无人机旋翼故障的识别方法、装置、无人机和存储介质与流程

1.本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种无人机旋翼故障的识别方法、装置、无人机和存储介质。


背景技术：

2.桨叶是多旋翼无人机的重要部件，如果旋翼丧失动力输出或动力输出不正常等断浆故障，会严重影响飞机的姿态位置控制，一般需要紧急迫降。特别是对于四轴或六轴多旋翼无人机，动力冗余小，失去一个桨叶后会造成控制力矩不平衡，需要快速识别断桨状态，采取降级控制，控制飞机安全降落，否则，就会摔机。
3.目前断桨判断是根据电子调速器反馈的电机转速来进行的，正常情况下，电机/桨叶工作在较高的转速，当反馈速度低于某一临界值时，认为发生了断桨故障。但这种判断方式只能判断出转速引起的故障。如果出现桨叶脱落，或部分桨叶损坏，电机仍然处于较高的转速，则无法判断出是否处于断浆状态。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的无人机旋翼故障的识别方法、装置、无人机和存储介质。
5.依据本发明的一个方面，提供了一种无人机旋翼故障的识别方法，由飞控系统执行，所述方法包括：接收无人机在飞行过程中电子调速器产生的飞行数据；根据所述飞行数据判断旋翼是否处于断浆状态，所述断浆状态包括如下的至少一种：桨叶脱落、桨叶部分损伤、旋翼电机故障；若判断结果为处于断浆状态，则发出告警信息。
6.在一些实施方式中，所述飞行数据包括电子调速器上传的电子调速器数据，则根据所述飞行数据判断旋翼是否处于断浆状态包括：判断接收到所述电子调速器数据的时间间隔是否超过预设时间阈值；若超过所述预设时间阈值，则判定所述旋翼处于断浆状态。
7.在一些实施方式中，根据所述飞行数据判断旋翼是否处于断浆状态还包括：判断所述电子调速器数据是否包括错误码；若包括错误码，则判定所述旋翼处于断浆状态；其中，所述错误码是在旋翼电机出现启动失败、过流、过压或温度过高的情况时根据预设规则生成的。
8.在一些实施方式中，所述飞行数据包括旋翼电机数据，则根据所述飞行数据判断旋翼是否处于断浆状态包括：获取所述旋翼电机数据中的电机转速和电机电流；判断所述电机转速是否高于预设速度阈值，同时所述电机电流是否低于预设电流
阈值；若上述判断结果为是，则判定所述旋翼处于断浆状态。
9.在一些实施方式中，所述飞行数据包括旋翼所处机臂的振动幅度值，根据所述飞行数据判断旋翼是否处于断浆状态还包括：获取所述振动幅度值；判断所述振动幅度值是否大于预设幅度阈值；若上述判断结果为是，则判定所述旋翼处于断浆状态。
10.在一些实施方式中，所述振动幅度值是通过设置在所述电子调速器上的振动传感器得到的，且所述电子调速器安装在所述机臂上，且其安装位置和所述旋翼电机之间的距离小于预设距离阈值。
11.在一些实施方式中，所述方法还包括：将所述告警信息发送给地面控制台；和/或，根据所述告警信息，控制所述无人机降落。
12.依据本发明的另一个方面，提供了一种无人机旋翼故障的识别装置，由飞控系统执行，所述装置包括：接收模块，适于接收无人机在飞行过程中电子调速器产生的飞行数据；判断模块，适于根据所述飞行数据判断旋翼是否处于断浆状态，所述断浆状态包括如下的至少一种：桨叶脱落、桨叶部分损伤、旋翼电机故障；告警模块，适于若判断结果为处于断浆状态，则发出告警信息。
13.依据本发明的又一方面，提供了一种无人机，包括：飞控系统；以及被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述飞控系统执行根据上述任一项无人机旋翼故障的识别方法。
14.依据本发明的再一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序当被处理器执行时，实现根据上述中任一项无人机旋翼故障的识别方法。
15.由上述可知，根据本发明公开的上述技术方案，提供了一种在无人机即使出现桨叶脱落，或部分桨叶损坏时旋翼故障识别方法，主要根据无人机接收到的电调或者电机数据进行判断，从而完善了各种情况下的断桨识别，即使桨叶脱落或部分桨叶损坏也能及时判断出来，提高了断浆判断的智能化和准确率，避免了无人机整机故障乃至损毁的发生。
16.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
17.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1示出了根据本发明一个实施例的无人机旋翼故障的识别方法的流程示意图；图2示出了根据本发明一个实施例的无人机旋翼故障的识别中各设备的结构示意
图；图3示出了根据本发明一个实施例的无人机旋翼故障的识别装置的结构示意图；图4示出了根据本发明一个实施例的无人机的结构示意图。
具体实施方式
18.下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
19.主要名词释义：电子调速器（electronic speed controller,简称电调），电调作用是接收启动、停止、制动信号，以控制电机的启动、停止和制动；接收正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，使电机产生连续转矩。接收速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整电机转速。简短的说，电调就是用来驱动电机的。
20.旋翼，是直升机和旋翼机等旋翼航空器的主要升力部件，旋翼由桨毂和数片桨叶构成，桨毂安装在旋翼轴上，形如细长机翼的桨叶则连在桨毂上。旋翼由其底部的电机驱动旋转，每个电子调速器对应控制一个旋翼电机。
21.飞控系统（简称飞控），飞控系统又称飞行控制器，是用于在起飞、巡航、降落等阶段辅助或全自主对飞行器的其他系统及元器件起到协同控制的元件。通常与惯性测量单元（imu）、气压计、磁罗盘等元器件共同组成飞行控制系统一同使用。在飞行器飞行过程中，飞控感知飞行器的飞行高度、速度、角度及位置信息，按照预先设定好的飞行计划或临时接收的飞行指令，控制飞行器的不同系统做出相应的动作，对于固定翼机是调整舵面等，对于多旋翼机是调整各个动力的输出功率等，从而达到改变飞行姿态的目的。
22.结合图2所示，飞控系统控制桨叶转动的过程是：飞控向电调发出油门指令（1-2ms脉宽），电调根据油门指令控制电机带动桨叶转动，电调在控制电机转动的同时，可以向飞控反馈电机的转速、电流、温度等数据。
23.如图1所示，本发明实施例中的无人机旋翼故障的识别方法，该识别方法主要由飞控系统的处理器执行，所述无人机特别是指多旋翼无人机，当然也可以是其他类型的无人机，上述方法具体包括如下的步骤：步骤s110，接收无人机在飞行过程中电子调速器产生的飞行数据。
24.其中，旋翼电机的数据也可以通过电子调速器上传给飞控系统，电子调速器上也可以设置有其他传感器，比如振动传感器等。
25.步骤s120，根据所述飞行数据判断旋翼是否处于断浆状态，所述断浆状态包括如下的至少一种：桨叶脱落、桨叶部分损伤、旋翼电机故障，包括动力输出不正常、丧失动力输出或停转等。
26.该步骤主要是根据飞行数据是否存在异常来判断旋翼桨叶是否异常，判断的方法可以根据预设的程序实现，也可以根据神经网络等机器学习模型实现智能化的识别。
27.步骤s130，若判断结果为处于断浆状态，则发出告警信息。
28.通过将处于断浆状态的告警信息发送出来，传送给其他模块或者控制器，以便于
后续对无人机进行降级控制，控制飞机安全降落，避免摔机等事故的发生。
29.在一些实施例中，所述飞行数据包括电子调速器上传的电子调速器数据，则步骤s120中根据所述飞行数据判断旋翼是否处于断浆状态包括：判断接收到所述电子调速器数据的时间间隔是否超过预设时间阈值；若超过所述预设时间阈值，则判定所述旋翼处于断浆状态。
30.具体的，结合图2所示，飞控在一段时间内没有收到电调信号，即电调反馈超时。比如，正常情况下，电调每隔100ms向飞控反馈一次转速、电流、温度等数据，如果超过1秒飞控没收到数据，则可以认为电调故障，此时可判定旋翼处于断浆状态。
31.在一些实施例中，步骤s120根据所述飞行数据判断旋翼是否处于断浆状态还包括：判断所述电子调速器数据是否包括错误码；若包括错误码，则判定所述旋翼处于断浆状态；其中，所述错误码是在旋翼电机出现启动失败、过流、过压或温度过高的情况时根据预设规则生成的。
32.具体的，所述预设规则可以是设置在电调内的判断程序，在飞控系统接收到错误码后，可以控制电机停止运转，并进一步执行迫降动作。
33.在一些实施例中，所述飞行数据包括旋翼电机数据，则步骤s120根据所述飞行数据判断旋翼是否处于断浆状态包括：获取所述旋翼电机数据中的电机转速和电机电流；判断所述电机转速是否高于预设速度阈值，同时所述电机电流是否低于预设电流阈值；若上述判断结果为是，则判定所述旋翼处于断浆状态。
34.具体的，如果在一段时间内，电机转速一直高于某一值，而其电流一直低于某一值。当桨叶脱落时，虽然电机转速够高，但是无桨叶负载，输出功率很低，因此电流很小。如正常工作时转速为3000转/分，电流为50a，桨叶脱落情况下可能不大于10a。这种情况下，该判断条件具体可以为：连续500ms内，电机转速一直大于2800转/分的阈值，而电流低于10a阈值。
35.当然，上述阈值属于极限条件下的阈值，如果无人机处于负载的情况下，也可以根据负载等级对转速和电流的阈值进行等级划分，还可以根据神经网络模型实现智能化的判断。
36.在一些实施例中，所述飞行数据包括旋翼所处机臂的振动幅度值，则步骤s120根据所述飞行数据判断旋翼是否处于断浆状态还包括：获取所述振动幅度值；判断所述振动幅度值是否大于预设幅度阈值；若上述判断结果为是，则判定所述旋翼处于断浆状态。
37.所述振动幅度值是通过设置在所述电子调速器上的振动传感器得到的，且所述电子调速器安装在无人机机臂上，其安装位置和所述旋翼电机之间的距离小于预设距离阈值，比如10-20厘米。
38.具体的，在无人机起飞后，由电调上的振动传感器检测得到的无人机机臂振动幅
度，并判断是否大于某一阈值，在大于阈值时判定处于断浆状态。
39.其原理是：当桨叶部分损坏脱落时，不对称的桨叶运动会导致气流的波动，从而引起该桨叶所处机臂振动的幅度明显增大。在起飞阶段时，由于近地风场的影响以及起落架的振动也会导致机臂的振动幅度过大，所以要避开起飞阶段，在预设时间经过后在执行判定的步骤。
40.另外，电调需要安装在电机和桨叶附近，即安装在机臂靠近旋翼电机的位置，这样才能更好地检测振动幅度的变化。
41.在一些实施例中，所述方法还包括：将所述告警信息发送给地面控制台；或者根据所述告警信息，控制所述无人机降落。
42.在判断出产生了断桨故障后，飞控需采取断桨保护的策略，比如控制无人机安全降落，或者将信息传送给地面控制台比如遥控器，由操作者决定执行下一步动作。
43.依据本发明的另一个方面，参见图3所示，提供了一种无人机旋翼故障的识别装置，所述装置300包括：接收模块310，适于接收无人机在飞行过程中电子调速器产生的飞行数据；判断模块320，适于根据所述飞行数据判断旋翼是否处于断浆状态，所述断浆状态包括如下的至少一种：桨叶脱落、桨叶部分损伤、旋翼电机故障；告警模块330，适于若判断结果为处于断浆状态，则发出告警信息。
44.在一些实施例中，所述飞行数据包括电子调速器上传的电子调速器数据，则判断模块320还适于：判断接收到所述电子调速器数据的时间间隔是否超过预设时间阈值；若超过所述预设时间阈值，则判定所述旋翼处于断浆状态。
45.在一些实施例中，判断模块320还适于：判断所述电子调速器数据是否包括错误码；若包括错误码，则判定所述旋翼处于断浆状态；其中，所述错误码是在旋翼电机出现启动失败、过流、过压或温度过高的情况时根据预设规则生成的。
46.在一些实施例中，所述飞行数据包括旋翼电机数据，则判断模块320还适于：获取所述旋翼电机数据中的电机转速和电机电流；判断所述电机转速是否高于预设速度阈值，同时所述电机电流是否低于预设电流阈值；若上述判断结果为是，则判定所述旋翼处于断浆状态。
47.在一些实施例中，所述飞行数据包括旋翼所处机臂的振动幅度值，则判断模块320还适于：获取所述振动幅度值；判断所述振动幅度值是否大于预设幅度阈值；若上述判断结果为是，则判定所述旋翼处于断浆状态。
48.在一些实施例中，所述振动幅度值是通过设置在所述电子调速器上的振动传感器得到的，且所述电子调速器的安装位置和所述旋翼电机之间的距离小于预设距离阈值。
49.在一些实施例中，所述装置还包括保护执行模块，适于：将所述告警信息发送给地面控制台；或者根据所述告警信息，控制所述无人机降落。
50.需要说明的是，上述各装置实施例的具体实施方式可以参照前述对应方法实施例的具体实施方式进行，在此不再赘述。
51.需要说明的是：在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟装置或者其它设备固有相关。各种通用装置也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类装置所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
52.在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
53.类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求由此明确地并入该具体实施方式，其中每个要求保护的技术方案本身都作为本发明的单独实施例。
54.本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书（包括伴随的要求保护的技术方案、摘要和附图）中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书（包括伴随的要求保护的技术方案、摘要和附图）中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
55.此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。
56.本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器（dsp）来实现根据本发明实施例的穿戴设备的佩戴状态判定装置中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序（例如，计算机程序和计算机程序产品）。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
57.本发明实施例提供了一种非易失性计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有至少一可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的上述无人机旋翼故障的识别方法。
58.图4示出了本发明无人机实施例的结构示意图，该无人机特别是指多旋翼无人机，本发明具体实施例并不对无人机的具体实现做限定。
59.如图4所示，该无人机可以包括：处理器(processor)402、通信接口(communications interface)404、存储器(memory)406、以及通信总线408。特别指出的，所述处理器设置在飞控系统内，作为飞控系统控制无人机的飞行状态的核心。
60.其中：处理器402、通信接口404、以及存储器406通过通信总线408完成相互间的通信。通信接口404，用于与其它设备比如客户端或其它服务器等的网元通信。处理器402，用于执行程序410，具体可以执行上述用于无人机的上述无人机旋翼故障的识别方法实施例中的相关步骤。
61.具体地，程序410可以包括程序代码，该程序代码包括计算机操作指令。
62.处理器402可能是中央处理器cpu，或者是特定集成电路asic（application specific integrated circuit），或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。无人机包括的一个或多个处理器，可以是同一类型的处理器，如一个或多个cpu；也可以是不同类型的处理器，如一个或多个cpu以及一个或多个asic，特别的，所述处理器402组成飞控系统，控制无人机的飞行。
63.存储器406，用于存放程序410。存储器406可能包含高速ram存储器，也可能还包括非易失性存储器（non-volatile memory），例如至少一个磁盘存储器。
64.程序410具体可以用于使得处理器402执行上述无人机旋翼故障的识别方法实施例对应的操作。
65.应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附要求保护的技术方案的范围的情况下可设计出替换实施例。在要求保护的技术方案中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对要求保护的技术方案的限制。单词“包含”不排除存在未列在要求保护的技术方案中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元要求保护的技术方案中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

技术特征：
1.一种无人机旋翼故障的识别方法，由飞控系统执行，其特征在于，所述方法包括：接收无人机在飞行过程中电子调速器产生的飞行数据；根据所述飞行数据判断旋翼是否处于断浆状态，所述断浆状态包括如下的至少一种：桨叶脱落、桨叶部分损伤、旋翼电机故障；若判断结果为处于断浆状态，则发出告警信息。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述飞行数据包括电子调速器上传的电子调速器数据，则根据所述飞行数据判断旋翼是否处于断浆状态包括：判断接收到所述电子调速器数据的时间间隔是否超过预设时间阈值；若超过所述预设时间阈值，则判定所述旋翼处于断浆状态。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述飞行数据判断旋翼是否处于断浆状态还包括：判断所述电子调速器数据是否包括错误码；若包括错误码，则判定所述旋翼处于断浆状态；其中，所述错误码是在旋翼电机出现启动失败、过流、过压或温度过高的情况时根据预设规则生成的。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述飞行数据包括旋翼电机数据，则根据所述飞行数据判断旋翼是否处于断浆状态包括：获取所述旋翼电机数据中的电机转速和电机电流；判断所述电机转速是否高于预设速度阈值，同时所述电机电流是否低于预设电流阈值；若上述判断结果为是，则判定所述旋翼处于断浆状态。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述飞行数据包括旋翼所处机臂的振动幅度值，根据所述飞行数据判断旋翼是否处于断浆状态还包括：获取所述振动幅度值；判断所述振动幅度值是否大于预设幅度阈值；若上述判断结果为是，则判定所述旋翼处于断浆状态。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述振动幅度值是通过设置在所述电子调速器上的振动传感器得到的，且所述电子调速器安装在所述机臂上，且其安装位置和所述旋翼电机之间的距离小于预设距离阈值。7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将所述告警信息发送给地面控制台；和/或，根据所述告警信息，控制所述无人机降落。8.一种无人机旋翼故障的识别装置，由飞控系统执行，其特征在于，所述装置包括：接收模块，适于接收无人机在飞行过程中电子调速器产生的飞行数据；判断模块，适于根据所述飞行数据判断旋翼是否处于断浆状态，所述断浆状态包括如下的至少一种：桨叶脱落、桨叶部分损伤、旋翼电机故障；告警模块，适于若判断结果为处于断浆状态，则发出告警信息。9.一种无人机，其中，该无人机包括：飞控系统；以及被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述飞控系统执行根据权利要求1-7中任一项所
述的无人机旋翼故障的识别方法。10.一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序当被处理器执行时，实现根据权利要求1-7中任一项所述的无人机旋翼故障的识别方法。

技术总结
本发明公开了一种无人机旋翼故障的识别方法、装置、无人机和存储介质，所述方法包括：接收无人机在飞行过程中电子调速器产生的飞行数据；根据所述飞行数据判断旋翼是否处于断浆状态，所述断浆状态包括如下的至少一种：桨叶脱落、桨叶部分损伤、旋翼电机故障；若判断结果为处于断浆状态，则发出告警信息。上述方案完善了各种情况下的断桨识别，即使桨叶脱落或部分桨叶损坏也能及时判断出来，提高了断浆判断的智能化和准确率，避免了无人机整机故障乃至损毁的发生。至损毁的发生。至损毁的发生。


技术研发人员：任雪峰 彭铁欣
受保护的技术使用者：北京卓翼智能科技有限公司
技术研发日：2023.08.09
技术公布日：2023/9/9