CN109367816B - 旋翼无人机和涵道无人机动力测试优化装置及其优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋翼无人机和涵道无人机动力测试优化装置及其优化方法，包括计算机、连接头、光轴、两个直线旋转轴承、两个螺栓滚动轴承、拉压力传感器、扭力传感器、连接套以及连接板等。本发明具有以下有益效果：将机构传递运动和力有效地结合起来，有效消除了传统传导机构结构简单，传动单一，摩擦阻力大的缺陷，对于部署在户外复杂环境中工作的旋翼无人机和涵道无人机动力测试设备，本发明可以减少能耗延长这些传感器的工作寿命，从而高质量的完成了运动与力的传导。

Description

旋翼无人机和涵道无人机动力测试优化装置及其优化方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体为一种旋翼无人机和涵道无人机动力测试优化装置及其优化方法。

背景技术

按飞行平台构型分类，无人机可分为固定翼无人机、旋翼无人机、无人飞艇、伞翼无人机、扑翼无人机等。无人机的价值在于代替人类完成空中作业，其最直接的发展驱动因素主要来自两个方面：(1)减少人员直接投入及应付极端条件；(2)科研和工业等领域，通过使用无人机，快速高效地完成作业。所以，当前无人机广泛应用于航拍、勘探、测绘、采样、运输、军用监测、电力巡检、灾害救援、气象收集、城市管理等领域。近年来，随着时代的飞速发展，旋翼无人机应用越来越广泛，对它的要求越来越高。如全球大热的无人机快递派收，即要求其派收准确无误，又要求其能多载重。从市场角度出发，厂家的无人机载重越多，越能优先的占领市场。从设计角度出发，旋翼无人机载重越多，对无人机中的电机、电调、桨等动力构件要求越重要。动力装置中，在输入电压和桨叶转速相同的情况下，不同尺寸大小的桨叶，其产生的提升力不同，同时装置中流经电调、电机的电流不同，功率也随之不同。桨叶越大，提升力越大，电流和功率也越大。同时动力装置中，在输入电压相同的情况下，同种尺寸大小的桨叶，桨叶的转速不同，其产生的提升力不同，流经电调、电机的电流不同，功率也不同。桨叶的转速越高，其产生的提升力越大，流经电调、电机的电流和功率也越大。旋翼无人机设计中，力效为旋翼无人机的重要性能指标(动力机构的力效为桨叶产生的提升力与功率之比)。如何提高螺旋桨的拉力，降低电池等供能构件的功耗，从而使无人机获得大的力效是设计的关键。涵道旋翼无人机与传统旋翼无人机相比，在同样的功耗，同样桨叶直径的前提下能多提供30％_-40％的提升力。目前市场上的动力测试机构中的旋翼无人机和涵道无人机动力测试优化装置，由简单轴承、传动轴和拉力传感器等组成。这些旋翼无人机和涵道无人机动力测试优化装置传递运动单一，无法同时传导拉力和扭力，且在传递时摩擦力较大，计算机在计算数据时速度慢，无法达到实时响应，动力测试计算时的工作能耗也很大。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述不足提供一种旋翼无人机和涵道无人机动力测试优化装置及其优化方法。

一种旋翼无人机和涵道无人机动力测试优化装置，包括计算机、连接头1、光轴2、两个直线旋转轴承3、两个螺栓滚动轴承7、拉压力传感器13、扭力传感器16、连接套8以及连接板4，所述拉压力传感器13和扭力传感器16均通过无线网络与计算机相连，所述连接头1内侧安装有第一平垫18，所述光轴2的一端安装在第一平垫18的插口内，并通过第一螺钉19和第一螺母20固定，所述连接套8和两个直线旋转轴承3均安装在光轴2上,所述连接套8位于两个直线旋转轴承3之间，所述连接套8的一端外壁设有连接套侧板25，所述连接板4的两个侧板底部安装有滑块24，所述滑块24滑动安装在直线滑动导轨23上，所述两个螺栓滚动轴承7的一端通过第二螺母6固定在连接板4上，所述两个螺栓滚动轴承7的另一端安装在连接套侧板25两侧，所述拉压力传感器13的一端安装在传感器支座15上，所述拉压力传感器13的另一端安装在连接板4的吊耳上，所述扭力传感器16的一端安装在光轴2的另一端，所述扭力传感器16的另一端安装在扭力传感器支座17上。

所述连接套8通过第二螺钉5和第三螺钉21与光轴2固定，所述连接板4与滑块24通过第五螺钉22和第一平垫18固定，所述拉压力传感器13的一端与传感器支架15通过第一螺栓14、第三螺母10、第二平垫11、第一弹垫12连接固定，所述拉压力传感器13的另一端与连接板4通过第四螺钉9、第三螺母10、第二平垫11与第一弹垫12连接固定；所述扭力传感器16的另一端通过第一螺钉19、第一平垫18和第一螺母20与扭力传感器支座17固定。

所述拉压力传感器13为S型，所述光轴2的另一端设有四方形孔，所述扭力传感器16的一端为四方形，所述直线滑动导轨23对称分布在光轴2两侧，所述拉压力传感器13于连接板4与传感器支架15之间。

所述旋翼无人机和涵道无人机动力测试优化装置，其优化方法包括以下步骤：

S1，连接板移动时，带动螺钉拉或者压拉压力传感器，光轴在移动旋转的同时，光轴后端的四方孔与扭力传感器的四方块相接触，产生扭力传递扭矩，然后通过无线网络传输至计算机；

S2,在连接头两侧布置测速仪和噪音测试仪，实时测试螺旋桨和涵道螺旋桨的转速和噪音，然后通过无线网络传输至计算机；

S3,计算机对接收的S1和S2中的数据进行缓存，然后遍历所述数据，遍历依据为：每次从缓存中取出数据结构中入度为零的数据放到有序链表中，直到检测完毕，得到有序的任务链表；

S4，对所述有序的任务链表中每个任务进行任务调度，结束后所需能耗包括通信能耗、休眠能耗以及它们之间的切换能耗；

S5,随机初始化各个任务调度，并将任务调度能耗值按有序链表中的顺序进行排序，得到调度解所对应的二进制编码，所述二进制编码编码的长度为L，对该编码以长度1进行n次折叠，得到编码矩阵M；其中，L＝1*n；

S6,对编码矩阵M局部更新为矩阵M1，用M1的全排列矩阵值依次替换M中的一部分矩阵值得到M2，从M2中挑选出一个最优解作为M3，以此类推，得出任务调度能耗值最优化的调度解。

本发明具有以下有益效果：将机构传递运动和力有效地结合起来，有效消除了传统传导机构结构简单，传动单一，摩擦阻力大的缺陷，对于部署在户外复杂环境中工作的旋翼无人机和涵道无人机动力测试设备，本发明可以减少能耗延长这些传感器的工作寿命，从而高质量的完成了运动与力的传导。

附图说明

图1为本发明轴侧图；

图2为本发明俯视图；

图3为本发明沿A-A线的示意图；

图4为拉压力传感器三视图；

图5为扭力传感器三视图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例进一步说明本发明。

实施例：本发明一种旋翼无人机和涵道无人机动力测试优化装置，包括计算机、连接头1、光轴2、两个直线旋转轴承3、两个螺栓滚动轴承7、拉压力传感器13、扭力传感器16、连接套8以及连接板4，所述拉压力传感器13和扭力传感器16均通过无线网络与计算机相连，所述连接头1内侧安装有第一平垫18，所述光轴2的一端安装在第一平垫18的插口内，并通过第一螺钉19和第一螺母20固定，所述连接套8和两个直线旋转轴承3均安装在光轴2上,所述连接套8位于两个直线旋转轴承3之间，所述连接套8的一端外壁设有连接套侧板25，所述连接板4的两个侧板底部安装有滑块24，所述滑块24滑动安装在直线滑动导轨23上，所述两个螺栓滚动轴承7的一端通过第二螺母6固定在连接板4上，所述两个螺栓滚动轴承7的另一端安装在连接套侧板25两侧，所述拉压力传感器13的一端安装在传感器支座15上，所述拉压力传感器13的另一端安装在连接板4的吊耳上，所述扭力传感器16的一端安装在光轴2的另一端，所述扭力传感器16的另一端安装在扭力传感器支座17上。

所述连接套8通过第二螺钉5和第三螺钉21与光轴2固定，所述连接板4与滑块24通过第五螺钉22和第一平垫18固定，所述拉压力传感器13的一端与传感器支架15通过第一螺栓14、第三螺母10、第二平垫11、第一弹垫12连接固定，所述拉压力传感器13的另一端与连接板4通过第四螺钉9、第三螺母10、第二平垫11与第一弹垫12连接固定；所述扭力传感器16的另一端通过第一螺钉19、第一平垫18和第一螺母20与扭力传感器支座17固定。

所述拉压力传感器13为S型，所述光轴2的另一端设有四方形孔，所述扭力传感器16的一端为四方形，所述直线滑动导轨23对称分布在光轴2两侧，所述拉压力传感器13于连接板4与传感器支架15之间。

所述旋翼无人机和涵道无人机动力测试优化装置，其优化方法包括以下步骤：

S1，连接板移动时，带动螺钉拉或者压拉压力传感器，光轴在移动旋转的同时，光轴后端的四方孔与扭力传感器的四方块相接触，产生扭力传递扭矩，然后通过无线网络传输至计算机；

S2,在连接头两侧布置测速仪和噪音测试仪，实时测试螺旋桨和涵道螺旋桨的转速和噪音，然后通过无线网络传输至计算机；

S3,计算机对接收的S1和S2中的数据进行缓存，然后遍历所述数据，遍历依据为：每次从缓存中取出数据结构中入度为零的数据放到有序链表中，直到检测完毕，得到有序的任务链表；

S4，对所述有序的任务链表中每个任务进行任务调度，结束后所需能耗包括通信能耗、休眠能耗以及它们之间的切换能耗；

S5,随机初始化各个任务调度，并将任务调度能耗值按有序链表中的顺序进行排序，得到调度解所对应的二进制编码，所述二进制编码编码的长度为L，对该编码以长度1进行n次折叠，得到编码矩阵M；其中，L＝1*n；

S6,对编码矩阵M局部更新为矩阵M1，用M1的全排列矩阵值依次替换M中的一部分矩阵值得到M2，从M2中挑选出一个最优解作为M3，以此类推，得出任务调度能耗值最优化的调度解。

工作原理是：螺旋桨安装在电机上，电机固定到连接头上，电机带动螺旋桨和涵道螺旋桨组件工作时，会带动光轴在直线旋转轴承座上产生位移和旋转。与光轴固定的连接套会将运动传递给螺栓滚轮轴承。螺栓滚轮轴承带动连接板在直线滑动导轨上轴向移动。连接板移动时，会带动螺栓拉或者压S型传感器。光轴在移动旋转的同时，光轴后端的四方孔与扭力传感器的四方块相接触，产生扭力，传递扭矩。所述的直线旋转轴承，前后布置，其中心轴线重合。所述光轴穿入前后直线旋转轴承座，且在轴承座中既可以沿着轴线来回移动，又可以绕着轴线旋转。所述连接头通过第一平垫、第一螺钉、第一螺母、第二螺钉和第三螺钉固定在光轴前端。所述连接套通过第二螺钉螺钉和第三螺钉固定在光轴上。光轴在轴承座中移动与旋转时，连接套同样也会移动与旋转。所述扭力传感器位于光轴尾端，其前端的四方块装放入光轴尾端四方孔内，且四方块前端与光轴尾端四方孔前壁留有间隙。扭力传感器通过第一平垫、第一螺钉、第一螺母固定在扭力传感器支座上。光轴旋转时，其四方孔侧壁与扭力传感器四方块侧壁接触，从而传递扭矩。所述直线滑动导轨对称布置在光轴的两侧。所述连接板位于光轴的正上方，通过第五螺钉、第一平垫固定在所述直线滑动导轨上。所述螺栓滚轮轴承位于光轴的上方，且对称布置在连接套的两侧，并通过第二螺母固定在连接板上。所述拉压力传感器位于传感器支架和连接板之间，其一端通过第一螺栓、第二平垫、第一弹垫和第三螺母连接固定到传感器支架，另一端通过第四螺钉、第二平垫、第一弹垫和第三螺母连接固定在所述连接板上。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，不脱离本发明技术方案的精神和范围而对本发明的技术方案进行修改或者同等替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (4)

1.一种旋翼无人机和涵道无人机动力测试优化装置，包括计算机、连接头（1）、光轴（2）、两个直线旋转轴承（3）、两个螺栓滚动轴承（7）、拉压力传感器（13）、扭力传感器（16）、连接套（8）以及连接板(4)，所述拉压力传感器（13）和扭力传感器（16）均通过无线网络与计算机相连，其特征在于：所述连接头（1）内侧安装有第一平垫（18），所述光轴（2）的一端安装在第一平垫（18）的插口内，并通过第一螺钉（19）和第一螺母（20）固定，所述连接套（8）和两个直线旋转轴承（3）均安装在光轴（2）上,所述连接套（8）位于两个直线旋转轴承（3）之间，所述连接套（8）的一端外壁设有连接套侧板（25），所述连接板(4)的两个侧板底部安装有滑块（24），所述滑块（24）滑动安装在直线滑动导轨（23）上，所述两个螺栓滚动轴承（7）的一端通过第二螺母（6）固定在连接板(4)上，所述两个螺栓滚动轴承（7）的另一端安装在连接套侧板（25）两侧，所述拉压力传感器（13）的一端安装在传感器支架（15）上，所述拉压力传感器（13）的另一端安装在连接板(4)的吊耳上，所述扭力传感器（16）的一端安装在光轴（2）的另一端，所述扭力传感器（16）的另一端安装在扭力传感器支座（17）上。

2.根据权利要求1所述的旋翼无人机和涵道无人机动力测试优化装置，其特征在于：所述连接套（8）通过第二螺钉（5）和第三螺钉（21）与光轴（2）固定，所述连接板（4）与滑块（24）通过第五螺钉（22）和第一平垫（18）固定，所述拉压力传感器（13）的一端与传感器支架（15）通过第一螺栓（14）、第三螺母（10）、第二平垫（11）、第一弹垫（12）连接固定，所述拉压力传感器（13）的另一端与连接板（4）通过第四螺钉（9）、第三螺母（10）、第二平垫（11）与第一弹垫（12）连接固定；所述扭力传感器（16）的另一端通过第一螺钉（19）、第一平垫（18）和第一螺母（20）与扭力传感器支座（17）固定。

3.根据权利要求2所述的旋翼无人机和涵道无人机动力测试优化装置，其特征在于：所述拉压力传感器（13）为S型，所述光轴（2）的另一端设有四方形孔，所述扭力传感器（16）的一端为四方形，所述直线滑动导轨（23）对称分布在光轴（2）两侧，所述拉压力传感器（13）于连接板（4）与传感器支架（15）之间。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述旋翼无人机和涵道无人机动力测试优化装置，其优化方法包括以下步骤：

S1，连接板移动时，带动螺钉拉或者压拉压力传感器，光轴在移动旋转的同时，光轴后端的四方孔与扭力传感器的四方块相接触，产生扭力传递扭矩，然后通过无线网络传输至计算机；

S2,在连接头两侧布置测速仪和噪音测试仪，实时测试螺旋桨和涵道螺旋桨的转速和噪音，然后通过无线网络传输至计算机；

S3,计算机对接收的S1和S2中的数据进行缓存，然后遍历所述数据，遍历依据为：每次从缓存中取出数据结构中入度为零的数据放到有序链表中，直到检测完毕，得到有序的任务链表；

S4，对所述有序的任务链表中每个任务进行任务调度，结束后所需能耗包括通信能耗、休眠能耗以及它们之间的切换能耗；

S5,随机初始化各个任务调度，并将任务调度能耗值按有序链表中的顺序进行排序，得到调度解所对应的二进制编码，所述二进制编码编码的长度为L，对该编码以长度1进行n次折叠，得到编码矩阵M；其中，L=1*n;

S6,对编码矩阵M局部更新为矩阵M1，用M1的全排列矩阵值依次替换M中的一部分矩阵值得到M2，从M2中挑选出一个最优解作为M3，以此类推，得出任务调度能耗值最优化的调度解。