用新型实施例这里不再赘述。

需要强调的是，本实用新型实施例的第一种应用场景在实现对无人机的螺旋桨电机的实时自动检测时，控制器14只要在判断得到螺旋桨电机发生故障(即第一比较器146和第二比较器147接收自乘法器141的功率信号不包含于区间[Vref2′，Vref1′])后，便立即指示报警模块15发出警示信息。

示例性的，在本实用新型实施例的第二种应用场景中，控制器14可以获得一段时间内螺旋桨电机的功率随该螺旋桨电机的转速的变化情况，然后将获得的螺旋桨电机的功率随该螺旋桨电机的转速的变化情况与螺旋桨电机正常状态下运行时其功率随转速的变化情况进行比较，来判断螺旋桨电机是否发生故障。

如图3所示，为一螺旋桨电机在实际运行过程中，螺旋桨电机的功率随该螺旋桨电机的转速的变化曲线图(简称为：实际功率变化曲线图)，如图4所示，为另一螺旋桨电机在实际运行过程中，功率随该螺旋桨电机的转速的变化曲线图(简称为：实际功率变化曲线图)。

需要说明的是，控制器14中可以存储有不同型号或者规格的螺旋桨电机的功率采样信息，功率采样信息中可以包括：同一型号或者规格的螺旋桨电机在正常状态下采用不同转速运行时，螺旋桨电机的功率的采样值。

例如，控制器14中可以存储有A型号的螺旋桨电机的功率采样信息、B型号的螺旋桨电机的功率采样信息和C型号的螺旋桨电机的功率采样信息。如图5所示，为三种不同型号(A型号、B型号和C型号)的螺旋桨电机正常状态下运行时的功率随该螺旋桨电机的转速的变化曲线图。

当然，控制器14也可以采用其他的形式记录螺旋桨电机的转速加速度，例如，可以采用表格的方式记录螺旋桨电机的转速加速度，本实用新型实施例对此不做限制。

具体的，控制器14可以将实际运行过程中的螺旋桨电机的功率与控制器14存储的螺旋桨电机正常状态下运行时的功率采样值进行比较；若上述两种功率的差异在预设范围内，则可以认为该螺旋桨电机正常工作，若上述两种功率的差异超过预设范围，则可以认为该螺旋桨电机故障。

示例性的，控制器14可以将一螺旋桨电机的实际功率变化曲线图与该螺旋桨电机正常状态下运行时的功率随该螺旋桨电机的转速的变化曲线图进行比较，若该螺旋桨电机的实际功率变化曲线图与该螺旋桨电机正常状态下运行时的功率随该螺旋桨电机的转速的变化曲线图的差异在预设范围内，则可以认为该螺旋桨电机正常工作，若该螺旋桨电机的实际功率变化曲线图与该螺旋桨电机正常状态下运行时的功率随该螺旋桨电机的转速的变化曲线图的差异超过预设范围，则可以认为该螺旋桨电机故障。

其中，对比实际运行过程中功率变化曲线图与正常状态下运行时功率变化曲线图具体指示：对比实际运行过程中和正常状态下运行时，功率随该螺旋桨电机的转速的变化情况。

例如，假设图3所示的功率变化曲线图和图4所示的功率变化曲线图为同一型号(A型号)的螺旋桨电机在实际运行过程中的功率变化曲线图；并且图5所示的转速加速度变化曲线图为该型号(A型号)的螺旋桨电机正常状态下运行时的功率变化曲线图。

控制器14将图3所示的功率变化曲线图与图5所示A型号螺旋桨电机的功率变化曲线图进行对比，可以得出：随着转速的变化，图3中的功率与图5中A型号螺旋桨电机的功率差异较大(即同一转速下运行时的功率差异较大)，因此，可以认为该螺旋桨电机故障。

控制器14将图4所示的功率变化曲线图与图5所示A型号螺旋桨电机的功率变化曲线图进行对比，可以得出：随着转速的变化，图4中的功率与图5中A型号螺旋桨电机的功率基本相同(即同一转速下运行时的功率基本相同)，因此，可以认为该螺旋桨电机正常工作。

可以想到的是，无人机可以包括至少一个螺旋桨，每一个螺旋桨都配置有一个电机。控制器14通过向电机驱动器输出用于指示电机驱动器控制螺旋桨电机的控制信号，该控制信号中可以包括：电机驱动器驱动螺旋桨电机的油门参数，如控制器14可以向电机驱动器输出指示电机驱动器以25％的油门驱动螺旋桨电机的控制信号。

在本实用新型实施例中，在无人机执行飞行任务之前，控制器14可以根据转速传感器11实时监测到的螺旋桨电机的转速，控制电机驱动器驱动螺旋桨电机的油门，以控制螺旋桨电机以一定转速运行。其中，螺旋桨电机以该一定转速运行时，可以带动无人机的螺旋桨做圆周运动，但是此时螺旋桨的圆周运动并不足以克服重力，将无人机推离地面。

进一步的，如图6所示，本实用新型提供的，无人机状态检测装置10，还可以包括：用于检测螺旋桨电机的转速加速度的惯性测量模块16。

其中，惯性测量模块(英文：InertialMeasurementUnit，缩写IMU)16的输出端与控制器14的第四输入端相连。

本实用新型实施例中的惯性测量模块16中可以包含三敏感轴的陀螺仪(角速度传感器)和三敏感轴的加速度传感器，惯性测量模块16可以设置于无人机的螺旋桨电机上，用于实时监测螺旋桨电机的转速加速度。惯性测量模块16通过有线或者无线的方式与控制器14连接，并可以通过有线或者无线的方式实时向控制器14传输监测到的螺旋桨电机的转速加速度。

其中，控制器14可以通过电机驱动器控制螺旋桨电机在预设时间内以一定转速运行，并在螺旋桨电机以该一定转速运行的过程中，记录惯性测量模块16实时上报的惯性测量模块16监测到的螺旋桨电机的转速加速度，则可以获得预设时间内，该螺旋桨电机在实际运行过程中，采用该一定转速运行时，该螺旋桨电机的转速加速度。

示例性的，在本实用新型实施例的第一种应用场景中，控制器14还可以实时的根据转速传感器11上报的螺旋桨电机的转速、惯性测量模块16上报的螺旋桨电机的转速加速度，实现对无人机的螺旋桨电机的实时自动检测。

在第一种应用场景中，如图7所示，控制器14还可以包括：第三比较器149、第四比较器14a和第二异或门14b。

控制器14的第四输入端为第三比较器149的第一输入端，且控制器14的第四输入端为第四比较器14a的第一输入端。

第三比较器149的第二输入端接上限加速度基准信号(Vref9)，第四比较器14a的第二输入端接下限加速度基准信号(Vref10)。

第三比较器149的输出端与第二异或门14b的第一输入端相连，第四比较器14a的输出端与第二异或门14b的第二输入端相连，第二异或门14b的输出端为控制器14的输出端。

以下通过对控制器中第三比较器149、第四比较器14a和第二异或门14b之间的数据流向，对控制器的工作原理进行简单说明：

第三比较器149的第一输入端即为控制器14的第四输入端，可以接收来自惯性测量模块16的加速度信号；第三比较器149的第二输入端接上限加速度基准信号(Vref9)；第三比较器149可以对比接收到的加速度信号的信号值与上限加速度基准信号(Vref9)的信号值的大小。

第四比较器14a的第一输入端即为控制器14的第四输入端，可以接收来自惯性测量模块16的加速度信号；第四比较器14a的第二输入端接下限加速度基准信号(Vref10)；第四比较器14a可以对比接收到的加速度信号的信号值与下限加速度基准信号(Vref10)的信号值的大小。

具体的，假设第三比较器149的第一输入端为第三比较器149的正向输入端，第三比较器149的第二输入端为第三比较器149的负向输入端；第四比较器14a的第一输入端为第四比较器14a的正向输入端，第四比较器14a的第二输入端为第四比较器14a的负向输入端。

若第三比较器149的第一输入端输入的信号(第三比较器149接收自惯性测量模块16的加速度信号)的信号值大于第三比较器149的第二输入端输入的信号，即上限加速度基准信号(Vref9)，的信号值时，第三比较器149则输出高电平“1”；若第三比较器149的第一输入端输入信号的信号值小于第三比较器149的第二输入端输入信号的信号值时，第三比较器149则输出低电平“0”。

若第四比较器14a的第一输入端输入的信号(第四比较器14a接收自惯性测量模块16的加速度信号)的信号值大于第四比较器14a的第二输入端输入的信号，即下限加速度基准信号(Vref10)，的信号值时，第四比较器14a则输出高电平“1”；若第四比较器14a的第一输入端输入信号的信号值小于第四比较器14a的第二输入端输入信号的信号值时，第四比较器14a则输出低电平“0”。

其中，第四比较器14a和第三比较器149的输出端分别接第二异或门14b的第一输入端和第二输入端，由此可知：当第四比较器14a和第三比较器149的输出端输出不同的信号(一个输出高电平，另一个输出低电平)时，第二异或门14b则输出高电平“1”，此时，可以确定螺旋桨电机未发生故障；控制器14向报警模块15发送高电平“1”，报警模块15不会发出警示信息。

需要说明的是，由于上限加速度基准信号(Vref9)的信号值A大于下限加速度基准信号(Vref10)的信号值B，因此，只有在第四比较器14a和第三比较器149接收自惯性测量模块16的加速度信号的信号值包含于区间[B，A]时，第二异或门14b才会输出高电平“1”，即表示螺旋桨电机未发生故障。而当第四比较器14a和第三比较器149接收自惯性测量模块16的加速度信号的信号值不包含于区间[B，A]时，第二异或门14b才会输出低电平“0”，即表示螺旋桨电机发生故障，控制器14向报警模块15发送高电平“0”，报警模块15发出警示信息。

需要说明的是，本实用新型实施例的第一种应用场景在实现对无人机的螺旋桨电机的实时自动检测时，控制器14只要在判断得到螺旋桨电机发生故障(即第四比较器14a和第三比较器149接收自惯性测量模块16的加速度信号的信号值不包含于区间[B，A])后，便立即指示报警模块15发出警示信息。

可以想到的是，第三比较器149的第一输入端也可以为第三比较器149的负向输入端，此时，第三比较器149的第二输入端为第三比较器149的正向输入端；第四比较器14a的第一输入端也可以为第四比较器14a的负向输入端，此时，第四比较器14a的第二输入端为第四比较器14a的正向输入端。

在本实用新型实施例的第二种应用场景中，控制器14可以获得一段时间内螺旋桨电机的转速加速度随该螺旋桨电机的转速的变化情况，然后将获得的螺旋桨电机的转速加速度随该螺旋桨电机的转速的变化情况与螺旋桨电机正常状态下运行时其转速加速度随转速的变化情况进行比较，来判断螺旋桨电机是否发生故障。

示例性的，控制器14可以采用如图8或图9所示的图表的方式记录一螺旋桨电机在实际运行过程中，在预设时间内，采用一定转速运行时，该螺旋桨电机的转速加速度。如图8所示，为一螺旋桨电机实际运行过程中的转速加速度变化曲线图。如图9所示，为另一螺旋桨电机实际运行过程中的转速加速度变化曲线图。

当然，控制器14也可以采用其他的形式记录螺旋桨电机的转速加速度，例如，可以采用表格的方式记录螺旋桨电机的转速加速度，本实用新型实施例对此不做限制。

需要说明的是，控制器14中可以存储有不同型号或者规格的螺旋桨电机的转速采样信息，转速采样信息中可以包括：同一型号或者规格的螺旋桨电机在正常状态下采用不同转速运行时，螺旋桨电机的转速加速度的采样值。

例如，控制器14中可以存储有A型号的螺旋桨电机的转速采样信息和B型号的螺旋桨电机的转速采样信息。其中，A型号的螺旋桨电机的转速采样信息中包括：A型号的螺旋桨电机在正常状态下采用转速a运行时，A型号的螺旋桨电机的转速加速度的采样值；A型号的螺旋桨电机在正常状态下采用转速b运行时，A型号的螺旋桨电机的转速加速度的采样值。如图4所示，为一螺旋桨电机正常状态下运行时的转速加速度变化曲线图。

具体的，控制器14可以将实际运行过程中的电机的转速加速度与存储模块存储的螺旋桨电机正常状态下运行时的转速加速度采样值进行比较；若上述两种转速加速度的差异在预设范围内，则可以认为该螺旋桨电机正常工作，若上述两种转速加速度的差异超过预设范围，则可以认为该螺旋桨电机故障。其中，对比实际运行过程中转速加速度与正常状态下运行时转速加速度具体指示：对比实际运行过程中转速加速度的幅值的变化与正常状态下运行时转速加速度的幅值的变化。

示例性的，控制器14可以将一螺旋桨实际运行过程中螺旋桨电机的转速加速度变化曲线图与该螺旋桨电机正常状态下运行时转速加速度变化曲线图进行比较，若实际运行过程中转速加速度变化曲线图与正常状态下运行时转速加速度变化曲线图的差异在预设范围内，则可以认为该螺旋桨电机正常工作，若实际运行过程中转速加速度变化曲线图与正常状态下运行时转速加速度变化曲线图的差异超过预设范围，则可以认为该螺旋桨电机故障。

其中，对比实际运行过程中转速加速度变化曲线图与正常状态下运行时转速加速度变化曲线图具体指示：实际运行过程中和正常状态下运行时，转速加速度的幅值的变化。

例如，假设图8所示的转速加速度变化曲线图和图9所示的转速加速度变化曲线图为同一型号(A型号)的螺旋桨电机在实际运行过程中的转速加速度变化曲线图；并且图10所示的转速加速度变化曲线图为该型号(A型号)的螺旋桨电机正常状态下运行时的转速加速度变化曲线图。

控制器14将图8所示的转速加速度变化曲线图与图10所示的转速加速度变化曲线图进行对比，由于在随着时间的变化，在同一时刻，图8中的转速加速度的幅值与图10中的转速加速度的幅值基本相同，且两个曲线图钟的加速度幅值的最大值差异也较小，因此，可以认为该螺旋桨电机正常工作。

控制器14将图9所示的转速加速度变化曲线图与图10所示的转速加速度变化曲线图进行对比，由于在随着时间的变化，在同一时刻，图9中的转速加速度的幅值与图10中的转速加速度的幅值差异较大(图9中的转速加速度在0.5至1.5之间波动，而图10中的转速加速度在0处波动)，且两个曲线图钟的加速度幅值的最大值差异也较大(图9中的转速加速度的最大幅值在4.5左右，而图10中的转速加速度的最大幅值则不超过1)，因此，可以认为该螺旋桨电机故障。

需要说明的是，一个无人机中可能包含多个电机，如四旋翼无人机上设置有四个螺旋桨，每一个螺旋桨上都配有带动其转动的电机，本实用新型实施例中的螺旋桨电机为控制器14所在的无人机中的任意一个螺旋桨电机。为了获得更加准确的故障检测结果，控制器14可以在对一个螺旋桨电机进行故障检测时，控制该无人机的其他螺旋桨电机停止运行。

当然，在本实用新型中，控制器14也可以在无人机的飞行过程中实时的对该无人机的螺旋桨电机进行故障检测，此时，该无人机的所有螺旋桨电机正常运行。

示例性的，报警模块15可以包括：声报警器、光报警器、声光报警器中的一种或几种。

报警模块15可以在控制器14检测到螺旋桨电机故障后，通过声、光或声光结合的方式及时地向维护人员发出警示，以提醒维护人员对螺旋桨电机进行维护。

进一步的，所述报警模块15包括：无线通信单元。

所述报警模块15通过所述无线通信单元与手持终端或监管服务器通信，向无人机维护人员发出警示信息。

当然，当报警模块15为具备无线通信功能时，报警模块15还可以通过所述无线通信单元与手持终端或监管服务器通信，向无人机维护人员发出警示信息，以提醒维护人员对螺旋桨电机进行维护。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本实用新型各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种无人机状态检测装置，其特征在于，包括：用于检测螺旋桨电机的转速的转速传感器、用于检测所述螺旋桨电机两端输入电压的电压传感器、用于检测所述螺旋桨电机输入电流的电流传感器、控制器以及报警模块；

所述转速传感器的输出端与所述控制器的第一输入端连接；

所述电压传感器的输出端与所述控制器的第二输入端连接；

所述电流传感器的输出端与所述控制器的第三输入端连接；

所述控制器的输出端与所述报警模块相连。

2.根据权利要求1所述的无人机状态检测装置，其特征在于，所述控制器包括：乘法器、模数转换器、编码器、第一数据选择器、第二数据选择器、第一比较器、第二比较器和第一异或门；

所述控制器的第二输入端为所述乘法器的第一输入端，所述控制器的第三输入端为所述乘法器的第二输入端；所述乘法器的输出端与所述第一比较器的第一输入端相连，所述乘法器的输出端与所述第二比较器的第一输入端相连；

所述控制器的第一输入端为所述模数转换器的输入端，所述模数转换器的输出端与所述编码器的输入端连接，所述编码器的输出端与所述第一数据选择器的地址输入端连接，所述编码器的输出端与所述第二数据选择器的地址输入端连接；

所述第一数据选择器的数据输入端接上限功率基准信号，所述第二数据选择器的数据输入端接下限功率基准信号；

所述第一数据选择器的输出端与所述第一比较器的第二输入端相连，所述第二数据选择器的输出端与所述第二比较器的第二输入端相连；

所述第一比较器的输出端与所述第一异或门的第一输入端相连，所述第二比较器的输出端与所述第一异或门的第二输入端相连，所述第一异或门的输出端为所述控制器的输出端。

3.根据权利要求2所述的无人机状态检测装置，其特征在于，所述第一数据选择器和所述第二数据选择器均为四选一数据选择器。

4.根据权利要求2或3所述的无人机状态检测装置，其特征在于，

所述第一比较器的第一输入端为所述第一比较器的正向输入端，所述第一比较器的第二输入端为所述第一比较器的负向输入端；所述第二比较器的第一输入端为所述第二比较器的正向输入端，所述第二比较器的第二输入端为所述第二比较器的负向输入端；

或者，

所述第一比较器的第一输入端为所述第一比较器的负向输入端，所述第一比较器的第二输入端为所述第一比较器的正向输入端；所述第二比较器的第一输入端为所述第二比较器的负向输入端，所述第二比较器的第二输入端为所述第二比较器的正向输入端。

5.根据权利要求1或2所述的无人机状态检测装置，其特征在于，还包括：用于检测所述螺旋桨电机的转速加速度的惯性测量模块；

所述惯性测量模块的输出端与所述控制器的第四输入端相连。

6.根据权利要求5所述的无人机状态检测装置，其特征在于，所述控制器还包括：第三比较器、第四比较器和第二异或门；

所述控制器的第四输入端为所述第三比较器的第一输入端，且所述控制器的第四输入端为所述第四比较器的第一输入端；

所述第三比较器的第二输入端接上限加速度基准信号，所述第四比较器的第二输入端接下限加速度基准信号；

所述第三比较器的输出端与所述第二异或门的第一输入端相连，所述第四比较器的输出端与所述第二异或门的第二输入端相连，所述第二异或门的输出端为所述控制器的输出端。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的无人机状态检测装置，其特征在于，所述报警模块包括：声报警器、光报警器、声光报警器中的一种或几种。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的无人机状态检测装置，其特征在于，所述报警模块包括：无线通信单元；

所述报警模块通过所述无线通信单元与手持终端或监管服务器通信，向无人机维护人员发出警示信息。