CN110606223B - 一种共轴双旋翼无人机地面飞行测试平台及测试方法 - Google Patents

Abstract

一种共轴双旋翼无人机地面飞行测试平台及测试方法，涉及无人机测试技术领域。包括机械部分及控制部分，传感器置于机械部分，使用stm32进行数据采集。数据接收及数据处理部分使用HC05蓝牙模块接收数据并在上位机运行。本发明的平台综合应用机械、传感和软件领域的知识，针对共轴双旋翼无人机的飞行特点，简化平台机械结构，增加数据采集和数据处理的功能。可在保护无人机的同时实时检测无人机的飞行参数，利于后续调整。通过更换传感器，该平台可满足不同类型无人机，不同测量范围的检测任务，具有较好的适用性。

Description

一种共轴双旋翼无人机地面飞行测试平台及测试方法

技术领域

本发明涉及无人机测试技术领域，具体涉及一种共轴双旋翼无人机地面飞行测试平台及测试方法。

背景技术

现有的无人机地面飞行测试平台种类较多，结构较为相似，即：由一个固定于地面的框架和若干旋转部和伸缩部组成。少数平台会添加传感器，以采集一些飞行参数。上述方案存在以下问题：

1.现有平台多针对多旋翼无人机进行设计，一般具备六自由度。然而，由于共轴双旋翼无人机结构特殊，飞行时不会像多旋翼无人机那样进行复杂的机动，因此，平台的六自由度显得过多。

2.大多数现有平台没有安装传感器，无法采集无人机的飞行数据。

3.少数安装了传感器的平台不具备将采集到的飞行数据上传至上位机并进行处理和保存的功能。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种共轴双旋翼无人机地面飞行测试平台及测试方法。

一种共轴双旋翼无人机地面飞行测试平台，包括机械部分及控制部分，

机械部分支撑架和支撑板，法兰通过上部螺栓与扭矩传感器连接；角接触球轴承连接在轴承座中；下部主轴连接在角接触球轴承内腔并穿透端盖；端盖与轴承座连接；轴承座的下部通过第二螺栓与支撑板连接；下部联轴器组件包括下部联轴器和下部编码器固定架，下部联轴器连接下部主轴和下部绝对编码器；下部绝对编码器与下部编码器固定架连接，下部编码器固定架通过第五螺栓与框架连接；上部主轴的一端与六角开槽螺母连接；竖直单元的无人机连接座的下部连接拉力传感器，拉力传感器的下部连接法兰，法兰通过第一螺栓与扭矩传感器连接，扭矩传感器的下部与传感器底座连接；水平单元的开槽螺母与上部主轴的一端连接，上部主轴的另一端与上部联轴器连接，上部联轴器的一端与上部绝对编码器连接，上部绝对编码器通过上部编码器固定架及螺栓与限位杆固定架连接；上部主轴穿过下部主轴和传感器底座；限位部分的橡胶垫粘在限位杆上，两个限位杆固定架固定在下部主轴上，限位杆夹在两个限位杆固定架之间，联轴器连接架与下部主轴和限位杆固定架相连；限位杆固定架与联轴器连接架连接，联轴器连接架通过内六角螺栓及螺母与下部主轴连接；

控制部分包括硬件模块及软件模块，硬件模块包括数据处理模块、信号采集模块、信号放大模块、数据发送模块和电源模块；软件模块包括系统初始化模块、LCD显示模块、拉力测量模块、扭矩测量模块、转速测量模块及数据发送模块；还包括数据读取模块、格式转换模块、可视化模块及数据保存模块。

数据处理模块为STM32F103开发板；信号采集模块包括拉力传感器、扭矩传感器、绝对编码器和霍尔传感器，霍尔传感器安装在无人机机翼上，拉力传感器、扭矩传感器、绝对编码器和霍尔传感器安装在机械部分上；信号放大模块为AD620差分放大模块；数据发送模块为HC05蓝牙模块；电源模块由12V电池和多电压输出变压器组成。

系统初始化模块检查传感器各部分是否工作正常，蓝牙模块是否配对成功，并对传感器进行初始化；

系统初始化模块包括延时函数初始化模块、串口初始化模块、端口初始化模块、设置中断组模块及定时器初始化模块，系统初始化模块分别与延时函数初始化模块、串口初始化模块、端口初始化模块、设置中断组模块、定时器初始化模块连接；

LCD显示模块提示传感信号采集步骤开始工作，并将传感器采集到的信息实时显示在显示器上；

拉力测量模块和扭矩测量模块使用开发板上的A/D转换模块，将差分放大模块放大后的模拟电压信号转换为数字信号；

转速测量模块使用定时器测量单位时间内接受到的脉冲个数；

数据发送模块使用HC05蓝牙模块将上述数据发送到与上位机相连的另一个蓝牙模块上；

数据读取模块从串口定位并读取HC05蓝牙模块发送的数据；

格式转换模块将读取的数据转换成整形变量；

可视化模块将数据转化为无人机飞行角度和旋翼转速，并进行可视化显示；

数据保存模块实时保存采集的相关参数。

支撑架由4根第一钢管、4根第二钢管和4根第三钢管焊接而成，4 根第二钢管焊接成为底架，每根第二钢管的一端有延长端，底架上焊接4 根第三钢管，4根第三钢管分别为立管，4根第三钢管的上端与组成矩形的4根第一钢管焊接；支撑板连接在组成矩形的4根第一钢管的上部；第三螺栓、第四螺栓分别将支撑板与第一钢管连接。

一种共轴双旋翼无人机地面飞行测试方法，LCD显示模块提示传感部分开始工作，并将传感器采集到的信息实时显示在显示器上；

拉力测量模块和扭矩测量模块使用开发板上的A/D转换模块，将差分放大模块放大后的模拟电压信号转换为数字信号；

转速测量模块使用定时器测量单位时间内接受到的脉冲个数；

数据发送模块使用HC05蓝牙模块将上述数据发送到与上位机相连的另一个蓝牙模块上；

系统初始化模块检查传感器各部分是否工作正常，蓝牙模块是否配对成功，并对传感器进行初始化；

首先设置并打开串口；串口初始化模块设定用于传递参数的串口信息，包括接口、波特率，而后检测能否成功打开串口；成功打开串口后，程序循环读取蓝牙模块发送的数据；完成串口初始化后，数据读取模块开始工作，从串口中循环读取数据；

由于传输的数据格式不是整形，使用格式转换模块，将数据转化为整形；

可视化模块将整形数据进行可视化操作，在三维空间中显示；

数据保存模块将转换后的数据保存到指定路径的文件中；

检测蓝牙模块发送的是否接收到传感器发生的数字字符，如果5秒之内没有接收到，说明蓝牙模块或传感器部分出现问题，程序将退出；

完成数据接收后，拉力传感器发生的数据时需要对数据进行定位，以确定发送的数据对应的是哪个量；此处以数字字符“-255”做为每组数据的首个字符；

完成定位后开始循环读取数据并保存到指定路径下的文件中；随后将数据拆分为拉力大小F、扭矩大小M，转速N，旋转角度θ1和θ2，并将相关数据转化为空间坐标系下的分量；最后，绘制最终结果。

一种共轴双旋翼无人机地面飞行测试方法，含有初始化步骤、传感信号采集步骤及数据接收与处理步骤；

含有步骤如下：

步骤1、打开STM32开发板电源，进行系统自检，检测传感器和蓝牙模块是否工作正常；在上位机运行程序，设置检测能否成功打开串口；如果自检失败则结束运行，排查故障；

步骤2、自检完成后，向LCD发送内容，开始信号采集；

步骤3、芯片通过串口顺序读取霍尔传感器、扭矩传感器、拉力传感器和两个绝对编码器回传的数据，并在LCD上显示；

步骤4、通过蓝牙模块将采集到的数据发送到上位机并进行后续的数据处理；

步骤5、循环执行步骤3和步骤4；

步骤6、完成串口初始化后，数据读取模块开始工作，从串口中定位并读取数据；

步骤7、格式转换模块，将数据从字符型转化为整形；

步骤8、可视化模块将整形数据进行可视化操作，在三维空间中显示；

步骤9、数据保存模块将转换后的数据保存到指定路径的文件中；

步骤10、循环执行步骤6到步骤9。

本发明产生的有益效果是：

与传统的地面飞行测试平台不同，本发明合理简化机械结构，使用若干传感器测量无人机的主要飞行参数，并发送至上位机进行数据处理。具体来讲：较之于当前飞行测试平台存在的“多针对多旋翼无人机进行设计”，实际使用时“六自由度显得过多”的问题，本发明针对共轴双旋翼无人机的飞行特点，合理简化机械结构，使用三自由度测量无人机飞行参数，既满足测量要求，又降低机构复杂度和平台造价。

本发明较之于当前飞行测试平台存在“没有安装传感器，无法采集无人机飞行数据”的问题，本发明使用两个绝对编码器和一个拉力传感器组成的拉力测量模块检测无人机的主轴拉力，分别使用扭矩传感器和霍尔传感器测量无人机主轴扭矩和旋翼转速。传感器精度较高，可实时检测无人机当前的飞行状态。

较之于当前飞行测试平台存在“不具备将采集到的飞行数据上传至上位机并进行处理和保存的功能”的问题，本发明使用蓝牙模块进行数据传输，相关参数可上传至电脑上进行数据处理，通过更改代码还可将数据上传至手机端，使得相关设计人员可以很方便的监测无人机当前的状态。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：

图1为本发明一种共轴双旋翼无人机地面飞行测试平台的主视图。

图2为本发明一种共轴双旋翼无人机地面飞行测试平台的A-A截面图。

图3为本发明一种共轴双旋翼无人机地面飞行测试平台的侧面图。

图4为本发明一种共轴双旋翼无人机地面飞行测试平台的俯视图。

图5为本发明一种共轴双旋翼无人机地面飞行测试平台的框架结构图。

图6为本发明一种共轴双旋翼无人机地面飞行测试平台的总体方案设计图。

图7为本发明一种共轴双旋翼无人机地面飞行测试平台的下位机工作流程图。

图8为传感部分系统初始化模块结构设计图。

图9为本发明一种共轴双旋翼无人机地面飞行测试平台的上位机程序流程图。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当称元件、组件被“连接”到另一元件、组件时，它可以直接连接到其他元件或者组件，或者也可以存在中间元件或者组件。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语 (包括技术术语和科学术语)具有与所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。

为便于对实施例的理解，下面将结合做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明的限定。

实施例1：如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8及图9 所示，一种共轴双旋翼无人机地面飞行测试平台，包括机械部分及控制部分，控制部分包括硬件模块及软件模块。

机械部分包括机架部分、主体部分和限位部分，主体部分置于机架上部。限位部分与主体部分相连。

机架部分包括支撑架和支撑板27，支撑架由4根第一钢管14、4根第二钢管22和4根第三钢管26焊接而成，4根第二钢管22焊接成为底架，每根第二钢管22的一端有延长端，底架上焊接4根第三钢管26，4根第三钢管26分别为立管，4根第三钢管26的上端与组成矩形的4根第一钢管14焊接。

支撑板27置于组成矩形的4根第一钢管14的上部。第三螺栓13、第四螺栓20分别将支撑板27与第一钢管14连接。

主体部分包括上部主体部分和下部主体部分。

下部主体部分包括下部支撑组件和下部联轴器组件。

如图2所示，下部支撑组件包括下部主轴19、轴承座28、角接触球轴承32及端盖18。法兰3通过上部螺栓4与扭矩传感器7连接。

2只角接触球轴承32置于轴承座28中；下部主轴19置于角接触球轴承32内腔并穿透端盖18；端盖18与轴承座28连接。

轴承座28的下部通过第二螺栓16与支撑板27连接。

下部联轴器组件包括下部联轴器34和下部编码器固定架23，下部联轴器34连接下部主轴19和下部绝对编码器33；下部绝对编码器33与下部编码器固定架23连接，下部编码器固定架23通过第五螺栓24与框架 17连接。上部主轴30的一端与六角开槽螺母31连接。

以连接方向为标准，可将上部主体部分分为竖直单元和水平单元。

竖直单元包括无人机连接座6、拉力传感器5、法兰3、扭矩传感器7 及传感器底座8，无人机连接座6的下部连接拉力传感器5，拉力传感器 5的下部连接法兰3，法兰3通过第一螺栓4与扭矩传感器7连接，扭矩传感器7的下部与传感器底座8连接。

主轴拉力和扭矩的值由传感部分的拉力传感器5和扭矩传感器7测量。

水平单元包括开槽螺母31、上部主轴30、上部联轴器21、上部绝对编码器10及上部编码器固定架2，开槽螺母31与上部主轴30的一端连接，上部主轴30的另一端与上部联轴器21连接，上部联轴器21的一端与上部绝对编码器10连接，上部绝对编码器10通过上部编码器固定架2 及螺栓与限位杆固定架15连接。

上部主轴30穿过下部主轴19和传感器底座8。

竖直单元可绕x轴做旋转运动，转角由上部绝对编码器10测量。

限位部分包括橡胶垫9、限位杆1、限位杆固定架15及联轴器连接架 29。橡胶垫9粘在限位杆1上，两个限位杆固定架15固定在下部主轴19 上，限位杆1夹在两个限位杆固定架15之间，联轴器连接架29与下部主轴19和限位杆固定架15相连。

限位杆固定架15与联轴器连接架29连接，联轴器连接架29通过内六角螺栓11及螺母12与下部主轴19连接。

控制部分的硬件模块包括数据处理模块、信号采集模块、信号放大模块、数据发送模块和电源模块。

数据处理模块为STM32F103开发板；信号采集模块包括拉力传感器、扭矩传感器、绝对编码器和霍尔传感器，霍尔传感器安装在无人机机翼上，拉力传感器、扭矩传感器、绝对编码器和霍尔传感器安装在主体部分上；信号放大模块为AD620差分放大模块；数据发送模块为HC05蓝牙模块；电源模块由12V电池和多电压输出变压器组成。

控制部分的软件模块包括系统初始化模块、LCD显示模块、拉力测量模块、扭矩测量模块、转速测量模块及数据发送模块；还包括数据读取模块、格式转换模块、可视化模块及数据保存模块。

系统初始化模块检查传感器各部分是否工作正常，蓝牙模块是否配对成功，并对传感器进行初始化。

系统初始化模块包括延时函数初始化模块、串口初始化模块、端口初始化模块、设置中断组模块及定时器初始化模块，系统初始化模块分别与延时函数初始化模块、串口初始化模块、端口初始化模块、设置中断组模块、定时器初始化模块连接。

LCD显示模块提示传感信号采集步骤开始工作，并将传感器采集到的信息实时显示在显示器上。

拉力测量模块和扭矩测量模块使用开发板上的A/D转换模块，将差分放大模块放大后的模拟电压信号转换为数字信号。

转速测量模块使用定时器测量单位时间内接受到的脉冲个数。

数据发送模块使用HC05蓝牙模块将上述数据发送到与上位机相连的另一个蓝牙模块上。

数据读取模块从串口定位并读取HC05蓝牙模块发送的数据。

格式转换模块将读取的数据转换成整形变量。

可视化模块将数据转化为无人机飞行角度和旋翼转速，并进行可视化显示。

数据保存模块实时保存采集的相关参数，便于后续使用。

一种共轴双旋翼无人机地面飞行测试方法,含有初始化步骤、传感信号采集步骤及数据接收与处理步骤。

含有步骤如下：

步骤1、打开STM32开发板电源，进行系统自检，检测传感器和蓝牙模块是否工作正常。在上位机运行程序，设置检测能否成功打开串口。如果自检失败则结束运行，排查故障。

步骤2、自检完成后，向LCD发送内容，开始信号采集。

步骤3、芯片通过串口顺序读取霍尔传感器、扭矩传感器、拉力传感器和两个绝对编码器回传的数据，并在LCD上显示。

步骤4、通过蓝牙模块将采集到的数据发送到上位机并进行后续的数据处理。

步骤5、循环执行步骤3和步骤4。

步骤6、完成串口初始化后，数据读取模块开始工作，从串口中定位并读取数据。

步骤7、格式转换模块，将数据从字符型转化为整形。

步骤8、可视化模块将整形数据进行可视化操作，在三维空间中显示。

步骤9、数据保存模块将转换后的数据保存到指定路径的文件中；

步骤10、循环执行步骤6到步骤9。

步骤1为初始化步骤，步骤2至步骤5为传感信号采集步骤，步骤6 至步骤10为数据接收与处理步骤。

实施例2：一种共轴双旋翼无人机地面飞行测试方法,含有以下步骤；

以测试共轴双旋翼无人机为例，上述共轴双旋翼无人机地面飞行测试平台的具体运行过程为：

启动设备前，在第二钢管22上添加若干沙袋，防止无人机飞行时平台移动；将共轴双旋翼无人机与无人机连接座6相连；检查平台各部分是否出现零件松脱等情况；校准拉力传感器5和扭矩传感器7；按设计方案将传感部分各模块和开发板相连。

打开开发板电源，运行上位机程序。二者分别进行初始化，检查开发板和上位机之间的蓝牙通讯是否正常，数据采集是否正常。若未收到数据或数据显示异常(主轴拉力和扭矩不为0)则重新检查电路连接和相关程序代码。

移动到安全区域，打开无人机电源，控制无人机低速飞行，检查平台结构强度是否存在问题，若存在问题则停止实验，重新排查。

根据预定计划控制无人机飞行，查看飞行数据。

此时，平台工作流程如下：

无人机连接座6与共轴双旋翼无人机相连，主体部分随无人机运动而绕x轴和z轴旋转，2个绝对编码器10通过测量绕两轴的旋转角度θ1 和θ2确定主轴拉力F的方向，拉力传感器测量F的大小；扭矩传感器，霍尔传感器分别测量扭矩M和旋翼转速。

测量时开发板使用串口，按照图7所示流程读取传感器采集的信息。

图7的程序步骤为：

步骤1、stm32开发板进行系统自检，检测传感器和蓝牙模块是否工作正常。

步骤2、自检完成后，向LCD发送内容，开始信号采集。

步骤3、芯片通过串口顺序读取霍尔传感器，扭矩传感器，拉力传感器和两个绝对编码器回传的数据，并在LCD上显示。

步骤4、通过蓝牙模块将采集到的数据发送到上位机并进行后续的数据处理。

步骤5、反复循环步骤3和步骤4。

通过蓝牙模块将数据发送给上位机。

数据接收与处理部分循环读取蓝牙接收到的信息，随后将数据转化为浮点型和整形并输出对应的拉力，扭矩和转速数值。

在实验结束后将保存相关数据，方便日后使用。

可以看出，本发明可以实时检测共轴双旋翼无人机的主轴拉力，扭矩和转速，并保存相关数据，具有较好的实用性和创造性。

实施例3：如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8及图9 所示，一种共轴双旋翼无人机地面飞行测试平台，旨在通过削减平台自由度，简化机械结构；添加多种传感器，编写数据采集程序；添加数据接收和数据处理功能等方式来降低平台生产成本，添加平台功能。

一种共轴双旋翼无人机地面飞行测试平台，包括机械部分、传感部分、数据接收及数据处理部分。传感部分的传感器置于机械部分，使用stm32 进行数据采集。

在上述地面无人机地面飞行测试平台中，包括机械部分、传感部分、数据接收及数据处理部分。数据接收及数据处理部分使用HC05蓝牙模块接收数据并在上位机运行。

在上述地面无人机地面飞行测试平台中，机械部分包括机架部分、主体部分和限位部分。主体部分和限位部分置于机架部分上。主体部分与无人机连接，限位部分置于主体部分上。

在上述地面无人机地面飞行测试平台中，机架部分包括支撑架和支撑板，支撑架由不锈钢方管焊接而成，支撑板置于支撑架顶部。

在上述地面无人机地面飞行测试平台中，主体部分包括上部主体部分和下部主体部分。两部分通过上部主轴连接。

在上述地面无人机地面飞行测试平台中，主体部分包括下部主体部分和上部主体部分，下部主体部分包括下部支撑组件和下部联轴器组件。下部支撑组件包括下部主轴、轴承座、角接触球轴承及端盖。角接触球轴承置于轴承座中；下部主轴置于角接触球轴承内部并穿透端盖；端盖与轴承座相连。下部联轴器组件包括联轴器和编码器固定架，联轴器连接下部主轴和绝对编码器；绝对编码器通过编码器固定架与支撑架连接。

在上述地面无人机地面飞行测试平台中，竖直单元包括无人机连接座、拉力传感器、法兰、扭矩传感器及传感器底座，从上到下顺次连接。水平单元包括开槽螺母、上部主轴、上部联轴器、绝对编码器、编码器支架及编码器固定架，从左到右顺次连接。介质管道包括液流管和气流管，液流管和气流管设于加压部的侧壁底端。

在上述地面无人机地面飞行测试平台中，传感部分包括硬件部分和软件部分，硬件部分包括数据处理模块、信号采集模块、信号放大模块、数据发送模块和电源模块。

数据处理模块为STM32F103开发板。

信号采集模块包括拉力传感器、扭矩传感器、绝对编码器和霍尔传感器，除霍尔传感器安装在无人机机翼上，其余传感器均安装在主体部分上。

信号放大模块为AD620差分放大模块。

数据发送模块为HC05蓝牙模块。

电源模块由12V电池和多电压输出变压器组成。

在上述地面无人机地面飞行测试平台中，软件部分包括系统初始化模块、LCD显示模块、拉力测量模块、扭矩测量模块、转速测量模块及数据发送模块。

在传感部分开始工作时，首先启动系统初始化模块。主要功能是检查传感器各部分是否工作正常，蓝牙模块是否配对成功，并对传感器进行初始化。

随后启动LCD显示模块，提示传感部分开始工作，并将传感器采集到的信息实时显示在显示器上。

拉力测量模块和扭矩测量模块使用开发板上的A/D转换模块，将差分放大模块放大后的模拟电压信号转换为数字信号。

转速测量模块使用定时器测量单位时间内接受到的脉冲个数。

数据发送模块使用HC05蓝牙模块将上述数据发送到与上位机相连的另一个蓝牙模块上。

在上述地面无人机地面飞行测试平台中，数据接收和数据处理部分包括硬件部分和软件部分。硬件部分包括HC05蓝牙模块和CH340模块，所述CH340模块与电脑USB接口相连，所述HC05模块与所述CH340模块相连。

在上述地面无人机地面飞行测试平台中，软件部分使用MATLAB编写，包括：串口初始化模块、数据读取模块、格式转换模块、可视化模块及数据保存模块。

在程序启动后，串口初始化模块设定用于传递参数的串口信息，包括接口、波特率等，而后检测能否成功打开串口。

完成串口初始化后，数据读取模块开始工作，从串口中循环读取数据。

由于传输的数据格式不是整形，所以使用格式转换模块，将数据转化为整形。

可视化模块将整形数据进行可视化操作，在三维空间中显示。

最后，数据保存模块将转换后的数据保存到指定路径的文件中。

如图8所示传感部分的系统初始化模块结构示意图。主要包括延时函数初始化模块、串口初始化模块、端口初始化模块、设置中断组模块及定时器初始化模块，系统初始化模块分别与延时函数初始化模块、串口初始化模块、端口初始化模块、设置中断组模块、定时器初始化模块连接。

如图9所示数据接收与数据处理部分的程序流程图。工作时，首先设置并打开串口。成功打开串口后程序循环读取蓝牙模块发送的数据。而后检测蓝牙发送的是否接收到传感器发生的数字字符，如果5秒之内没有接收到，说明蓝牙或传感器部分出现问题，程序将退出。完成数据接收后，拉力传感器5发生的数据时需要对数据进行定位，以确定发送的数据对应的是哪个量。此处以数字字符“-255”做为每组数据的首个字符。完成定位后开始循环读取数据并保存到指定路径下的文件中。随后将数据拆分为拉力大小F、扭矩大小M，转速N，旋转角度θ1和θ2，并将相关数据转化为空间坐标系下的分量。最后，绘制最终结果。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种共轴双旋翼无人机地面飞行测试平台，其特征在于包括机械部分及控制部分，机械部分包括支撑架及支撑板，法兰通过上部螺栓与扭矩传感器连接；角接触球轴承连接在轴承座中；下部主轴连接在角接触球轴承内腔并穿透端盖；端盖与轴承座连接；轴承座的下部通过第二螺栓与支撑板连接；下部联轴器组件包括下部联轴器和下部编码器固定架，下部联轴器连接下部主轴和下部绝对编码器；下部绝对编码器与下部编码器固定架连接，下部编码器固定架通过第五螺栓与框架连接；上部主轴的一端与六角开槽螺母连接；竖直单元的无人机连接座的下部连接拉力传感器，拉力传感器的下部连接法兰，法兰通过第一螺栓与扭矩传感器连接，扭矩传感器的下部与传感器底座连接；水平单元的开槽螺母与上部主轴的一端连接，上部主轴的另一端与上部联轴器连接，上部联轴器的一端与上部绝对编码器连接，上部绝对编码器通过上部编码器固定架及螺栓与限位杆固定架连接；上部主轴穿过下部主轴和传感器底座；限位部分的橡胶垫粘在限位杆上，两个限位杆固定架固定在下部主轴上，限位杆夹在两个限位杆固定架之间，联轴器连接架与下部主轴和限位杆固定架相连；限位杆固定架与联轴器连接架连接，联轴器连接架通过内六角螺栓及螺母与下部主轴连接；控制部分包括硬件模块及软件模块，硬件模块包括数据处理模块、信号采集模块、信号放大模块、数据发送模块和电源模块；软件模块包括系统初始化模块、LCD显示模块、拉力测量模块、扭矩测量模块、转速测量模块及数据发送模块；还包括数据读取模块、格式转换模块、可视化模块及数据保存模块。

2.根据权利要求1所述的一种共轴双旋翼无人机地面飞行测试平台，其特征在于数据处理模块为STM32F103开发板；信号采集模块包括拉力传感器、扭矩传感器、绝对编码器和霍尔传感器，霍尔传感器安装在无人机机翼上，拉力传感器、扭矩传感器、绝对编码器和霍尔传感器安装在机械部分上；信号放大模块为AD620差分放大模块；数据发送模块为HC05蓝牙模块；电源模块由12V电池和多电压输出变压器组成。

3.根据权利要求1所述的一种共轴双旋翼无人机地面飞行测试平台，其特征在于系统初始化模块检查传感器各部分是否工作正常，蓝牙模块是否配对成功，并对传感器进行初始化；

系统初始化模块包括延时函数初始化模块、串口初始化模块、端口初始化模块、设置中断组模块及定时器初始化模块，系统初始化模块分别与延时函数初始化模块、串口初始化模块、端口初始化模块、设置中断组模块、定时器初始化模块连接；

LCD显示模块提示传感信号采集步骤开始工作，并将传感器采集到的信息实时显示在显示器上；

拉力测量模块和扭矩测量模块使用开发板上的A/D转换模块，将差分放大模块放大后的模拟电压信号转换为数字信号；

转速测量模块使用定时器测量单位时间内接受到的脉冲个数；

数据发送模块使用HC05蓝牙模块将上述数据发送到与上位机相连的另一个蓝牙模块上；

数据读取模块从串口定位并读取HC05蓝牙模块发送的数据；

格式转换模块将读取的数据转换成整形变量；

可视化模块将数据转化为无人机飞行角度和旋翼转速，并进行可视化显示；

数据保存模块实时保存采集的相关参数。

4.根据权利要求1所述的一种共轴双旋翼无人机地面飞行测试平台，其特征在于支撑架由4根第一钢管、4根第二钢管和4根第三钢管焊接而成，4根第二钢管焊接成为底架，每根第二钢管的一端有延长端，底架上焊接4根第三钢管，4根第三钢管分别为立管，4根第三钢管的上端与组成矩形的4根第一钢管焊接；支撑板连接在组成矩形的4根第一钢管的上部；第三螺栓、第四螺栓分别将支撑板与第一钢管连接。

5.根据权利要求1所述的一种共轴双旋翼无人机地面飞行测试平台的一种共轴双旋翼无人机地面飞行测试方法，其特征在于LCD显示模块提示传感部分开始工作，并将传感器采集到的信息实时显示在显示器上；

拉力测量模块和扭矩测量模块使用开发板上的A/D转换模块，将差分放大模块放大后的模拟电压信号转换为数字信号；

转速测量模块使用定时器测量单位时间内接受到的脉冲个数；

数据发送模块使用HC05蓝牙模块将上述数据发送到与上位机相连的另一个蓝牙模块上；

系统初始化模块检查传感器各部分是否工作正常，蓝牙模块是否配对成功，并对传感器进行初始化；

首先设置并打开串口；串口初始化模块设定用于传递参数的串口信息，包括接口、波特率，而后检测能否成功打开串口；成功打开串口后，程序循环读取蓝牙模块发送的数据；完成串口初始化后，数据读取模块开始工作，从串口中循环读取数据；

由于传输的数据格式不是整形，使用格式转换模块，将数据转化为整形；

可视化模块将整形数据进行可视化操作，在三维空间中显示；

数据保存模块将转换后的数据保存到指定路径的文件中；

检测蓝牙模块发送的是否接收到传感器发生的数字字符，如果5秒之内没有接收到，说明蓝牙模块或传感器部分出现问题，程序将退出；

完成数据接收后，拉力传感器发生的数据时需要对数据进行定位，以确定发送的数据对应的是哪个量；此处以数字字符“-255”做为每组数据的首个字符；

完成定位后开始循环读取数据并保存到指定路径下的文件中；随后将数据拆分为拉力大小F、扭矩大小M，转速N，旋转角度θ1和θ2，并将相关数据转化为空间坐标系下的分量；最后，绘制最终结果。

6.根据权利要求1所述的一种共轴双旋翼无人机地面飞行测试平台的一种共轴双旋翼无人机地面飞行测试方法，其特征在于含有初始化步骤、传感信号采集步骤及数据接收与处理步骤；

含有步骤如下：

步骤1、打开STM32开发板电源，进行系统自检，检测传感器和蓝牙模块是否工作正常；在上位机运行程序，设置检测能否成功打开串口；如果自检失败则结束运行，排查故障；

步骤2、自检完成后，向LCD发送内容，开始信号采集；

步骤3、芯片通过串口顺序读取霍尔传感器、扭矩传感器、拉力传感器和两个绝对编码器回传的数据，并在LCD上显示；

步骤4、通过蓝牙模块将采集到的数据发送到上位机并进行后续的数据处理；

步骤5、循环执行步骤3和步骤4；

步骤6、完成串口初始化后，数据读取模块开始工作，从串口中定位并读取数据；

步骤7、格式转换模块，将数据从字符型转化为整形；

步骤8、可视化模块将整形数据进行可视化操作，在三维空间中显示；

步骤9、数据保存模块将转换后的数据保存到指定路径的文件中；

步骤10、循环执行步骤6到步骤9。

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