CN206656739U - 一种无人直升机状态监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无人直升机状态监测装置，其包括安装在无人直升机内的飞行控制系统、监测控制器、报警蜂鸣器、旋螺桨测速计和输出显示器，所述飞行控制系统与监测控制器连接，所述报警蜂鸣器、旋螺桨测速计和输出显示器分别与监测控制器连接所述飞行控制系统包括自带的GPS模块、IMU惯性测量单元、高度计、油门和其他状态数据模块；所述监测控制器通过各自对应GPS模块、IMU惯性测量单元、高度计、油门和其他状态数据模块的传感器直接读取GPS数据、IMU姿态数据、高度数据、油量输出数据以及其他状态数据。

Description

一种无人直升机状态监测装置

技术领域

本实用新型涉及无人机应用领域，尤其涉及的是一种无人直升机状态监测装置。

背景技术

无人直升机是一种能快速实现空中达到的新技术平台，它在军队、电力巡检、边防巡查、环境监测、地理遥感、测绘、交通指挥、通讯中继等领域着广泛的应用。无人直升机具有使用成本低、技术灵活、不需人员直接到达第一现场等优点，可实现垂直起降、定点悬停、位置锁定、定时定点巡逻等功能。

随着无人直升机应用技术的发展和推广，各应用领域和行业对无人机的技术细节和功能实现都提出了许多深入要求，其中，以摆脱对无人机操控手的人员依赖等实现无人机的全自动化或程序化操作是未来无人机技术发展的重要方向。因此也带来了无人机系统越来越复杂，功能越来越强大，自动化程度越来越高。

无人机的运行状态的监测是维持无人机系统正常运行的重要组成部分。如何实现对无人机系统各个部件、各子系统和整系统工作状态进行检查和监测是现代无人机技术发展的重要方向和降低系统故障提高系统可靠性、提高系统的自动化水平的重要内容。

无人直升机是一种功率飞行器，其运行过程受输出功率的直接影响。通常在各种不合理的控制参数、超载等影响下，无法实现状态监控时，导则出现严重的故障甚至坠机。

在现有的技术中，无人直升机对自身工作状态的监测大多局限于控制系统运行的程序本身和各组件在启动之初的自检或运行时出现故障后的状态反馈，当系统本身出现故障时，也同时失去了对自身的状态监测功能；同时也缺乏对整个无人机系统的评估和预判能力，特别是对实际载荷和理想运行状态的评估和检测工具。

鉴于以上缺陷，有必要对无人直升机的整体状态监测技术进行改进，以提高无人直升机的可靠性和提高其自动化水平。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种无人直升机状态监测装置，旨在解决现有的无人机在飞行控制系统系统本身出现故障时，会失去对自身的状态监测功能，容易缺乏对整个无人机系统的评估和预判能力，特别是对实际载荷和理想运行状态的评估和检测工具的技术问题。

本实用新型的技术方案如下：一种无人直升机状态监测装置，其包括安装在无人直升机内的飞行控制系统、监测控制器、报警蜂鸣器、旋螺桨测速计和输出显示器，所述飞行控制系统与监测控制器连接，所述报警蜂鸣器、旋螺桨测速计和输出显示器分别与监测控制器连接所述飞行控制系统包括自带的GPS模块、IMU惯性测量单元、高度计、油门和其他状态数据模块；所述监测控制器通过各自对应GPS模块、IMU惯性测量单元、高度计、油门和其他状态数据模块的传感器直接读取GPS数据、IMU姿态数据、高度数据、油量输出数据以及其他状态数据。

所述的无人直升机状态监测装置，其中，所述飞行控制系统还包括自带的用于监测个通道输出数据的各通道控制输出模块，且各通道控制输出模块的数据能够被监测控制器从数据接口直接读取。

所述的无人直升机状态监测装置，其中，所述旋螺桨测速计为测速传感器，该测速测传感器与监测控制器连接。

所述的无人直升机状态监测装置，其中，所述监测控制器通过数据接口直接读取飞行控制系统的GPS数据、IMU姿态数据、高度数据、油量输出数据以及其他状态数据。

所述的无人直升机状态监测装置，其中，所述报警蜂鸣器通过状态输出接口输出故障原因。

所述的无人直升机状态监测装置，其中，所述旋螺桨测速计安装在直升机主轴的机架上，且位于带动旋螺桨传动的直升机主动齿轮边沿的上方。

所述的无人直升机状态监测装置，其中，所述主动齿轮的边沿上还设置有对应旋螺桨测速计感应的感应磁铁。

所述的无人直升机状态监测装置，其中，所述旋螺桨测速计还可以安装在直升机的变速箱或发动机的其中一处。

有益效果：本实用新型公开了一种无人直升机状态监测装置，为无人直升机整体运行状态提供判断依据和相对独立的状态监测，特别是对无人直升机的实际输出功率和规划状态进行对比监控，预判其是否存在隐藏故障和避免无人机出现过载运行。本实用新型通过实际计算测试得到无人直升机正常状态下的输出油门、有效输出功率、旋翼转速与载荷的关系曲线，安装转速传感器、读取无人直升机各控制通道的输出状态、GPS数据、IMU姿态数据、高度计数据，并与飞行控制系统的目标控制状态数据进行对比，从而相对独立地监测到无人直升机的实际工作状态，并通过一定监控策略使用声音或直接在控制界面上显示其实际运行状态和监测到故障时自动报警。该装置通过监测无人直升机旋翼工作实际状态，推断其有效输出功率，形成完整的控制回路，给飞行控制系统提供了更优更准确、实时的状态依据，从而采取最优的控制策略；并为无人直升机整个运行过程提供可靠的监控数据便于故障分析和排查。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构示意图。

图2是本实用新型中旋螺桨测速计安装的一种结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型公开了一种无人直升机状态监测装置，其包括安装在无人直升机内的飞行控制系统1、监测控制器2、报警蜂鸣器3、旋螺桨测速计4和输出显示器5，所述飞行控制系统1与监测控制器2连接，所述报警蜂鸣器3、旋螺桨测速计4和输出显示器5分别与监测控制器2连接所述飞行控制系统1包括自带的GPS模块11、IMU惯性测量单元12、高度计13、油门14和其他状态数据模块15；所述监测控制器2通过各自对应GPS模块11、IMU惯性测量单元12、高度计13、油门14和其他状态数据模块15的传感器直接读取GPS数据、IMU姿态数据、高度数据、油量输出数据以及其他状态数据。

本实用新型中的监测控制器2由硬件和软件两部分组成，软件内置在硬件当中；其硬件由控制电路、电源、传感器输入输出接口和状态输出总线组成，所述控制电路分别与传感器输入输出接口和状态输出总线连接，所述电源与控制电路连接。

采用上述结构后，本实用新型的监测控制器通过获取各传感器的状态数据，采用程序预设的方案进行实时的故障监测和报警。本实用新型通过在无人直升机上安装转速传感器、读取无人直升机各控制通道的输出状态、飞行控制系统的目标控制状态数据、GPS数据、IMU姿态数据、高度计数据，并与实际检测到的数据进行对比，从而相对独立地监测到无人直升机的实际工作状态，并通过一定监控策略使用声音或直接在控制界面上显示其实际运行状态和监测到故障时自动报警。本实用新型可不依赖于飞行控制系统本身的工作状态来监控无人直升机的实际工作情况。本实用新型通过在旋翼系统上安装测速计、读取飞行控制系统输出的油门值、螺距值，可实时监测无人直升机的有效功率输出状态，通过与计算和实测得到的转速、桨角关系函数对比，从而监测到无人直升机实际工作状态是否处于合理范围内。本实用新型通过读取无人直升机各控制通道的输出状态、飞行控制系统的目标控制状态数据、GPS数据、IMU姿态数据、高度计数据，并与飞行控制系统的目标控制参数进行对比，从而实现监测和记录无人直升机实际工作状态的功能。本实用新型通过一定监控策略使用声音或直接在输出显示器的界面上显示其实际运行状态和监测到故障时自动报警。

进一步说，所述飞行控制系统1还包括自带的用于监测个通道输出数据的各通道控制输出模块16，且各通道控制输出模块的数据能够被监测控制器从数据接口直接读取。

优选的是，其中，所述旋螺桨测速计4为测速传感器，该测速测传感器与监测控制器连接；当旋螺桨测速计4为测速传感器时，优选的是霍尔传感器，另外也可以是红外测速仪或其他任意可测定旋转部件转速的传感器，通过直接测定无人直升机螺旋桨转速或传动部件的转速并通过一定比率计算出旋翼转速。

优选的是，所述监测控制器2通过数据接口直接读取飞行控制系统1的GPS数据、IMU姿态数据、高度数据、油量输出数据以及其他状态数据；监测控制器通过数据接口可直接读取无人直升机各控制通道的输出状态实现对通道状态参数的监测。

进一步说，所述报警蜂鸣器3通过状态输出接口输出故障原因，当检测控制器监控到故障状态时，触发蜂鸣器警报，并通过状态输出接口输出故障原因。

如图2所示，本实用新型的旋螺桨测速计4安装在直升机主轴6的机架7上，且位于带动旋螺桨传动的直升机主动齿轮8边沿的上方；所述主动齿轮8的边沿上还设置有对应旋螺桨测速计1感应的感应磁铁9。

优选的是，所述旋螺桨测速计4还可以安装在直升机的变速箱或发动机的其中一处。

工作原理：无人直升机的有效载荷主要由旋翼的翼型、转速和桨角决定，通过实际计算和测量可得到无人直升机有效载荷与转速、桨角的关系。通过在旋翼系统内安装测速传感器，测定旋翼工作时的实际转速，同时读取飞行控制系统输出的螺距数据，即可得到无人直升机的此时旋翼系统的实际功耗和载荷，通过实际监测到的数据与控制系统计划的数据进行对比即可知道无人机是否在正常的工作范围内。同时，本实用新型读取无人直升机各控制通道的输出状态、飞行控制系统的目标控制状态数据、GPS数据、IMU姿态数据、高度计数据，并与实际检测到的数据进行对比，从而相对独立地监测到无人直升机的实际工作状态，并通过一定监控策略使用声音或直接在控制界面上显示其实际运行状态和监测到故障时自动报警。

本实用新型可以实现普通状态的监测和记录飞行过程的状态数据，并可通过监测控制通道的油门输入输出状态监控飞行器是否处于应有的运动状态，通过旋翼的转速和主旋翼的螺距状态监控无人直升机的有效输出功率的状态，从而计算出无人直升机的起飞总量、载荷是否处于合理的范围内，并在过载和超载状态下触发报警。

本实用新型监测无人直升机的步骤如下：

步骤一，首先在监测控制器中设置无人直升机的额定转速范围，当无人直升机采用定速模式工作时，启用其转速监控功能。

步骤二，在监测控制器中设置无人直升机的螺距/油门工作行程，无人直升机采用定速模式工作时，螺距/油门根据测定的比例换算为输出功率/起飞重量。所述定速模式是指无人直升机采用固定的螺旋桨转速，而通过控制螺距的方式来控制无人直升机升力的大小。采用非定速模式时，通过实测或计算的转速-螺距/油门比来来计算无人直升机升力的大小，从而换算出其起飞重量和输出功率。

步骤三，在监测控制器中设置最大起飞重量警报值，当无人直升机进入工作状态时，其转速满足工作状态需求而螺距/油门超过规定值时则表明无人直升机处于超载状态，监控装置通过蜂鸣器警报。

步骤四，全程记录各传感器及飞行控制系统各输入输出通道的状态值。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种无人直升机状态监测装置，其特征在于：包括安装在无人直升机内的飞行控制系统、监测控制器、报警蜂鸣器、旋螺桨测速计和输出显示器，所述飞行控制系统与监测控制器连接，所述报警蜂鸣器、旋螺桨测速计和输出显示器分别与监测控制器连接所述飞行控制系统包括自带的GPS模块、IMU惯性测量单元、高度计、油门和其他状态数据模块；所述监测控制器通过各自对应GPS模块、IMU惯性测量单元、高度计、油门和其他状态数据模块的传感器直接读取GPS数据、IMU姿态数据、高度数据、油量输出数据以及其他状态数据。

2.根据权利要求1所述的无人直升机状态监测装置，其特征在于，所述飞行控制系统还包括自带的用于监测个通道输出数据的各通道控制输出模块，且各通道控制输出模块的数据能够被监测控制器从数据接口直接读取。

3.根据权利要求1所述的无人直升机状态监测装置，其特征在于，所述旋螺桨测速计为测速传感器，该测速传感器与监测控制器连接。

4.根据权利要求1所述的无人直升机状态监测装置，其特征在于，所述监测控制器通过数据接口直接读取飞行控制系统的GPS数据、IMU姿态数据、高度数据、油量输出数据以及其他状态数据。

5.根据权利要求1所述的无人直升机状态监测装置，其特征在于，所述报警蜂鸣器通过状态输出接口输出故障原因。

6.根据权利要求1所述的无人直升机状态监测装置，其特征在于，所述旋螺桨测速计安装在直升机主轴的机架上，且位于带动旋螺桨传动的直升机主动齿轮边沿的上方。

7.根据权利要求6所述的无人直升机状态监测装置，其特征在于，所述主动齿轮的边沿上还设置有对应旋螺桨测速计感应的感应磁铁。

8.根据权利要求6所述的无人直升机状态监测装置，其特征在于，所述旋螺桨测速计还可以安装在直升机的变速箱或发动机的其中一处。