一种无人机故障监控与告警装置及方法与流程

本发明属于无人机操控技术领域，更具体地，涉及一种无人机故障监控与告警装置及方法。

背景技术：

随着现代飞行器控制技术的日益发展，各种各样的飞行器逐渐都呈现了很高的自主性，但面临着陆低空近地、紊乱风场、系统可靠性等问题，无人机全自治飞行仍然面临很大的挑战，需要地面人员监控和遥操作干预。特别是在长航时(>24小时)巡航飞行时，地面人员长时间监控容易疏漏相关重大故障造成飞行事故。行业目前缺少类似辅助人员进行重大故障监控和告警的装置。因此，需要一种新型的无人机故障监控与告警装置，能够辅助人员监控无人机状态。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种无人机故障监控与告警装置及方法，能够辅助人员监控无人机状态。

为了实现上述目的，本发明提供一种无人机故障监控与告警装置，包括外壳和设于所述外壳内的蜂鸣器、警示灯、处理器和接口芯片，所述蜂鸣器、所述警示灯和所述接口芯片均与所述处理器电连接，所述外壳包括usb接口，所述usb接口与所述接口芯片电连接，用于与外部设备通信连接，以获取并监控无人机运行状态信息；

所述处理器用于接收所述运行状态信息，并在该运行状态信息不符合预设信息时指示所述蜂鸣器和所述警示灯运行告警。

优选地，所述运行状态信息包括：无人机运行时的俯仰角和油门开度；

所述预设信息包括：预设俯仰角数值范围和预设油门开度数值范围。

优选地，所述处理器在该运行状态信息不符合预设信息时指示所述蜂鸣器和所述警示灯运行告警包括：

当无人机运行时的俯仰角超出预设俯仰角数值范围时，所述处理器指示所述蜂鸣器和所述警示灯运行告警，以提示升力故障；

当无人机运行时的油门开度超出预设油门开度数值范围时，所述处理器指示所述蜂鸣器和所述警示灯运行告警，以提示推力故障。

优选地，所述蜂鸣器和所述警示灯运行告警包括：

所述蜂鸣器每间隔t1时间蜂鸣一次，每次蜂鸣时长为t2；

所述警示灯每间隔t3时间闪亮一次，每次亮灯时长为t4，灯灭时长为t5，且所述警示灯在所述蜂鸣器蜂鸣开始后的第0.05s-0.1s开始闪亮。

优选地，所述警示灯闪亮和所述蜂鸣器蜂鸣之间存在滞后的相位差且有重合相位。

优选地，所述t1为0.5s-1s，所述t2为0.15s-0.3s，所述t3为0.5s-1s。

优选地，所述处理器还用于将所述告警信息反馈至所述外部设备，所述外部设备显示告警信息，通过人工校验所述告警信息提示的无人机运行状态是否为正常情况，当校验所述无人机运行状态为正常时，结束告警，且所述处理器根据所述无人机运行状态更新所述预设信息

优选地，所述外壳包括外壳本体和所述usb接口，所述usb接口设于所述外壳本体的一端，所述外壳本体的另一端设有防滑区。

优选地，所述外壳本体由透明材料制成，外表面磨砂处理，所述外壳本体的长度为4.0cm-5.0cm、宽度为1.2cm-1.8cm；

所述防滑区包括防滑纹和/或防滑颗粒，所述防滑区的长度不小于2cm。

本发明还提供一种无人机故障监控与告警方法，利用上述的无人机故障监控与告警装置，所述方法包括：

所述处理器获取无人机的运行状态信息；

所述处理器将所述运行状态信息与预设信息进行比对；

当无人机的运行状态信息不符合所述预设信息时，所述处理器指示所述蜂鸣器和所述警示灯运行告警，并将告警信息反馈至所述外部设备。

本发明涉及的无人机故障监控与告警装置，能够在无人机自主飞行控制飞行的同时，及时将机载重大故障向地面操纵人员提出告警，提醒地面操控团队进行人工干预挽救损失。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的无人机故障监控与告警装置的结构示意图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的无人机故障监控与告警装置的内部结构示意图；

图3示出了根据本发明的一个实施例的无人机故障监控与告警装置提示升力故障的流程示意图

图4示出了根据本发明的一个实施例的无人机故障监控与告警装置提示推力故障的流程示意图；

附图标记说明：

1、外壳，11、外壳本体，12、usb接口，13、防滑区，2、蜂鸣器，3、警示灯，4、处理器，5、接口芯片。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

为解决现有技术存在的问题，如图1和图2所示，本发明提供了一种无人机故障监控与告警装置，包括外壳1和设于外壳1内的蜂鸣器2、警示灯3、处理器4和接口芯片5，蜂鸣器2、警示灯3和接口芯片5均与处理器4电连接，外壳1包括usb接口12，usb接口12与接口芯片5电连接，用于与外部设备通信连接，以获取并监控无人机运行状态信息；

处理器4用于接收运行状态信息，并在该运行状态信息不符合预设信息时指示蜂鸣器2和警示灯3运行告警。

本发明涉及的无人机故障监控与告警装置，针对中空长航时无人机巡飞过程的两项重要故障监控与告警能力，能够在无人机自主飞行控制飞行的同时，及时将机载重大故障向地面操纵人员提出告警，提醒地面操控团队进行人工干预挽救损失。

处理器4包括处理模块和存储模块，处理模块用于数据处理，存储模块用于存储信息，如预设信息，接口芯片5可以设于靠近usb接口12处，蜂鸣器2设于远离usb接口12处，处理器4和警示灯3可以设于接口芯片5和蜂鸣器2之间，警示灯3可以选用led灯。

外壳1包括外壳本体11和usb接口12，usb接口12设于外壳本体11的一端，外壳本体11的另一端设有防滑区13，防滑区13的长度不小于2cm。防滑区13包括防滑纹和/或防滑颗粒。防滑区13的防滑颗粒均布散步在外壳本体11表面，用于增加摩擦力。

外壳本体11由透明材料制成，外表面磨砂处理，外壳本体11的长度为4.0cm-5.0cm、宽度为1.2cm-1.8cm。

本实施例中，外壳本体11由红色透明pvc塑料制成，外壳本体11的长度为4.0cm，宽度为1.2cm，防滑区13的长度为2cm。

运行状态信息包括：无人机运行时的俯仰角和油门开度，还可以包括巡航飞行模态、飞行速度、飞行高度等无人机运行参数信息；

预设信息包括：预设俯仰角数值范围和预设油门开度数值范围。

处理器4在该运行状态信息不符合预设信息时指示蜂鸣器2和警示灯3运行告警包括：

当无人机运行时的俯仰角超出预设俯仰角数值范围时，处理器4指示蜂鸣器2和警示灯3运行告警，以提示升力不足故障；

当无人机运行时的油门开度超出预设油门开度数值范围时，处理器4指示蜂鸣器2和警示灯3运行告警，以提示推力不足故障。

无人机正常的油门开度范围初始值和俯仰角范围初始值可以根据无人机控制律设计自动调整权限范围获取至处理器4并存储，在无人机稳态飞行阶段进行监控适用。

外部设备为主控电脑，通过usb接口12与主控电脑通信和供电，主控电脑用于显示和提供无人机运行状态信息，包括飞行速度、飞行高度、续航时间、俯仰角、油门开度、巡航飞行模态等信息，处理器4通过接口芯片5和usb接口12实时接收运行状态信息，以此监控和预警无人机的故障。

蜂鸣器2和警示灯3运行告警包括：

蜂鸣器2每间隔t1时间蜂鸣一次，每次蜂鸣时长为t2；

警示灯3每间隔t3时间闪亮一次，每次亮灯时长为t4，灯灭时长为t5，且警示灯3在蜂鸣器2蜂鸣开始后的第0.05s-0.1s开始闪亮。

警示灯3闪亮和蜂鸣器2蜂鸣之间存在滞后的相位差且有重合相位，警示灯3闪亮和蜂鸣器2蜂鸣的频率较快，能够提高预警效果。

t1为0.5s-1s，t2为0.15s-0.3s，t3为0.5s-1s。

本实施例中，t1为0.5s，t2为0.15s，t3为0.5s，t4为0.3s，t5为0.2s，即，当蜂鸣器2和警示灯3运行告警时，蜂鸣器2每间隔0.5s蜂鸣一次，每次蜂鸣时长0.15s，警示灯3为白色灯光，每间隔0.5s闪亮一次，亮灯时长为0.3s，灯灭时间为0.2s，且警示灯3在蜂鸣器2开始蜂鸣后的第0.05s开始点亮。通过该频次的蜂鸣器2蜂鸣与警示灯3闪亮配合，能够很好的进行告警提示。

处理器4还用于将告警信息反馈至外部设备，即主控电脑，外部设备显示告警信息，通过人工校验告警信息提示的无人机运行状态是否为正常情况，当校验无人机运行状态为正常时，结束告警，且处理器4根据无人机运行状态更新预设信息。

通过人工校验告警信息提示的无人机运行状态是否为正常情况，当经过校验判断无人机运行状态为正常时，可以在主控电脑上标记该次告警为虚警并撤销告警信息并反馈至处理器4，处理器4根据无人机运行状态更新预设信息。

本发明还提供一种无人机故障监控与告警方法，包括：

处理器4获取无人机的运行状态信息；

处理器4将运行状态信息与预设信息进行比对；

当无人机的运行状态信息不符合预设信息时，处理器4指示蜂鸣器2和警示灯3运行告警，并将告警信息反馈至外部设备。

根据上述无人机故障监控与告警方法监控无人机故障的具体步骤包括：

将无人机故障监控与告警装置插接于主控电脑端口，并加载和存储无人机正常巡航飞行时俯仰角θ的数值范围θ1～θ2和油门开度thr的数值范围thr1～thr2；

处理器4通usb接口12从主控电脑实时获取无人机俯仰角θ、油门开度thr等参数；

当无人机进行稳态巡航飞行模态后，处理器4实时判定俯仰角θ和油门开度thr是否在巡飞状态正常范围内：

当监测到俯仰角θ在θ1～θ2数值范围内时，处理器4判定无人机为正常状态，无人机升力正常；

当俯仰角θ超出θ1～θ2数值范围，处理器4指示蜂鸣器2和警示灯3运行告警并将告警信息反馈至主控电脑，如图3所示，操作人员根据告警信息查看主控电脑上的无人机运行状态信息，确认当前无人机俯仰角θ是否超出正常范围上限θ2：

当θ<θ2，则提示无人机升力过剩，操作人员对无人机人工干预；

当θ>θ2，即俯仰角θ超出正常范围上限θ2或低近自控调整权限上限，则可能发生升力不足属于重大类型的故障，操作人员再次确认无人机运行状态是否正常；

如果运行状态正常，则无人机升力正常，操作人员在主控电脑上将该次告警信息标记为虚警，处理器4蜂鸣器2和警示灯3撤销本次告警，同时处理器4的存储模块将当前俯仰角θ更新为上边界值θ2；

如果运行状态异常，则提示无人机升力不足，操作人员对无人机进行人工干预。

当监测到油门开度thr在thr1～thr2数值范围内时，处理器4判定无人机为正常状态，无人机推力正常；

当油门开度thr超出thr1～thr2数值范围，处理器4指示蜂鸣器2和警示灯3运行告警并将告警信息反馈至主控电脑，如图4所示，操作人员根据告警信息查看主控电脑上的无人机运行状态信息，确认当前无人机油门开度thr是否超出正常范围上限thr2：

当thr<thr2，则提示无人机推力过剩，操作人员对无人机人工干预；

当thr>thr2，即油门开度thr超出正常范围上限thr2或低近自控调整权限上限，则可能发生推力不足属于重大类型的故障，操作人员再次确认无人机运行状态是否正常；

如果运行状态正常，则无人机推力正常，操作人员在主控电脑上将该次告警信息标记为虚警，处理器4蜂鸣器2和警示灯3撤销本次告警，同时处理器4的存储模块将当前油门开度thr更新为上边界值thr2；

如果运行状态异常，则提示无人机推力不足，操作人员对无人机进行人工干预。

蜂鸣器2和警示灯3的告警动作持续到无人机状态恢复俯仰角θ、油门开度thr至正常数值范围，或人工二次校验判定虚警，之后撤销告警。

当人工判定虚警时，处理器的处理模块接收判定结果信息并则将当前状态补充更新到正常使用范围，并将新的数值范围保存到存储模块备份。

处理器的预设信息或预设参数，其初始值根据无人机控制律设计范围或常规任务剖面经验值获取，后续对特定类型任务进行人工判定的迭代，如通过上述的无人机故障监控与告警装置运行告警和通过人工判定撤销告警，从而无人机运行状态参数进行迭代。

本发明涉及的无人机故障监控与告警装置，基于无人机常规作业任务剖面，在自驾仪自动控制基础上提取通用性基本特征参数，对无人机平台重大故障进行特征抽象和监控告警，及时提醒人工干预，另一方面在无人机能够承担的故障范围无需人工干预的情况仍由无人机自驾仪进行故障探测和隔离，创新性通过重大故障分离告警有效减轻地面操纵监控工作压力，特别是在中空长航时无人机平台常态数十小时飞行的情况。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。