CN110589024A - 一种固定翼无人机舵面测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固定翼无人机舵面测量装置，由舵面夹紧机构、角度采集和处理模块、楔形块和舵面组成，其中，舵面夹紧机构为上下夹紧片两部分，并通过螺柱和蝶形螺母配合安装。上夹紧片前部有螺孔用于安装角度采集和处理模块，角度采集和处理模块可实时将舵面倾斜角度输出，舵面位于上夹紧片的内侧，且与上夹紧片的内侧面平行贴合。下夹紧片用于安装楔形块；舵面夹紧机构体积小，通过调节楔形块的斜面角度可适用于不同无人机舵面。舵面测量装置采用无线蓝牙传输倾角传感器，角度采集和处理模块的采集精度高，实现水平方向、垂直方向的测量。数据处理单元为安装在PC端的处理软件，操作简单、便捷，可根据需求采用不同的处理方法。
Description
技术领域
本发明涉及固定翼无人机舵面角度测量技术领域，具体地说，涉及一种固定翼无人机舵面测量装置。
背景技术
无人机进行飞行前准备时，需要对无人机上的航电设备进行检查，舵机是航电设备中的重要组成部分，也是控制飞机飞行姿态的最终执行设备，在无人机的飞行中占有及其重要的地位。在无人机的舵机控制系统中，无人机的舵机通过连杆机构和舵面连接，舵机转过的角度通过连杆机构传递给舵面，舵机为动力源，舵面为最终的执行机构，舵机旋转的角度和舵面旋转的角度相对应。无人机由于在运输过程中，需要将机翼、垂尾、平尾各部件拆卸下来，待工作时，需要将这些部件和机身进行重新组装，由于存在安装误差、运输影响以及飞行时的飞行阻力等原因的影响，舵面的实际位置和控制位置之间会存在位置误差，为保证无人机在工作时不出现意外，每次飞行前都必须进行舵面的位置检查。因此，无人机舵面测量装置要求测量快速、拆装方便、测量数据准确可靠。
发明专利201510866728.7公开了“一种飞机舵面偏角测量装置”，该装置对飞机舵面偏角测量研究中的不足之处是:采用齿轮组合的方式传递飞机舵面转轴的转角信号，该装置安装复杂，且对操作空间要求高，必须将主动齿轮安装在舵面转轴上才能进行测量，主动齿轮占据的空间较大，不便于安装在已经装好舵面的无人机上，拆装麻烦，无法满足无人机飞行前快速检查舵面的要求。发明专利201610271407.7提出了一种便于安装的飞机舵面角度测量装置，该装置对飞机舵面测量研究中的不足之处是:由于装置和飞机舵面的连接方式为胶带粘贴，在进行垂尾舵面的测量时无法保证连接的可靠性和测量的准精确性。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种固定翼无人机舵面测量装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括舵面夹紧机构、角度采集和处理模块、楔形块和舵面，其特征在于所述舵面夹紧机构包括上夹紧片、下夹紧片、螺柱和蝶形螺母，上夹紧片的后端有凸出圆柱体,圆柱体轴线位置开有螺孔，上夹紧片前部平面设有螺孔用于安装角度采集和处理模块，角度采集和处理模块可实时将舵面倾斜角度输出，舵面位于上夹紧片内侧，且与上夹紧片的内侧面平行贴合连接；所述下夹紧片为L形结构，后端有锁紧机构，锁紧机构中心位置开有螺孔，下夹紧片结构内平面设有螺孔用于安装楔形块，上夹紧片和下夹紧片与螺柱、蝶形螺母螺纹连接；所述螺柱为六角头十字螺柱，螺柱的六角头端部与下夹紧片的锁紧机构配合连接，螺柱穿过上夹紧片的后端圆柱体，蝶形螺母位于螺柱上，且与螺柱螺纹连接，蝶形螺母的下部和上夹紧片的圆柱体上的凸台面贴合安装；其测量方法包括以下步骤:
步骤1.将角度采集和处理模块中的倾角传感器和无线蓝牙传输模块集成，采用内置电源供电，倾角传感器和无线蓝牙传输模块通电，默认当前无线蓝牙传输单元处在配置状态，且无线蓝牙传输模块提供SPP连接服务；启动PC端的蓝牙模块后，搜索提供SPP服务的传感器无线蓝牙传输单元，并选择建立SPP连接；
步骤2.当传感器上的无线蓝牙传输模块和PC端的蓝牙模块建立连接后，调节舵面处在零位，当舵面零位满足±0.5°时，PC端的蓝牙模块发送传感器置零指令，传感器上的无线蓝牙传输单元收到控制指令，对传感器内部参数进行修改和设定，设置当前倾斜角度为绝对0°，并将倾角传感器切换到测量模式；
步骤3.调节舵面依次转动0°、±10°、±20°、±25°，规定舵面向上转动角度为正值，舵面向下转动角度为负值，传感器在各个角度下分别进行角度校准，通过比较倾角传感器的实测角度值和控制指令驱动舵面转动的角度值，分析其误差是否符合标准；
步骤4.传感器校准符合要求后开始进行舵面测量，依次转动舵面到0°、±5°、±10°、±15°、±20°、±25°，传感器将对应角度下的角度信息通过无线蓝牙传输单元发送到PC端的蓝牙模块，PC端的蓝牙模块收到角度数据后，进行角度数据处理，角度数据处理包括数据解码、数据比较和误差计算后生成测试报告。
所述楔形块位于舵面的下面，楔形块与舵面夹紧机构的下夹紧片连接；楔形块的斜面夹角与舵面的夹角一致；所述楔形块材质为不锈钢。
所述角度采集和处理模块包括倾角传感器、无线蓝牙传输单元和数据处理单元，无线蓝牙传输单元和倾角传感器集成在一起；所述倾角传感器为两轴传感器，水平方向的测量范围为±90°，垂直方向的测量范围为±180°，测量精度为0.01°，倾角传感器的外壳采用镁铝合金氧化材质加工。
有益效果
本发明提出的一种固定翼无人机舵面测量装置，与现有技术相比:
舵面夹紧机构体积小，拆装方便，操作简单灵活，通过调节楔形块的斜面角度可适用于不同无人机舵面，适应性和通用性强。
采用高精度的无线蓝牙传输倾角传感器，角度采集和处理模块的采集精度高，不受安装方向的限制，可实现水平方向、垂直方向的测量；数据传输采用无线蓝牙传输，不受现场布线的影响，传输距离长，数据传输稳定。
数据处理单元为安装在PC端的处理软件，操作方便，功能丰富，可根据需求采用不同的处理方法。数据处理占用的是计算机的硬件资源，处理速度快，计算精度高。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种固定翼无人机舵面测量装置作进一步详细说明。
图1为本发明固定翼无人机舵面测量装置示意图。
图2为本发明固定翼无人机舵面测量装置的舵面夹紧机构示意图。
图3为本发明固定翼无人机舵面测量装置在舵面上安装位置示意图。
图4为本发明固定翼无人机舵面测量装置的测量控制流程图。
图中
1.舵面夹紧机构 2.角度采集和处理模块 3.楔形块 4.螺柱 5.上夹紧片 6.下夹紧片 7.蝶形螺母 8.机翼 9.舵面测量装置 10.舵面
具体实施方式
本实施例是一种固定翼无人机舵面测量装置。
参阅图1～图4，本实施例固定翼无人机舵面测量装置，由舵面夹紧机构1、角度采集和处理模块2、楔形块3和舵面10组成；其中，舵面夹紧机构包括上夹紧片5、下夹紧片6、螺柱4和蝶形螺母7；上夹紧片5的后端有凸出竖直圆柱体,圆柱体轴线位置开有螺孔，上夹紧片5前部平面开有螺孔用于安装角度采集和处理模块2，角度采集和处理模块2可实时将舵面倾斜角度输出。舵面10位于上夹紧片5的内侧，且与上夹紧片5的内侧面平行贴合。
下夹紧片6为L形结构，后端有锁紧机构，锁紧机构中心位置开有螺孔，下夹紧片6内平面有对称螺孔用于安装楔形块3，上夹紧片5和下夹紧片6与螺柱4通过螺纹连接。螺柱4为六角头十字螺柱，螺柱4的六角头端部与下夹紧片6的锁紧机构配合连接，螺柱4穿过上夹紧片5的后端圆柱体，蝶形螺母7位于螺柱4上，且与螺柱4螺纹连接，蝶形螺母7的下部和上夹紧片5的圆柱体上的凸台面贴合安装。
角度采集和处理模块2包括倾角传感器、无线蓝牙传输单元和数据处理单元，无线蓝牙传输单元和倾角传感器集成在一起；倾角传感器的外壳采用镁铝合金氧化材质，倾角传感器通过螺钉和上夹紧片5前端面处的螺孔连接，倾角传感器的底面和舵面夹紧机构1的上夹紧片5的上表面贴合，保证了倾角传感器的水平方向和舵面10的机械面相平行；数据处理单元为具有蓝牙功能的PC。
具体测量方法包括以下步骤:
(1)角度采集和处理模块2中的倾角传感器和无线蓝牙传输单元集成在一起，共用一套内置的电源供电，给倾角传感器和无线蓝牙传输单元上电后，默认当前无线蓝牙传输单元处在配置状态下，且无线蓝牙传输单元提供SPP连接服务。启动PC端的蓝牙模块后，搜索到提供SPP服务的传感器无线蓝牙传输单元，并选择建立SPP连接。
(2)当传感器上的无线蓝牙传输单元和PC端的蓝牙模块建立连接后，先调整无人机舵面10处在零位，当舵面零位满足±0.5°的精度要求时，PC端的蓝牙模块发送传感器置零指令，传感器上的无线蓝牙传输单元收到控制指令后，对传感器内部的参数进行修改和设定，设置当前倾斜角度为绝对0°，并将倾角传感器切换到测量模式。
(3)调整舵面依次转动0°、±10°、±20°、±25°,并规定舵面向上转动角度为正值，舵面向下转动角度为负值，传感器在各个角度下分别进行角度校准，通过比较倾角传感器的实测角度值和控制指令驱动舵面转动的角度值，分析二者的误差是否符合标准。
(4)传感器校准符合要求后开始进行无人机的舵面测量，依次转动舵面到0°、±5°、±10°、±15°、±20°、±25°，传感器将对应角度下的角度信息通过无线蓝牙传输单元发送到PC端的蓝牙模块，PC端的蓝牙模块收到角度数据后，进行角度数据处理，角度数据处理包括数据解码、数据比较和误差计算后生成测试报告。测试报告中显示对应每个角度的控制值和实测值,倾角传感器采集到的角度值，以及二者的误差，合格判据和结果。生成的测试报告作为最终舵面测量装置测试过程的结束。
操作过程
舵面测量装置9安装在舵面10上，舵面测量装置9安装到位后和舵面10保持同步运动，舵面10转动的角度和舵面测量装置9转动的角度一致，消除了理论上的角度差值。当舵面10和无人机机翼8位于一条直线上时，舵面测量装置9位于零位，输出的角度值为0°，当舵面10转动到高于无人机机翼8的角度时，舵面测量装置输出的角度值为正值，当舵面10转动到低于无人机机翼8的角度时，舵面测量装置输出的角度值为负值。
无人机进行飞行前静态检查时，需要对无人机的舵机控制指令进行循环检查，舵面偏转的实际角度需要记录到检查表中，静态检查开始时舵面测量装置开始工作。在PC端蓝牙模块和倾角传感器连接成功后，倾角传感器在配置模式下实现置零，切换到测量模式后开始进行温度补偿标定，标定成功后倾角传感器可以实时测量舵面转动的角度，并将角度信息通过蓝牙传输单元传输到PC端进行数据处理，从而得到舵面转动的实际角度值。
Claims (3)
1.一种固定翼无人机舵面测量装置，包括舵面夹紧机构、角度采集和处理模块、楔形块和舵面，其特征在于:所述舵面夹紧机构包括上夹紧片、下夹紧片、螺柱和蝶形螺母，所述上夹紧片的后端有凸出圆柱体,圆柱体轴线位置开有螺孔，上夹紧片前部平面设有螺孔用于安装角度采集和处理模块，角度采集和处理模块可实时将舵面倾斜角度输出，舵面位于上夹紧片内侧，且与上夹紧片的内侧面平行贴合连接；
所述下夹紧片为L形结构，后端有锁紧机构，锁紧机构中心位置开有螺孔，下夹紧片结构内平面设有螺孔用于安装楔形块，上夹紧片和下夹紧片与螺柱、蝶形螺母螺纹连接；
所述螺柱为六角头十字螺柱，螺柱的六角头端部与下夹紧片的锁紧机构配合连接，螺柱穿过上夹紧片的后端圆柱体，蝶形螺母位于螺柱上，且与螺柱螺纹连接，蝶形螺母的下部和上夹紧片的圆柱体上的凸台面贴合安装；其测量方法包括以下步骤:
步骤1.将角度采集和处理模块中的倾角传感器和无线蓝牙传输模块集成，采用内置电源供电，倾角传感器和无线蓝牙传输模块通电，默认当前无线蓝牙传输单元处在配置状态，且无线蓝牙传输模块提供SPP连接服务；启动PC端的蓝牙模块后，搜索提供SPP服务的传感器无线蓝牙传输单元，并选择建立SPP连接；
步骤2.当传感器上的无线蓝牙传输模块和PC端的蓝牙模块建立连接后，调节舵面处在零位，当舵面零位满足±0.5°时，PC端的蓝牙模块发送传感器置零指令，传感器上的无线蓝牙传输单元收到控制指令，对传感器内部参数进行修改和设定，设置当前倾斜角度为绝对0°，并将倾角传感器切换到测量模式；
步骤3.调节舵面依次转动0°、±10°、±20°、±25°，规定舵面向上转动角度为正值，舵面向下转动角度为负值，传感器在各个角度下分别进行角度校准，通过比较倾角传感器的实测角度值和控制指令驱动舵面转动的角度值，分析其误差是否符合标准；
步骤4.传感器校准符合要求后开始进行舵面测量，依次转动舵面到0°、±5°、±10°、±15°、±20°、±25°，传感器将对应角度下的角度信息通过无线蓝牙传输单元发送到PC端的蓝牙模块，PC端的蓝牙模块收到角度数据后，进行角度数据处理，角度数据处理包括数据解码、数据比较和误差计算后生成测试报告。
2.根据权利要求1所述的固定翼无人机舵面测量装置，其特征在于:所述楔形块位于舵面的下面，楔形块与舵面夹紧机构的下夹紧片连接；楔形块的斜面夹角与舵面的夹角一致；所述楔形块材质为不锈钢。
3.根据权利要求1所述的固定翼无人机舵面测量装置，其特征在于:所述角度采集和处理模块包括倾角传感器、无线蓝牙传输单元和数据处理单元，无线蓝牙传输单元和倾角传感器集成在一起；所述倾角传感器为两轴传感器，水平方向的测量范围为±90°，垂直方向的测量范围为±180°，测量精度为0.01°，倾角传感器的外壳采用镁铝合金氧化材质加工。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112693626A (zh) * | 2021-03-23 | 2021-04-23 | 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 | 一种应用于风洞试验模型的舵面角度片及安装方法 |
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| CN114261525A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-04-01 | 中国航天空气动力技术研究院 | 一种舵面偏转控制与测量系统及方法 |
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