CN212905999U - 一种用于无人机异常状态的应急响应*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于无人机异常状态的应急响应***，属于无人机技术领域。它解决了现有采用双控制器存在成本高，重量增加影响无人机使用性能的问题。本用于无人机异常状态的应急响应***包括供电CPU、飞控CPU、飞行驱动设备、传感模块、用于连接供电CPU和飞控CPU的通讯总线以及与供电CPU连接的第一路径选择电路和第二路径选择电路，传感模块通过第一路径选择电路分别与供电CPU和飞控CPU连接，飞行驱动设备通过第二路径选择电路分别与供电CPU和飞控CPU连接，供电CPU用于通过通讯总线获知飞控CPU出现故障时输出控制指令给第一路径选择电路和第二路径选择电路，使供电CPU控制无人机飞行。本实用新型能够在提升无人机安全性能的同时保证无人机的使用性能。

Description

一种用于无人机异常状态的应急响应***

技术领域

本实用新型属于无人机技术领域，涉及一种用于无人机异常状态的应急响应***。

背景技术

无人机全称为无人驾驶飞机，是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，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作。主要应用领域包括航空拍摄、地质地貌测绘、森林防火、边境巡逻、应急救灾、科研实验、军事、社会治安等。

供电***和飞行控制***是无人机的重要组成部分，飞行控制***通过采集传感器的信息进行组合导航姿态解算来获得飞机的姿态、高度、速度以及位置信息，从而控制无人机自动飞行，而无人机的供电***通常只用作检测供电状态给飞行控制***做必要反馈。

目前，无人机的飞行控制***多采用单一控制器，在飞行中，如若无人机的飞行控制***发生故障，会导致无人机瞬间信号丢失，严重的甚至出现坠机现象。或者如中国专利文献公开的多传感器冗余备份的双余度飞行控制***及含其的无人机，采用双控制器，能够保证在其中一个控制器出现故障时，利用另一个与备份的控制器自动无缝接管其工作，虽然无人机采用双控制器可以有效的解决单一控制器故障时，无人机将失去控制的问题，但是无人机搭载两套飞行控制***会增加无人机的重量和成本，而且重量增加，会使航距和航时缩短，影响无人机使用性能。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种用于无人机异常状态的应急响应***，其所要解决的技术问题是：如何在提升无人机安全性能的同时保证无人机的使用性能。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：一种用于无人机异常状态的应急响应***，包括供电CPU、飞控CPU以及飞行驱动设备和用于采集无人机飞行数据的传感模块，所述应急响应***还包括用于连接供电CPU和飞控CPU的通讯总线以及与所述供电CPU连接的第一路径选择电路和第二路径选择电路，所述传感模块通过第一路径选择电路分别与供电CPU和飞控CPU连接，所述飞行驱动设备通过第二路径选择电路分别与供电CPU和飞控CPU连接，所述供电CPU用于通过通讯总线获知飞控CPU出现故障时输出控制指令给第一路径选择电路和第二路径选择电路，所述第一路径选择电路用于根据控制指令切换路径来输送无人机飞行数据给供电CPU，所述第二路径选择电路用于根据控制指令切换路径来输送供电CPU的控制信号给飞行驱动设备。

本用于无人机异常状态的应急响应***的工作原理为：无人机起飞后，在飞控CPU工作正常情况下，无人机的所有飞行控制均由飞控CPU完成，即飞控CPU对飞行驱动设备进行控制，飞行驱动设备包括舵机和电调等，飞控CPU在对无人机的飞行进行控制的同时，飞控CPU通过通讯总线定时发送无人机状态信息给供电CPU，供电CPU通过通讯总线定时接收飞控CPU的状态信息，当飞控CPU出现异常时，状态信息将无法发送，供电CPU与飞控CPU的通讯就会超时，以此可获知飞控CPU的故障信号，供电CPU在获知飞控CPU故障时输出控制指令给第一路径选择电路和第二路径选择电路，第一路径选择电路和第二路径选择电路分别根据控制指令进行路径切换，使供电CPU获取飞行控制权，即此时由供电CPU对无人机进行飞行控制，供电CPU通过第一路径选择电路与传感模块进行数据传输，获得无人机飞行数据，供电CPU通过第二路径选择电路与飞行驱动设备进行数据传输，调节飞行姿态避免坠机，本应急响应***通过增加传感模块和飞行驱动设备与供电CPU的连接路径，使供电CPU能够在飞控CPU出现故障时对飞行驱动设备进行控制，保证无人机的飞行航线，避免无人机失去控制，影响无人机正常飞行，甚至导致炸机的问题，实现了飞控CPU异常状态时供电CPU对飞行状态的必要控制，无需增加第二控制***，在不增加无人机成本和重量的情况下，提升了无人机的安全性能和使用性能。

在上述的用于无人机异常状态的应急响应***中，所述应急响应***还包括用于对供电CPU输送的复位信号进行锁存的锁存器，所述供电CPU和飞控CPU通过锁存器连接。锁存器用于对复位信号进行锁存，能够起到防干扰的作用。

在上述的用于无人机异常状态的应急响应***中，所述应急响应***还包括用于反馈异常信息给地面站的应急数传电台，所述应急数传电台与供电CPU连接。应急数传电台的使用能够使地面站及时了解无人机的飞行状态，提高无人机飞行的安全性和可靠性。

在上述的用于无人机异常状态的应急响应***中，所述传感模块包括全球导航卫星***和惯性导航模块，所述供电CPU和飞控CPU均通过第一路径选择电路与全球导航卫星***连接；所述供电CPU和飞控CPU均通过第一路径选择电路与惯性导航模块连接。全球导航卫星***和惯性导航模块的应用，能够获得飞机的姿态、高度、速度以及位置信息，供电CPU或者飞控CPU能够根据这些信息来做出相应控制，实现无人机的自动飞行。

在上述的用于无人机异常状态的应急响应***中，所述第一路径选择电路包括与全球导航卫星***连接的串口选择电路以及与惯性导航模块连接的SPI选择电路，所述串口选择电路通过串口分别与供电CPU和飞控CPU连接，所述SPI选择电路通过SPI总线分别与供电CPU和飞控CPU连接。全球导航卫星***通过串口与供电CPU和飞控CPU连接，惯性导航模块通过SPI总线与供电CPU和飞控CPU连接，这样设置，能够提高供电CPU和飞控CPU对无人机飞行数据进行接收的可靠性，保证在飞控CPU故障时，供电CPU能够可靠地获取无人机飞行数据，提高无人机飞行的安全性。

在上述的用于无人机异常状态的应急响应***中，所述通讯总线为RS232总线、RS422总线、RS485总线或CAN总线中的一种。

在上述的用于无人机异常状态的应急响应***中，所述应急响应***还包括IC2总线，所述第一路径选择电路的控制端和第二路径选择电路的控制端均通过IC2总线与供电CPU连接。通过IC2总线来实现供电CPU与第一路径选择电路和第二路径选择电路的连接，使其信号传输稳定，简化线路连接，保证在飞控CPU故障时，供电CPU能够可靠地控制无人机，提高无人机飞行的安全性。

在上述的用于无人机异常状态的应急响应***中，所述串口选择电路、SPI选择电路以及第二路径选择电路均为用于能够实现路径切换接通的切换开关，各切换开关的主触点分别对应连接全球导航卫星***、惯性导航模块和飞行驱动设备，各切换开关的分触点一均与飞控CPU连接，各切换开关的分触点二均与供电CPU连接，各切换开关的控制端均与供电CPU连接。

与现有技术相比，本用于无人机异常状态的应急响应***将飞控CPU和供电CPU以及传感模块通过第一路径选择电路进行连接，使供电CPU也能够获取无人机飞行数据，另外供电CPU还通过第二路径选择电路连接飞行驱动设备，供电CPU和飞控CPU之间还通过通讯总线建立通讯，实现了飞控CPU异常状态时供电CPU对飞机状态的控制，在提升无人机安全性能的同时不增加无人机成本和重量，保证了无人机的使用性能。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图中，1、供电CPU；2、飞控CPU；3、传感模块；31、全球导航卫星***；32、惯性导航模块；4、飞行驱动设备；5、通讯总线；6、第一路径选择电路；61、串口选择电路；62、SPI选择电路；7、第二路径选择电路；8、IC2总线；9、锁存器；10、应急数传电台。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

如图1所示，本用于无人机异常状态的应急响应***包括供电CPU 1、飞控CPU 2、飞行驱动设备4、用于采集无人机飞行数据的传感模块3、用于连接供电CPU 1和飞控CPU 2的通讯总线5以及与供电CPU 1连接的第一路径选择电路6和第二路径选择电路7，传感模块3通过第一路径选择电路6分别与供电CPU 1和飞控CPU 2连接，飞行驱动设备4通过第二路径选择电路7分别与供电CPU 1和飞控CPU 2连接，其中，传感模块3包括全球导航卫星***31和惯性导航模块32，供电CPU 1和飞控CPU 2均通过第一路径选择电路6与全球导航卫星***31连接；供电CPU 1和飞控CPU 2均通过第一路径选择电路6与惯性导航模块32连接。第一路径选择电路6可以通过SPI总线或串口分别与供电CPU 1和飞控CPU 2连接。

作为优选方案，本应急响应***还包括用于对供电CPU 1输送的复位信号进行锁存的锁存器9，供电CPU 1和飞控CPU 2通过锁存器9连接。锁存器9用于对复位信号进行锁存，能够起到防干扰的作用。

作为优选方案，本应急响应***还包括用于反馈异常信息给地面站的应急数传电台10，应急数传电台10与供电CPU 1连接。应急数传电台10的使用能够使地面站及时了解无人机的飞行状态，提高无人机飞行的安全性和可靠性。

作为优选方案，第一路径选择电路6包括与全球导航卫星***31连接的串口选择电路61以及与惯性导航模块32连接的SPI选择电路62，串口选择电路61通过串口分别与供电CPU 1和飞控CPU 2连接，SPI选择电路62通过SPI总线分别与供电CPU 1和飞控CPU 2连接。全球导航卫星***31通过串口与供电CPU 1和飞控CPU 2连接，惯性导航模块32通过SPI总线与供电CPU 1和飞控CPU 2连接，这样设置，能够提高供电CPU 1和飞控CPU 2对无人机飞行数据进行接收的可靠性，保证在飞控CPU 2故障时，供电CPU 1能够可靠地获取无人机飞行数据，提高无人机飞行的安全性。

其中，作为优选方案，串口选择电路61、SPI选择电路62以及第二路径选择电路7均为用于能够实现路径切换接通的切换开关，各切换开关的主触点分别对应连接全球导航卫星***31、惯性导航模块32和飞行驱动设备4，各切换开关的分触点一均与飞控CPU 2连接，各切换开关的分触点二均与供电CPU 1连接，各切换开关的控制端均与供电CPU 1连接。

作为另一种优选方案，串口选择电路61、SPI选择电路62以及第二路径选择电路7均为用于能够实现相应路径接通的继电器，继电器的数量为两个。以串口选择电路61为例，其中一个继电器的常开开关用于连通或断开全球导航卫星***31和飞控CPU 2，另一个继电器的常开开关用于连通或断开全球导航卫星***31和供电CPU 1，两个继电器的线圈均与供电CPU 1连接，SPI选择电路62和第二路径选择电路7的连接方式与串口选择电路61的连接方式相同。

作为另一种优选方案，串口选择电路61采用切换开关或继电器或其他能够实现路径切换的转换芯片，SPI选择电路62采用继电器或切换开关或其他能够实现路径切换的转换芯片，第二路径选择电路7采用切换开关或继电器或其他能够实现路径切换的转换芯片。

作为优选方案，通讯总线5为RS232总线、RS422总线、RS485总线或CAN总线中的一种。

作为优选方案，应急响应***还包括IC2总线8，第一路径选择电路6的控制端和第二路径选择电路7的控制端均通过IC2总线8与供电CPU 1连接。除IC2总线8实现供电CPU 1与第一路径选择电路6和第二路径选择电路7进行通讯外，还可以采用其他总线来进行通讯，如CAN总线、RS422总线、RS485总线、SPI总线或RS232总线

本用于无人机异常状态的应急响应***的工作原理为：无人机起飞后，在飞控CPU2工作正常情况下，无人机的所有飞行控制均由飞控CPU 2完成，即飞控CPU 2对传感模块3的信号进行接收以及对飞行驱动设备4进行控制，飞行驱动设备4包括舵机和电调等，飞控CPU 2在对无人机的飞行进行控制的同时，飞控CPU 2通过通讯总线5定时发送无人机状态信息给供电CPU 1，供电CPU 1通过通讯总线5定时接收飞控CPU 2的状态信息，当飞控CPU 2出现异常时，状态信息将无法发送，供电CPU 1与飞控CPU 2的通讯就会超时，以此供电CPU1可获知飞控CPU 2的故障信号，供电CPU 1在通过通讯总线5获知飞控CPU 2故障时输出控制指令给第一路径选择电路6中的串口选择电路61和SPI选择电路62以及第二路径选择电路7，串口选择电路61、SPI选择电路62以及第二路径选择电路7的控制端均与供电CPU 1连接，供电CPU 1在获知飞控CPU 2故障时，发送高电平信号给串口选择电路61和SPI选择电路62，使串口选择电路61和SPI选择电路62切换路径来使传感模块3与供电CPU 1连接，即全球导航卫星***31通过串口选择电路61与供电CPU 1进行通讯，发送飞行数据给供电CPU 1，惯性导航模块32通过SPI选择电路62与供电CPU 1进行通讯，发送飞行数据给供电CPU 1，作为优选，供电CPU 1与串口选择电路61和SPI选择电路62之间的通讯可以采用IC2总线8来实现。供电CPU 1获取无人机的飞行数据并根据飞行数据发出相应的飞行控制信号，在飞控CPU 2发生故障时，供电CPU 1也同时控制第二路径选择电路7进行切换路径，通过第二路径选择电路7使供电CPU 1和飞行驱动设备4建立信号传输，即供电CPU 1能够将飞行控制信号通过第二路径选择电路7发送给飞行驱动设备4，调整飞行姿态，避免坠机。作为优选，在飞控CPU 2发生故障时，供电CPU1对无人机进行控制，根据预先设定的飞行控制信号控制无人机飞行，在控制无人机稳定飞行时，供电CPU 1发出复位信号给锁存器9，锁存器9对复位信号进行锁存，在供电CPU1再次发出复位信号时，锁存器9将锁存的复位信号输出给飞控CPU2，其复位信号的输出可以根据人为进行设定，使飞控CPU 2进行自动重启，尽可能使无人机恢复正常控制，保证无人机的使用性能，在重启失败时供电CPU 1发出控制指令控制无人机返航，实现了飞控CPU 2异常状态时供电CPU 1对飞行状态的必要控制，避免无人机失去控制发生坠机事故，有效提高了无人机的安全飞行，而且不需要增加另一套控制***，也不会对重量和成本造成较大的增加，提升了无人机的安全性能和使用性能。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种用于无人机异常状态的应急响应***，包括供电CPU(1)、飞控CPU(2)以及飞行驱动设备(4)和用于采集无人机飞行数据的传感模块(3)，其特征在于，所述应急响应***还包括用于连接供电CPU(1)和飞控CPU(2)的通讯总线(5)以及与所述供电CPU(1)连接的第一路径选择电路(6)和第二路径选择电路(7)，所述传感模块(3)通过第一路径选择电路(6)分别与供电CPU(1)和飞控CPU(2)连接，所述飞行驱动设备(4)通过第二路径选择电路(7)分别与供电CPU(1)和飞控CPU(2)连接，所述供电CPU(1)用于通过通讯总线(5)获知飞控CPU(2)出现故障时输出控制指令给第一路径选择电路(6)和第二路径选择电路(7)，所述第一路径选择电路(6)用于根据控制指令切换路径来输送无人机飞行数据给供电CPU(1)，所述第二路径选择电路(7)用于根据控制指令切换路径来输送供电CPU(1)的控制信号给飞行驱动设备(4)。

2.根据权利要求1所述的用于无人机异常状态的应急响应***，其特征在于，所述应急响应***还包括用于对供电CPU(1)输送的复位信号进行锁存的锁存器(9)，所述供电CPU(1)和飞控CPU(2)通过锁存器(9)连接。

3.根据权利要求1所述的用于无人机异常状态的应急响应***，其特征在于，所述应急响应***还包括用于反馈异常信息给地面站的应急数传电台(10)，所述应急数传电台(10)与供电CPU(1)连接。

4.根据权利要求1所述的用于无人机异常状态的应急响应***，其特征在于，所述应急响应***还包括IC2总线(8)，所述第一路径选择电路(6)的控制端和第二路径选择电路(7)的控制端均通过IC2总线(8)与供电CPU(1)连接。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的用于无人机异常状态的应急响应***，其特征在于，所述传感模块(3)包括全球导航卫星***(31)和惯性导航模块(32)，所述供电CPU(1)和飞控CPU(2)均通过第一路径选择电路(6)与全球导航卫星***(31)连接；所述供电CPU(1)和飞控CPU(2)均通过第一路径选择电路(6)与惯性导航模块(32)连接。

6.根据权利要求5所述的用于无人机异常状态的应急响应***，其特征在于，所述第一路径选择电路(6)包括与全球导航卫星***(31)连接的串口选择电路(61)以及与惯性导航模块(32)连接的SPI选择电路(62)，所述串口选择电路(61)通过串口分别与供电CPU(1)和飞控CPU(2)连接，所述SPI选择电路(62)通过SPI总线分别与供电CPU(1)和飞控CPU(2)连接。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的用于无人机异常状态的应急响应***，其特征在于，所述通讯总线(5)为RS232总线、RS422总线、RS485总线或CAN总线中的一种。

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