一种基于供电管理设备的无人机应急回收技术

技术领域

本发明涉及无人机应急回收技术领域，尤其涉及一种基于供电管理设备的无人机应急回收技术。

背景技术

近年，无人机技术得到了不断的发展和应用。对无人机的安全性提出了越来越高的要求，伞降无人机，由于不依赖机场、对发射及回收场地要求较低，在军民领域得到了广泛的应用。因伞降无人机本身带有降落伞，能够在完成任务后按照指令要求开伞回收，在遇到突发故障的情况下，大多情况下也能凭借所带的降落伞实现无人机的应急回收，保护无人机本身免受损失。

但传统的无人机伞降控制对飞行控制计算机依赖较高，开伞回收动作的执行是由飞控计算机根据判断出的故障情况发出，或收到应急回收指令后飞控计算机发出。在飞控计算机本身故障的情况下，无法实现无人机应急回收，进而造成无人机的损坏和丢失。

这就急需一种新的应急回收技术，实现在飞控计算机故障、机载测控终端故障等多种严重故障条件下，无人机应急开伞回收，使系统可靠性进一步增加。具有很高的应用价值。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于供电管理设备的无人机应急回收技术，能够提高伞降无人机应对紧急故障的能力，在无人机飞行控制计算机发生故障的状态下也能实现无人机的应急回收降落。

一方面，本发明提供一种基于供电管理设备的无人机应急回收技术，其特征在于，根据无人机故障点的位置对无人机实行不同的应急回收操作，具体为：

当无人机故障导致心跳信号消失时，机载供配电设备控制发动机停机，在监测到无人机姿态超限后，控制无人机开伞回收；

当无人机出现总线通信故障，但机载测控终端工作正常时，飞控计算机通过串行通信总线和PWM控制线控制无人机飞行或返航，进行正常开伞回收；

当飞控计算机和总线通信故障，机载测控终端工作正常时，所述机载测控终端响应地面操纵人员发送的“备降”指令，通过串行通信总线和机载供配电管理设备，控制无人机在当前位置开伞回收。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，通过设置在所述机载供配电设备上的姿态测量模块来监测无人机姿态。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，判定无人机姿态超限的标准为：将无人机姿态的俯仰角和滚转角分别与各自的判定阈值进行对比，俯仰角和/或滚转角超出判定阈值的范围则判定无人机姿态超限；若未超出阈值范围，则判定无人机未姿态超限，继续判定。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述俯仰角的未超限范围为：-30°~+30°；所述滚转角的未超限范围为：-50°~+50°。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述姿态测量模块选用MPU-9250 9轴姿态传感芯片来实现。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，总线通信故障时，飞控计算机通过串行通信总线和PWM控制线控制无人机飞行或返航所依据的具体通信连接方式为：所述飞控计算机与无人机机载的卫星定位设备、各类传感器器、机载测控终端和机载供配电管理设备之间分别采用串行通信总线和通信总线两种通信连接方式进行连接；所述飞控计算机所述无人机的若干舵机之间采用PWM和通信总线两种连接方式进行连接。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述机载测控终端通过串行通信总线和机载供配电管理设备控制无人机回收所依据的具体通信连接方式为：所述机载测控终端与所述机载供配电管理设备之间采用串行通信总线和通信总线两种通信连接方式进行连接。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述飞控计算机与所述卫星定位设备之间的串行通信总线具体为RS422；所述飞控计算机与各类传感器之间的串行通信总线具体包括：RS485、RS232和RS422；所述飞控计算机与所述机载测控终端和机载供配电管理设备之间的串行通信总线均为RS422。

另一方面，本发明提供基于供电管理设备的无人机应急回收装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上任一所述方法的步骤。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：能够提高伞降无人机应对紧急故障的能力；能够在无人机飞控计算机发生故障的状态下实现无人机的应急回收降落；可显著提高无人机的安全性，在多种异常情况下保证无人机能够进行伞降回收。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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它的附图。

图1是本发明一个实施例提供的基于供配电管理设备的无人机应急回收技术系统连接示意图；

图2是本发明一个实施例提供的火工支路驱动连接关系图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

为了在无人机飞行控制计算机发生故障的状态下也能实现无人机的应急回收降落，本发明将无人机的回收直接交至机载供配电管理设备控制，无人机供电正常就能够执行开伞回收。具体的是将测量链路给飞控计算机的遥测信息，同时分发给机载供配电管理设备；在飞控计算机故障的情况下，机载供配电管理设备可响应地面操控人员发出的应急备降指令，按照指令完成开伞回收。

在机载供配电管理设备中增加姿态测量模块。机载供配电管理设备通常由单片微控制器（如8051单片机或ARM微控制器或DSP处理器等）及其最小电路系统、电源电路、通信电路、火工控制电路、供电输入处理电路、配电输出电路等组成，这在无人机领域已被广泛应用，更具体的电路结构这里不再赘述。本发明是在原有的机载供配电管理设备中再增加姿态测量模块，姿态测量模块内含姿态测量传感器，用于测量无人机的实时飞行姿态，由原机载供配电管理设备的电源部分供电并与机载供配电管理设备的单片微控制器连接。在飞行过程中，当机载供配电设备检测到飞控计算机无心跳信号(即飞控计算机工作异常)，且无法收到总线或串行通信接口的遥控信息时，机载供配电设备的姿态测量模块检测到无人机姿态超限，自动通过火工控制电路控制无人机开伞回收。

图1是本发明一个实施例提供的基于供配电管理设备的无人机应急回收技术系统连接示意图。如图1所示，一种基于供电管理设备的无人机应急回收技术，包括无人机机载供配电管理设备、地面控制处的飞控计算机、地面控制设备处的“备降”信号发送装置、机载测控终端模块、机载开伞火工控制器和机载切伞火工控制器，供配电管理设备给飞控计算机、测控终端模块以及两个火工控制器供电。供配电管理与开伞火工控制器和切伞火工控制器均采用带开关的电源供电方式进行供电连接，能够控制开伞火工控制器进行开伞操作以及控制切伞火工控制器在检测到无人机触地时进行切伞操作。开伞回收控制均由火工品动作切割伞舱盖绑扎绳完成。火工品的驱动由机载供配电设备直接驱动，不经过飞控计算机等其他设备，保证了在有电源供应的条件下即可开伞。

飞控计算机与供配电管理设备通信连接，能够发送心跳信号给供配电管理设备。飞控计算机、测控终端模块和供配电管理设备分两路连接方式，第一路为飞控计算机、测控终端模块和供配电管理设备三者通过通信总线通信连接，该通信总线指CAN总线或者RS485总线；第二路为测控终端模块通过串行通信总线RS422飞控计算机双向连接，同时又与供配电管理设备RS422通信连接。采用1分2设计，保证即使在机载通信总线失效的状态下，机载供配电管理设备也能接收机载测控终端发出的应急“备降”指令。测控终端模块与地面控制设备处的“备降”指令发出装置通信连接，接收“备降”信号并将之传送给测控终端模块。备降按钮按下后，地面控制站首先通过有线方式接收到控制装置发出的“备降”指令（两者通过有线连接），地面控制站通过地面安装的地面测控终端，将“备降”指令通过无线方式（地面和无人机之间是采用无线链路通信），发送给无人机，无人机上安装的机载测控终端接收到地面发送的“备降”指令，通过通信总线和RS422通信线，传送给飞控计算机和供配电管理设备。

飞控计算机与各个舵机之间采用通信总线连接和PWM连接两种通信连接方式。飞控计算机与无人机的卫星定位设备、各类传感器器之间采用通信总线连接和串行通信总线连接这两种通信连接方式。采用1分2的设计能够在通信总线发生故障时依然实现飞控计算机对无人机的回收控制。对于无人机的机载设备，可以通过PWM信号线控制舵机，同时由于无人机飞控计算机与舵机之间距离有限，也可适用PWM控制。

供配电管理设备上设有姿态测量模块，姿态测量模块用来对无人机的飞行姿态进行测量，并判定无人机是否姿态超限。姿态测量模块实际选用MPU-9250 9轴姿态传感芯片实现，通过MPU-9250 9轴姿态传感芯片计算出飞机当前的俯仰角度和滚转角度，将实际测量的俯仰角度值与设定的俯仰阈值进行比较以判定当前无人机是否姿态超限；俯仰阈值根据实际需要或不同机型的需求设定，一般可设置为大于30度和小于-30度为俯仰角阈值，滚转角超限判定方法相同，一般滚转角阈值设定为大于50度和小于-50度。飞控计算机提供心跳信号给机载供配电管理设备，当无人机在空中飞行且心跳信号消失时，机载供配电设备可根据姿态判定执行应急回收，即姿态测量模块判定无人机处于姿态超限状态时，供配电管理设备控制开伞火工控制器进行开伞操作。

该发明的工作工程包括：（1）地面操纵设备设置应急“备降”按钮，按下该按钮后，地面测控站将通过链路给机载供配电设备发送“备降”指令，该指令的发送不依赖飞控计算机执行，由驱动火工品动作的供配电管理设备直接接收并执行。（2）机载通信总线连接机载飞控计算机、机载供配电管理设备、各传感器。（3）测控终端与飞控计算机通信的串行总线，通过增加线缆分路，同时连接至机载供配电设备，实现一个设备发送，两个设备接收，即飞控计算机和机载供配电设备同时可通过串行通信接口接收测控终端数据。（4）飞控计算机输出心跳信号线连接至供配电管理设备，供配电管理设备通过监测飞控计算机心跳信号，可判断飞控计算机是否工作正常，在飞控计算机故障情况下，机载供配电设备启动自主控制发动机停车及开伞回收的权限。（5）机载供配电管理设备增加姿态测量芯片，能够监测无人机的飞行姿态。

本发明能够提高系统的可靠性回收，使用本发明回收技术的无人机具有的安全措施如下：

安全措施1：正常飞行过程中，无人机按照地面操控指令飞行，完成任务后按照地面操作人员的指令到达指定地面滑降回收或开伞回收，系统任务执行完毕；

安全措施2：飞行过程中，无人机出现异常故障，如发动机停车故障，若此时飞控计算机和机载链路终端均正常，地面操纵人员可发送舵面操控指令，控制无人机在特定位置开伞回收；舵面操纵指令由地面控制人员通过地面遥控器等装置或控制舱内的控制席位发送，根据需要按下相应的控制按钮，即可发出相应的指令，发送后无人机收到指令，会控制相应的舵机进行动作，舵机动作后，无人机可进行滚转或升降，从而控制无人机改变飞行航向或高度，飞往特定位置；该特定位置指操纵人员选择的地面开阔、无建筑物和人员聚集、无人机坠落不会带来附带人员或建筑物损失的备降场地；

安全措施3：飞行过程中，无人机出现飞控计算机故障，但机载链路终端工作正常，此时机载供配电管理设备接管机载通信总线，无人机能够响应地面操纵人员发送的舵面操控指令和“备降”指令，到达特定位置（即备降场地）开伞回收，解决了飞控计算机故障时，飞机不受控无法安全回收的问题；

安全措施4：飞行过程中，无人机出现总线通信故障，但机载测控终端模块工作正常，此时机载飞控计算机能够通过串行通信总线和PWM控制线，控制无人机飞行或返航，返回本场后正常开伞回收，解决了机载总线故障情况下，无人机无法操控和回收的问题；

安全措施5：飞行过程中，出现飞控计算机故障和总线通信故障，机载测控终端工作正常，机载供配电管理设备能够通过串行通信总线响应地面操纵人员发送的“备降”指令，控制无人机在当前位置开伞回收，解决了无人机飞控计算机故障且总线故障情况下无人机无法回收的故障；

安全措施6：飞行过程中，无人机出现飞控计算机故障和机载测控终端故障，机载供电管理设备通过给发动机控制器断电，控制发动机停车，在监测到无人机姿态（俯仰角或滚转角）超过规定的阈值后，控制无人机开伞回收。

以上对本申请实施例所提供的一种基于供电管理设备的无人机应急回收技术，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“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。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。