CN110296845A - 一种共轴双桨无人机动力测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种共轴双桨无人机动力测试装置，包括大于等于2台无人机动力测试装置，无人机动力测试装置包括基底模块、支架模块和测试模块；基底模块包括底座和底板，所述底座和底板之间设有滑轨和滑块，所述滑块和滑轨滑动接触；支架模块包括主体支架和斜支架；测试模块包括主轴、电机安装板、电压传感器、电流传感器、光电式转速传感器、温度传感器、拉力传感器、扭矩传感器和空速计。本发明在自主开发的系统层面过滤冗余的干扰，提高无人机动力系统的测量精度，多接口的延展性的设计，可测试不同搭配的无人机动力系统，不仅提高无人机动力系统测试平台的普遍适用性，也降低了无人机动力系统测量的成本。

Description

一种共轴双桨无人机动力测试装置
技术领域
本发明属于无人机动力测试技术领域，尤其是一种共轴双桨无人机动力测试装置。
背景技术
近年来，随着无人机技术的发展，小型固定翼无人机、旋翼无人机取得了迅猛发展，不仅在民用方面得到广泛的应用，例如：在森林火灾监控、地理测绘、农药喷洒、电线巡检、空中拍摄、安保监控等方面，在军事方面，也成为必不可少的装备，例如：无人机能够执行近距离侦察、监视、边境巡检、缉毒侦察、轰炸小型目标的能力。
为了实现无人机在民用和军事领域更高效的应用。在无人机研发和测试过程中，需要对动力系统进行大量的测试，以测量和记录多种参数，并有针对性的对无人机动力系统进行优化，以满足无人机的飞行需求。例如：动力系统的转动扭矩、桨力、电机效率、电压电流、转速、系统力效，动力系统的拉力等，并针对测试上述参数设置了对应的测试装置或系统。
目前，用于无人机动力系统的测试平台通常需要各种昂贵的传感器，高精度数据采集和自动化处理系统，稳定可靠的测试平台，都造价不菲。而市面上使用的无人机动力系统测试平台，通常只能测量单个桨在某一种特定结构的电机和桨叶动力系统，其测试参数仅仅能测试拉力、扭矩、电压、电流、转速，适用性差，拓展功能不强，且测量精度不高等短板。因此，需要设计一种可以同时兼顾，单桨叶和双桨叶的测试平台，具有高精度、低成本的特点，在能测量拉力、扭矩、电压、电流、转速的基础上，也能测量空速，光电转速，换向频率转速，大气压力，空气湿度等参数，同时具备在放风洞测量的基础，拓展其应用场景和应用范围。通过一整套的优化设计方案，最终提高无人机动力系统的效率。
发明内容
鉴于现有无人机动力系统检测成本较高、测量精度不高，应用场景小等问题，本发明提出一种共轴双桨无人机动力测试装置。
具体技术方案如下：
一种共轴双桨无人机动力测试装置，包括大于等于2台无人机动力测试装置，所述无人机动力测试装置包括基底模块、支架模块和测试模块；
所述基底模块包括底座和底板，所述底座和底板之间设有滑轨和滑块，所述滑块和滑轨滑动接触；
所述支架模块包括主体支架和斜支架，主体支架垂直固定在底板上，斜支架通过固定板安装在底板上，另一端与主体支架搭接；
所述测试模块包括主轴、电机安装板、电压传感器、电流传感器、光电式转速传感器、温度传感器、拉力传感器、扭矩传感器和空速计；所述主轴穿过直线轴承与电机安装板轴承连接；所述电机安装板上安装电机和螺旋桨，所述电压传感器、电流传感器、光电式转速传感器、温度传感器、拉力传感器、扭矩传感器和空速计将检测到的数据传输到PCB数据采集系统。
优选地，还包括电机调速器，所述电机调速器一端与电源连接，另一端与电机连接。
优选地，所述主轴将螺旋桨转动的扭力通过传扭支架传输给扭矩传感器。
优选地，还包括测试台底座支撑板，所述测试台底座支撑板位于底座正下方，数量大于等于2根。
优选地，还包括测试台加稳板，所述测试台加稳板与测试台底座支撑板平行，数量大于等于1根。
优选地，所述温度传感器为红外温度传感器，与PCB数据采集系统电连接。
优选地，所述相邻2台无人机动力测试装置之间的距离大于等于0。
优选地，所述测试模块位于支架模块正上方，所述主轴垂直于主体支架。
相对于现有技术，本发明所述的一种共轴双桨无人机动力测试装置具有以下优势：
本发明提出的一种共轴双桨无人机动力测试装置，在自主开发的系统层面过滤冗余的干扰，提高无人机动力系统的测量精度，多接口的延展性的设计，可测试不同搭配的无人机动力系统，不仅提高无人机动力系统测试平台的普遍适用性，也降低了无人机动力系统测量的成本。
附图说明
图1为本发明提出的一种共轴双桨无人机动力测试装置工作原理示意图；
图2为本发明提出的一种共轴双桨无人机动力测试装置的基底模块示意图；
图3为本发明提出的一种共轴双桨无人机动力测试装置的单个无人机动力测试装置局部示意图；
图4是本发明提出的一种共轴双桨无人机动力测试装置的单个无人机动力测试装置整体图；
图5是本发明提出的一种共轴双桨无人机动力测试装置的单个无人机动力测试装置整体侧视图；
图6是本发明提出的一种共轴双桨无人机动力测试装置整体示意图。
附图标记说明：
1测试台底座支撑板 2底座 3滑块 4底板 5滑轨
6测试台加稳板 7固定板 8斜支架 9主体支架 10电机调速器
11PCB数据采集系统 12拉力传感器 13拉力传感器固定板
14主轴 15直线轴承 16电机安装板 17传扭支架 18扭矩传感器
19空速计 20温度传感器 21螺旋桨 22电压传感器 23电流传感器
24主板
具体实施方式
以下结合具体实施方式进一步详细说明本发明的技术方案。应当理解，此处描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图6是本发明提出的一种共轴双桨无人机动力测试装置整体示意图，包括大于等于2台无人机动力测试装置，所述无人机动力测试装置包括基底模块、支架模块和测试模块；
图2为本发明提出的一种共轴双桨无人机动力测试装置的基底模块示意图，所述基底模块包括底座2和底板4，所述底座2和底板4之间设有滑轨5和滑块3，所述滑块3和滑轨5滑动接触。还包括测试台底座支撑板1，所述测试台底座支撑板1位于底座2正下方，数量大于等于2根，本发明选用3根，等间隔平行铺设于底座2的下方，起到支撑和缓冲的作用。本发明还包括测试台加稳板6，所述测试台加稳板6与测试台底座支撑板1平行，数量大于等于1根，位于两个底座2之间，起到加固减震的作用，本发明选用2根测试台加稳板6。
如图3、图4和图5所示，所述支架模块包括主体支架9和斜支架8，主体支架9垂直固定在底板4上，斜支架8通过固定板7安装在底板4上，另一端与主体支架9搭接，固定板7与斜支架8和底板4的连接方式为螺钉连接，斜支架8设立的主要目的在于支撑主体支架9。
所述底座2为空心结构，在底座2的末端可以通入电线，从底座2进入，可以供电给PCB数据采集系统11和各个传感器。
所述测试模块包括主轴14、电机安装板16、电压传感器22、电流传感器23、光电式转速传感器、温度传感器20、拉力传感器12、扭矩传感器18和空速计19；所述主轴14穿过直线轴承15与电机安装板16轴承连接；所述电机安装板16上安装电机和螺旋桨21，所述电压传感器22、电流传感器23、光电式转速传感器、温度传感器20、拉力传感器12、扭矩传感器18和空速计19将检测到的数据传输到PCB数据采集系统11。还包括电机调速器10，所述电机调速器10一端与电源连接，另一端与电机连接，通过电机控制螺旋桨21的旋转。
所述测试模块位于支架模块正上方，所述主轴14垂直于主体支架9。所述主体支架9的上端安装了主板24，用于安装测试模块的一些零部件。直线轴承15固定安装在主板24上，主轴14穿过直线轴承15与电机安装板16轴承连接，在靠近电机安装板16的后侧，设置了一个轴承结构，所述主轴14通过轴承结构将螺旋桨21转动的扭力通过传扭支架17传输给扭矩传感器18，所述传扭支架17下端为可转动的圆盘结构。在扭矩传感器18位置的侧面，安装温度传感器20，所述温度传感器20为红外温度传感器，测量温度方式为非接触式测量，测量距离范围为1～3cm，所述温度传感器20与PCB数据采集系统11电连接，采集完的数据传输给PCB数据采集系统11。
在主轴14的后端安装拉力传感器固定板13，主要用于固定拉力传感器12，与拉力传感器12较近的位置处安装空速计19，用于检测试验的风速，所述拉力传感器12和空速计19与PCB数据采集系统11电连接，采集到的数据传输到PCB数据采集系统11。
电压传感器22、电流传感器23和光电式转速传感器嵌入到PCB数据采集系统11，安装在主板24上，用于时刻检测电机的电流、电压和转速的数值，采集到的数据传输给PCB数据采集系统11。
图1为本发明提出的一种共轴双桨无人机动力测试装置工作原理示意图，该测试系统主要的测试参数为无刷电机的温度、输入的电压电流，螺旋桨的拉力、转速、扭矩六大参数，但又将螺旋桨的参数换算成了电机转速及输出功率，最后得出的结果为无刷电机的输入-输出曲线，效率-温度曲线，电压-效率曲线，电流-效率曲线等大量曲线。螺旋桨的测试参数为，扭矩-拉力，转速-拉力，扭矩-转速3条曲线。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的设计方案，实现其工程应用的目的：
共轴双桨无人机动力测试系统包括PCB数据采集系统11、电压传感器22、电流传感器23、光电式转速传感器、电机调速器10、红外温度传感器20、拉力传感器12、扭矩传感器18、空速计19、测试台底座支撑板1、测试台加稳板6、测试台双轨道滑轨5、直线轴承15、主轴14、电机安装板16、扭矩传动板17、螺旋桨21。所述的电压传感器22、电流传感器23、光电式转速传感器嵌入到PCM数据采集系统11上；所述的拉力传感器12、扭矩传感器18和红外温度传感器20固定在测试台上，并与PCB数据采集系统11相连；所述的测试台底座支撑板1、测试台双轨道滑轨5、直线轴承15、主轴14和机安装板16、扭矩传动板17由螺栓、螺钉装配固定；所述的电机和螺旋桨21固定在电机安装板16上。
所述共轴双桨无人机平台机架包括测试台底座支撑板1、底座2、滑块3、底板4、测试台双轨道滑轨5、测试台加稳板6、固定板7、斜支架8、主体支架9、电机调速器10、主轴14、直线轴承15、电机安装板16。
所述直线滑轨5对称设置在动力测试台架上端，每个直线滑轨5上分别设置有4个滑块3，所述滑块3上安装有底板4，底板4上设有用于安装无人机的主体支架9，主体支架9与主轴14相连，主轴14上设有电机安装板16。
所述的PCM数据采集系统11安装于电源与电调之间，用于采集无人机变速时输入电流、电压、转速的测试数据。
所述的红外温度传感器20安装于测试台上，用于检测待测电机运行温度的温度传感器。
所述的拉力传感器12安装在测试台上，由拉力传感器安装板、拉力传感器保护板、拉力传感器固定板13固定，并经传力板，用于检测待测螺旋桨21转动时的拉力。
所述的扭矩传感器18安装在测试台上，由扭矩传感器安装板固定，并经传扭型材17，传扭板连接，用于检测待测螺旋桨21转动时的扭矩。
所述的空速计19安装在测试台上，用于检测试验的风速。
所述的电流、电压和转速传感器嵌入PCM数据采集系统11，并安装在主板24上，用于时刻检测电机的电流、电压和转速的数值。
所述的对称式的双轨道滑轨5、轨道支撑板1、滑块3、底板4、主体支架9，由螺栓螺钉固定，并把各种传感器、电机和螺旋桨21安装在测试台上。
所述相邻2台无人机动力测试装置之间的距离大于等于0。
本发明的技术效果和优点：
本发明的无人机动力系统测试台，不仅具有测量单桨叶和电机的效率，也兼具测量双桨叶和电机的效率。有以下设计特点，采用有元结构强度的设计方案，使底座结构具有稳定、牢靠的特性，可任意放置在不同位置进行测量，不需要二次对底座进行固定；其次，本发明的无人机动力系统测试台采用工业级精密滑轨，可任意滑动双桨的相对位置，其可调整的相对位置大小为4cm-33cm,满足用户不同的测试需求；另外，本发明的无人机动力系统测试台，采用尼龙拖带的布局方案，使用方便；最后，采用高精度传感器和滑动窗口数据滤波算法，带来高精度的测量水准。
综上所述，本发明提出的一种共轴双桨无人机动力测试装置，在自主开发的系统层面过滤冗余的干扰，提高无人机动力系统的测量精度，多接口的延展性的设计，可测试不同搭配的无人机动力系统，不仅提高无人机动力系统测试平台的普遍适用性，也降低了无人机动力系统测量的成本。
以上的实施方式均为本发明的优选实施方式，并非因此限制本发明的专利保护范围。任何本发明所属的技术领域的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，对本发明的内容所做的等效结构与等效步骤的变换均落入本发明要求保护的专利范围之内。

Claims (8)

1.一种共轴双桨无人机动力测试装置，其特征在于，包括大于等于2台无人机动力测试装置，所述无人机动力测试装置包括基底模块、支架模块和测试模块；
所述基底模块包括底座(2)和底板(4)，所述底座(2)和底板(4)之间设有滑轨(5)和滑块(3)，所述滑块(3)和滑轨(5)滑动接触；
所述支架模块包括主体支架(9)和斜支架(8)，主体支架(9)垂直固定在底板(4)上，斜支架(8)通过固定板(7)安装在底板(4)上，另一端与主体支架(9)搭接；
所述测试模块包括主轴(14)、电机安装板(16)、电压传感器(22)、电流传感器(23)、光电式转速传感器、温度传感器(20)、拉力传感器(12)、扭矩传感器(18)和空速计(19)；所述主轴(14)穿过直线轴承(15)与电机安装板(16)轴承连接；所述电机安装板(16)上安装电机和螺旋桨(21)，所述电压传感器(22)、电流传感器(23)、光电式转速传感器、温度传感器(20)、拉力传感器(12)、扭矩传感器(18)和空速计(19)将检测到的数据传输到PCB数据采集系统(11)。
2.根据权利要求1所述的一种共轴双桨无人机动力测试装置，其特征在于，还包括电机调速器(10)，所述电机调速器(10)一端与电源连接，另一端与电机连接。
3.根据权利要求1所述的一种共轴双桨无人机动力测试装置，其特征在于，所述主轴(14)将螺旋桨(21)转动的扭力通过传扭支架(17)传输给扭矩传感器(18)。
4.根据权利要求1所述的一种共轴双桨无人机动力测试装置，其特征在于，还包括测试台底座支撑板(1)，所述测试台底座支撑板(1)位于底座(2)正下方，数量大于等于2根。
5.根据权利要求1或4所述的一种共轴双桨无人机动力测试装置，其特征在于，还包括测试台加稳板(6)，所述测试台加稳板(6)与测试台底座支撑板(1)平行，数量大于等于1根。
6.根据权利要求1所述的一种共轴双桨无人机动力测试装置，其特征在于，所述温度传感器(20)为红外温度传感器，与PCB数据采集系统(11)电连接。
7.根据权利要求1所述的一种共轴双桨无人机动力测试装置，其特征在于，所述相邻2台无人机动力测试装置之间的距离大于等于0。
8.根据权利要求1所述的一种共轴双桨无人机动力测试装置，其特征在于，所述测试模块位于支架模块正上方，所述主轴(14)垂直于主体支架(9)。
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