CN106872085A - 一种无人机机臂动能效率自动化测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机机臂动能效率自动化测试装置,包括测试平台和测试终端；测试平台与测试终端之间通过无线通信进行数据交互；测试平台用于承载待测无人机机臂，具有用于连接待测无人机机臂的电源接口和信号接口；测试平台还用于根据测试终端发送的控制信号调整待测无人机机臂的控制信号脉宽，以调整待测无人机机臂的转速和功率；并用于在无人机机臂运转过程中采集电压、电流以及螺旋桨所产生的推力参数；测试终端用于接收测试平台所采集的电压、电流、推力参数，并对接收到的电压、电流、推力参数进行均值滤波，计算获取机臂动能效率；该装置能够按照预先设置的程序自动测量机臂动能效率，实现了动能效率测试作业的自动化。

Description

一种无人机机臂动能效率自动化测试装置

技术领域

本发明属于多旋翼无人机技术领域，更具体地，涉及一种无人机机臂动能效率自动化测试装置。

背景技术

无人机生产过程中需要保证各个机臂动力性能的一致性，因此在组装无人机整机前需要对每个机臂的动力性能进行测试；其中，动能效率是最重要的一个性能指标。要测量一个机臂的动能效率，首先需要测出整个机臂的耗电功率，以及在该耗电功率状态下机臂所产生的推力；根据耗电功率和推力可获得机臂每消耗单位功率所能提供的升力大小；测出机臂在各个功率点对应的升力，即可得到该机臂的动能效率曲线，据此可对该机臂的动力性能做完整的分析。

现有无人机行业内对无人机机臂动能效率的测试，多是生产厂家自研自用，通常是将各种成品仪表(如电压表\电流表\电子称等)组装在一起，通过手动调节旋钮改变控制信号脉宽值，从而改变机臂工作状态点，并依次记录各工作状态点对应的电流、推力值,效率较低；更重要一点，测试无人机机臂的动能效率时，待测无人机机臂处于高速旋转状态；而测试人员需要在临近测试设备的位置进行调节和读取数据操作，对测试人员而言存在极大安全隐患，存在被高速旋转的螺旋桨击中而受伤的风险。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种无人机机臂动能效率自动化测试装置，其目的在于实现无人机机臂动能效率的自动化测试，由此提高无人机机臂能效测试的工作效率，并降低测试作业的安全风险。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种无人机机臂动能效率自动化测试装置，包括测试平台和测试终端；

测试平台用于承载待测无人机机臂，具有用于连接待测无人机机臂的电源接口和信号接口；测试平台用于根据测试终端发送的控制信息调整待测无人机机臂的控制信号脉宽值，以调整待测无人机机臂的转速和功率，在无人机机臂运转过程中采集螺旋桨所产生的推力；

测试终端用于接收测试平台所采集的电压、电流、推力参数，并对接收到的上述参数进行均值滤波和计算，获取机臂动能效率；测试平台与测试终端之间通过无线通信进行数据交互。

优选的，上述无人机机臂动能效率自动化测试装置，其测试平台包括机臂支架、承载机构、转轴轴承、电源模块、压力传感器、电压传感器、电流传感器、信号采集控制模块和无线通信模块；

其中，压力传感器、电压传感器、电流传感器、无线通信模块与信号采集控制模块相连；

机臂支架的竖直端用于固定待测无人机机臂、水平端与压力传感器接触；所述承载机构用于承载机臂支架与待测无人机机臂；所述机臂支架与承载机构之间通过转轴轴承进行零摩擦阻力连接；电源模块用于为电压传感器、电流传感器、无线通信模块、以及待测无人机机臂供电；电压传感器用于采集待测无人机机臂的输出电压，电流传感器用于采集待测无人机机臂的输出的电流，压力传感器用于采集待测无人机机臂运转过程中对待测机臂上的无刷电机轴心产生的等效压力；信号采集控制模块将采集到的电压值、电流值和压力值封装成数据帧格式，通过无线通信模块输出。

优选的，上述无人机机臂动能效率自动化测试装置，其测试终端包括电源模块、主控模块和无线通信模块；

所述主控模块和无线通信模块均与电源模块相连；无线通信模块与主控模块相连；

所述无线通信模块用于接收到测试平台所发送的数据帧，并根据帧协议解析获得电压、电流以及压力测试值；所述主控模块用于根据所述电压、电流以及压力测试值计算获得待测无人机机臂的动能效率。

优选的，上述无人机机臂动能效率自动化测试装置，其测试终端还包括人机交互模块，该人机交互模块与主控模块相连，用于接受外部指令输入、显示测试结果，无人机机臂动能效率测试结果以效率曲线的方式在人机交互模块上显示。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果；

(1)本发明提供的无人机机臂动能效率自动化测试装置，采用无线通信和单片机程序控制，实现了动能效率测试作业的自动化，能够按照预先设置的程序自动测量机臂动能效率,并根据测量结果生成待测机臂的动能效率曲线；在通过该自动化测试装置对无人机机臂进行测试的过程中，测试人员通过测试终端对测试平台及待测机臂进行远程控制即可实现数据采集，因此消除了测试作业过程螺旋桨高速旋转对测试人员带来的安全隐患；

(2)本发明提供的无人机机臂动能效率自动化测试装置，其测试平台的信号采集控制模块可预设测量程序，根据测试终端所发送的指令自动调节控制信号脉宽值，从而改变待测机臂的工作状态点，并自动采集相应工作状态点的电压、电流和压力值等数据，根据采集到的数据获得待测机臂的动能效率，实现了测试过程全自动化；可应用在生产中对无人机的机臂动能效率一致性是否在允许误差范围内进行批量测试，并自动生成动能效率曲线，具有提高测试效率的效果；

(3)本发明提供的无人机机臂动能效率自动化测试装置，由于采用了高精度传感器和滤波算法，具有较高的测试准确度。

附图说明

图1是实施例提供的无人机机臂动能效率自动化测试装置的测试平台的结构示意图；

图2是实施例提供的无人机机臂动能效率自动化测试装置中部分功能模块的连接关系示意图；

图3是实施例中的手持测试终端的示意图；

图4是采用实施例提供的无人机机臂动能效率自动化测试装置进行测试的流程示意图；

图5是实施例提供的无人机机臂动能效率自动化测试装置的测试终端的控制流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例无人机机臂动能效率自动化测试装置，包括用于承载待测无人机机臂的测试平台和可手持的测试终端，测试平台具有用于连接待测无人机机臂的电源接口和信号接口；测试平台与测试终端之间通过无线通信方式进行数据交互；

测试平台用于根据测试终端发送的控制信息调整待测无人机机臂的控制信号脉宽值，以调整待测无人机机臂的转速和功率，并在无人机机臂运转过程中采集螺旋桨所产生的推力。

本实施例中，测试平台的结构如图1所示，包括机臂支架、承载机构、转轴轴承、压力传感器、大功率稳压电源、稳压电源模块、电压传感器、电流传感器、信号采集控制模块和无线通信模块；其中，稳压电源、电压传感器、电流传感器、信号采集控制模块和无线通信模块构成测量控制模块；

图2所示，是测量控制模块内部电连接及其外围电路示意图；其中，压力传感器的信号输入端与信号采集控制模块的第一输出端相连、压力传感器的信号输出端与信号采集控制模块的第一输入端相连；待测无人机机臂的PWM信号输入端与信号采集控制模块的PWM控制信号输出端相连，接地端GND与信号采集控制模块的接地端相连；信号采集控制模块的第二输出端与无线通信模块的接收端相连，第二输入端与无线通信模块的发送端相连，电源正、负极与无线通信模块的电源正、负极对应连接；无线通信模块的电源正、负极与稳压电源模块输出端正、负极对应相连；信号采集控制模块的第三输出端与电压传感器的接收端相连，第三输入端与电压传感器的发送端相连，电压传感器的电源正、负极与稳压电源模块输出端正、负极对应相连；信号采集控制模块的第四输出端与电流传感器的接收端相连，第四输入端与电流传感器的发送端相连，电流传感器的电源正、负极与稳压电源模块输出端正、负极对应相连；

稳压电源模块输入端正、负极与大功率电源输出端正、负极对应相连，电压传感器的电源输入端并联在大功率直流稳压电源与稳压电源模块相连的线路上；电流传感器的电源输入端则串联在大功率直流稳压电源输出端与待测无人机机臂的电源输入端之间，具体的，待测无人机机臂的电源输入端正极与电流传感器的电源输入端负极相连，电流传感器的电源输入端正极与大功率直流稳压电源输出端正极相连，待测无人机机臂的电源输入端负极直接与大功率直流稳压电源输出端负极相连。

机臂支架的竖直端用于承载待测无人机机臂、水平端与压力传感器接触；转轴轴承用于连接机臂支架与承载机构,提供零摩擦阻力连接；电源模块用于为电压传感器、电流传感器、无线通信模块、以及待测无人机机臂供电；电压传感器用于采集待测无人机机臂的输出电压，电流传感器用于采集待测无人机机臂的输出的电流，压力传感器用于采集待测无人机机臂的螺旋桨旋转过程中对无刷电机轴心产生的等效压力；信号采集控制模块将采集到的电压值、电流值和压力值封装成数据帧格式，通过无线通信模块发送到测试终端；本实施例中，测试终端为手持的测试终端，包括电源模块、主控模块和无线通信模块。

测试前，将待测无人机机臂固定在机臂支架上；接收到测试终端的启动指令后，待测无人机机臂的无刷电机开始旋转，旋转所产生的力使得机臂支架另一端给压力传感器施加向下的压力,通过信号采集控制模块实时采集压力传感器输出的压力值，以及被测无人机机臂工作状态下的电流值、电压值；将采集到的压力值、电压值和电流值封装成数据帧格式以通过无线通信模块发送到手持的测试终端。

本实施例中，手持测试终端的结构如图3所示，设有功能按键，通过功能按键来设置控制信号，控制信号通过无线通讯方式实时发送给测试平台，测试平台根据接收到的控制信号以及预设的测试程序来调整对待测机臂输出的控制信号脉宽值，从而改变待测机臂的工作点，得到各个工作状态下的动力效率；测试完成后直接将最终结果以表格或效率曲线的方式显示在显示屏上。

采用实施例提供的无人机机臂动能效率自动化测试装置进行测试的流程如图4所示，具体如下：

(1)装置的系统硬件初始化；

(2)获取电压传感器、电流传感器、压力传感器所采集的数据；

(3)将上述数据根据预设的格式封装成数据包；

(4)当收到脉宽值更新的消息帧，则根据接收到的心的脉宽值更新输出的PWM信号的脉宽，以改变待测无人机机臂的工作状态点；若没有收到脉宽值更新的消息帧，则进入步骤(2)。

在测试过程中，手持测试终端的主控模块的控制流程如图5所示，具体如下：

(1)测试终端完成硬件初始化；

(2)对无线通信模块所接收到的数据帧进行解析，获取电压、电流和压力数据；

(3)将电压、电流和压力数据以表格形式在显示屏上进行显示；

(4)判断是否启动自动测试，若是，则进入步骤(5)，否则进入步骤(2)；

(5)发送第N个测量点预设的脉宽值到测量控制模块，N的初始值为1；

(6)判断接收到的压力值是否稳定，若是，则记录当前压力值，并令N＝N+1，进入步骤(7)；若否，则再次判断压力值是否稳定；

(7)判断N是否大于等于10，若是，则结束自动测试，并显示测试数据；若否，则进入步骤(5)。

测试终端的主控模块可将接收到的电压值U、电流值I和压力值F作为基础数据，计算获取待测无人机机臂的动力效率η＝F/U*I(单位为g/W)；并将动力效率以效率曲线的方式通过测试终端的显示屏进行显示；由此，测试人员可通过测试终端远程控制测试过程，并查看测试结果，实现了测试过程全自动化；将实施例提供的这种无人机机臂动能效率自动化测试装置应用在生产中对无人机的机臂动能效率一致性是否在允许误差范围内进行批量测试，并自动生成动能效率曲线，可极大的提高测试效率的效果。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种无人机机臂动能效率自动化测试装置，其特征在于，包括测试平台和测试终端；所述测试平台与测试终端之间通过无线通信进行数据交互；

所述测试平台用于承载待测无人机机臂，具有用于连接待测无人机机臂的电源接口和信号接口；所述测试平台用于根据测试终端发送的控制信号调整待测无人机机臂的控制信号脉宽，以调整待测无人机机臂的转速和功率；并用于在无人机机臂运转过程中采集电压、电流以及螺旋桨所产生的推力参数；

所述测试终端用于接收测试平台所采集的电压、电流、推力参数，并对接收到的电压、电流、推力参数进行均值滤波和计算，获取机臂动能效率。

2.如权利要求1所述的无人机机臂动能效率自动化测试装置，其特征在于，所述测试平台包括机臂支架、承载机构、转轴轴承、电源模块、压力传感器、电压传感器、电流传感器、信号采集控制模块和无线通信模块；

所述压力传感器、电压传感器、电流传感器、无线通信模块与信号采集控制模块相连；

所述机臂支架的竖直端用于固定待测无人机机臂、水平端与压力传感器接触；所述承载机构用于承载机臂支架与待测无人机机臂；所述机臂支架与承载机构之间通过转轴轴承进行零摩擦阻力连接；所述电源模块用于为电压传感器、电流传感器、无线通信模块、以及待测无人机机臂供电；所述电压传感器用于采集待测无人机机臂的输出电压，所述电流传感器用于采集待测无人机机臂的输出的电流，所述压力传感器用于采集待测无人机机臂螺旋桨旋转过程中对待测无人机机臂无刷电机轴心产生的等效压力；所述信号采集控制模块将采集到的电压值、电流值和压力值封装成数据帧格式，通过无线通信模块输出。

3.如权利要求1或2所述的无人机机臂动能效率自动化测试装置，其特征在于，所述测试终端包括电源模块、主控模块和无线通信模块；

所述主控模块和无线通信模块均与电源模块相连；无线通信模块与主控模块相连；

所述无线通信模块用于接收到测试平台所发送的数据帧，并根据帧协议解析获得电压、电流以及压力测试值；所述主控模块用于根据所述电压、电流以及压力测试值计算获得待测无人机机臂的动能效率。

4.如权利要求1或2所述的无人机机臂动能效率自动化测试装置，其特征在于，所述测试终端还包括人机交互模块，所述人机交互模块与主控模块相连；用于接受指令输入，显示测试结果。

5.如权利要求4所述的无人机机臂动能效率自动化测试装置，其特征在于，所述测试结果以效率曲线的方式在人机交互模块上显示。