CN111994302B - 一种小型折叠翼无人机一体化地面测试平台及测试方法 - Google Patents

一种小型折叠翼无人机一体化地面测试平台及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种小型折叠翼无人机一体化地面测试平台及测试方法，其中测试平台包括：底板、地脚、前支撑板、后支撑板、斜拉板、限位板，L型连接件；其中：四个地脚通过螺栓连接在底板的底部，可以调节整个测试平台的水平度；前支撑板和后支撑板通过底板的卡槽和L型连接件固连在底板上部。还包括测力称重传感器，测力称重传感器通过传感器安装座安装在前支撑板和后支撑板上，并且高度可调节用以保证四个测力称重传感器的触点在同一水平面上。上述结构有效减少了测试台不水平和传感器位置不确定等定位误差，有力地保证了被测无人机的质量和质心测量精度。

Description

一种小型折叠翼无人机一体化地面测试平台及测试方法
技术领域
本发明涉及小型折叠翼无人机技术领域，尤其涉及的是，一种小型折叠翼无人机一体化地面测试平台及测试方法。
背景技术
小型折叠翼无人机因具有低成本、可折叠、易携带等优点，日益受到重视。在其研制过程中，地面测试试验可测得无人机多项性能参数，是进行无人机控制系统设计和飞行试验的前提，不可或缺。因此，需要能够简单高效地测量出无人机诸多特性的测试平台，来保证无人机的研制进程。但是，传统的地面测试平台大多只具有质量特性测试的功能，还未曾发现能够实现舵机传动特性以及机翼折叠展开特性测试的测试平台。并且仅能测量质量特性的测试平台就包含多个模块，结构复杂、价格较高，不符合小型折叠翼无人机的低成本化趋势。
一般而言，针对不同的飞行器有不同的质量特性测试平台，一种典型的质量特性测试平台如图1所示(发明专利：CN104075845 A)：该测量装置采用倾斜平台式测量方法，调整承重平台下方的电动推杆，使平台位于水平和倾斜两种状态，通过称重传感器测量这两种状态下各支点的压力，通过受力平衡原理和力矩平衡原理可求出被测体的质量和质心位置。测量装置包括升降支撑单元、传感器单元、夹具单元及关节测量臂单元。现有技术方案中存在如下不足：1、现有的无人机地面测试平台大多功能单一，一般只能够测量无人机的质量特性，无法满足舵机传动特性测试和机翼折叠展开特性测试等需求。2、现有测试平台结构都比较复杂，价格较高，增加小型折叠翼无人机的研制成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够测量出小型折叠翼无人机诸多特性的一体化地面测试平台，该测试平台在保证一定的测试精度的情况下，精简结构，降低无人机研发成本。
本发明的技术方案如下：一种小型折叠翼无人机一体化地面测试平台，包括：底板、地脚、前支撑板、后支撑板、斜拉板、限位板，L型连接件；其中：四个地脚通过螺栓连接在底板的底部，用于调节整个测试平台的水平度；前支撑板和后支撑板通过底板的卡槽和L型连接件固连在底板上部；还包括四个测力称重传感器，即第一测力称重传感器、第二测力称重传感器、第三测力称重传感器和第四测力称重传感器；四个测力称重传感器通过高度可调节的传感器安装座安装在前支撑板和后支撑板上，用于保证四个测力称重传感器的触点在同一水平面上；前支撑板前侧装有限位板，用于保证被测无人机与测力称重传感器之间的轴向位置不变化；前支撑板和后支撑板顶部叉口与被测无人机外形一致，用于保证被测无人机与测力称重传感器的横向位置不变化；前支撑板和后支撑板侧面装有斜拉板，用于紧固，以保证测力称重传感器的位置不变化。还包括角度测量基准板，用于角度测量基准板上的水平基准面使得放置其上的量角尺保持水平，保证角度测量的精度。上箍和上箍固定板，用于将被测无人机牢牢地固定在前支撑板和后支撑板上，保证机翼在折叠展开过程中的稳定性。
在上述内容的基础上，进一步提供一种基于小型折叠翼无人机一体化地面测试平台的质量特性测试方法，具体包括以下步骤：
步骤101：在一体化地面测试平台基本结构的基础上，将被测无人机放置在第一测力称重传感器、第二测力称重传感器、第三测力称重传感器和第四测力称重传感器上，得到该放置状态下即第一测力称重传感器、第二测力称重传感器、第三测力称重传感器和第四测力称重传感器的读数
Figure BDA0002671402390000031
步骤102：测力称重传感器在平台上的垂直投影；坐标系OXYZ的原点O为机体轴线与限位板的交点，OX轴沿机体轴线指向机头，OZ轴在水平面内与OX轴垂直，OY轴通过右手系来确定；第一测力称重传感器到OZ轴的距离为L1，到OX轴的距离为H1；第二测力称重传感器到第一测力称重传感器的距离为L2；第三测力称重传感器、第四测力称重传感器和第二测力称重传感器、第一测力称重传感器关于OX轴对称；通过受力平衡和力矩平衡原理求出被测无人机的质量m和质心在X向和Z向的位置Xc,Zc
Figure BDA0002671402390000032
Figure BDA0002671402390000033
Figure BDA0002671402390000034
步骤103：将被测无人机翻转90度，得到该放置状态下即第一测力称重传感器、第二测力称重传感器、第三测力称重传感器和第四测力称重传感器的读数
Figure BDA0002671402390000035
根据力矩平衡原理求出质心在Y向的位置Yc
Figure BDA0002671402390000036
在上述内容的基础上，进一步提供一种基于小型折叠翼无人机一体化地面测试平台的舵机传动特性测试方法，具体包括以下步骤：减少四个测力称重传感器，增加了角度测量基准板；将被测无人机放置在前支撑板和后支撑板上，给定舵偏信号R，利用量角尺测量角度测量基准板竖直基准面与被测无人机尾翼舵面之间的角度A，求得对应的舵偏角δA＝A-90，按照一定比例给定多个舵偏信号(R1,R2,…,Rn)，测量得到多个对应的舵偏角(δA1,δA2,…,δAn)，基于测量数据进行回归得到被测无人机的舵机传动特性表达式,
Figure BDA0002671402390000041
在上述内容的基础上，进一步提供一种基于小型折叠翼无人机一体化地面测试平台的机翼折叠展开特性测试方法，具体包括以下步骤：减少了四个测力称重传感器，增加了上箍和上箍固定板；后支撑板前移，安装在底板的前方卡槽内，被测无人机放置在前支撑板和后支撑板上，此时被测无人机的尾翼设置为自由的折叠展开，利用高速相机拍摄尾翼的折叠展开过程，记录高速相机的拍摄视频中，尾翼开始展开的时间t1，尾翼完全展开到位的时间t2，计算得到尾翼展开时间δt＝t2-t1,计算所有尾翼的展开时间δt1,δt2,…,δtn的最大值和极差，最大值和极差分别体现了尾翼展开速度和展开同步性；将前支撑板后移，安装在底板的后方卡槽内，此时被测无人机的主翼设置为自由地折叠展开，利用高速相机拍摄主翼的折叠展开过程，记录高速相机的拍摄视频中，主翼开始展开的时间t1，主翼完全展开到位的时间t2，计算得到主翼展开时间δt＝t2-t1,计算所有主翼的展开时间δt1,δt2,…,δtn的最大值和极差，最大值和极差分别体现了主翼展开速度和展开同步性。
采用本发明的技术方案：1、一种具有质量特性测试、舵机传动特性以及机翼折叠展开特性测试能力的小型折叠翼无人机一体化地面测试平台。2、测试平台上设计有可升降地脚、限位板以及角度测量基准板等结构，能够有效保证地面测试精度的多种组合措施。3、在保证一定测试精度的前提下，将多个小型折叠翼无人机特性测试功能有机地集成在一台测试平台上，且平台结构简单小巧可拆卸，占用空间小，有效降低了小型无人机的研制成本。
附图说明
图1为现有技术中非规则外形导弹质量质心测量装置示意图。
图2为本发明测试平台整体结构示意图。
图3为本发明实施例中质量特性测试试验状态下测试平台结构示意图。
图4为本发明实施例中质量特性测试试验状态下测力称重传感器垂直投影示意图。
图5为本发明实施例中舵机传动特性测试试验状态下测试平台结构示意图。
图6为本发明实施例中机翼折叠展开特性测试试验状态下测试平台结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。但是，本发明可以用许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
本发明的一个实施例是，提供一种可以进行小型折叠翼无人机一体化测试的地面测试平台，通过改变一些部件的装配关系或者增减少数部件即可实现质量特性、舵机传动特性和机翼折叠展开特性的测试功能。
如图2所示，本发明提供一种小型折叠翼无人机一体化地面测试平台，具体平台的结构包括：底板1、地脚2、前支撑板3、后支撑板4、斜拉板5、限位板6，L型连接件9；其中：四个地脚2通过螺栓连接在底板1的底部，可以调节整个测试平台的水平度；前支撑板3和后支撑板4通过底板1的卡槽和L型连接件9固连在底板1上部。
还包括四个测力称重传感器7，即第一测力称重传感器、第二测力称重传感器、第三测力称重传感器和第四测力称重传感器；四个测力称重传感器7通过传感器安装座10安装在前支撑板3和后支撑板4上，并且高度可调节用以保证四个测力称重传感器7的触点在同一水平面上；前支撑板3前侧装有限位板6，用以保证被测无人机8与测力称重传感器7之间的轴向位置不变化；前支撑板3和后支撑板4顶部叉口与被测无人机8外形一致，用以保证被测无人机8与测力称重传感器7的横向位置不变化；前支撑板3和后支撑板4侧面装有斜拉板5用以紧固，保证测力称重传感器7的位置不变化；上述结构有效减少了测试台不水平和传感器位置不确定等定位误差，有力地保证了被测无人机8的质量和质心测量精度。
还包括角度测量基准板11，用于角度测量基准板11上的水平基准面可以使得放置其上的量角尺保持水平，保证角度测量的精度。
还包括上箍13和上箍固定板14；用于将被测无人机8牢牢地固定在前支撑板3和后支撑板4上，保证机翼在折叠展开过程中的稳定性。
实施例2
在实施例1的基础上，一种基于小型折叠翼无人机一体化地面测试平台的质量特性测试方法，如图3所示，具体包括以下步骤：
步骤101：在上述一体化地面测试平台基本结构的基础上，增加测力称重传感器7，将被测无人机8放置在第一测力称重传感器、第二测力称重传感器、第三测力称重传感器和第四测力称重传感器上，得到该放置状态下即第一测力称重传感器、第二测力称重传感器、第三测力称重传感器和第四测力称重传感器的读数
Figure BDA0002671402390000071
步骤102：测力称重传感器在平台上的垂直投影如图4所示，图中1，2，3，4分别代表即第一测力称重传感器、第二测力称重传感器、第三测力称重传感器和第四测力称重传感器；坐标系OXYZ的原点O为机体8轴线与限位板6的交点，OX轴沿机体8轴线指向机头，OZ轴在水平面内与OX轴垂直，OY轴通过右手系来确定；第一测力称重传感器到OZ轴的距离为L1，到OX轴的距离为H1；第二测力称重传感器到第一测力称重传感器的距离为L2，第三测力称重传感器、第四测力称重传感器与第二测力称重传感器、第一测力称重传感器关于OX轴对称。通过受力平衡和力矩平衡原理可以求出被测无人机8的质量m和质心在X向和Z向的位置Xc,Zc
Figure BDA0002671402390000072
Figure BDA0002671402390000073
Figure BDA0002671402390000074
步骤103：将被测无人机8翻转90度，得到该放置状态下第一测力称重传感器、第二测力称重传感器、第三测力称重传感器和第四测力称重传感器的读数
Figure BDA0002671402390000075
根据力矩平衡原理可以求出质心在Y向的位置Yc
Figure BDA0002671402390000076
实施例3
在实施例1-2的基础上，一种基于小型折叠翼无人机一体化地面测试平台的舵机传动特性测试方法，如图5所示，具体包括以下步骤：
与质量特性测试方法相比，减少四个测力称重传感器7，增加了角度测量基准板11；将被测无人机8放置在前支撑板3和后支撑板4上，给定舵偏信号R，利用量角尺12测量角度测量基准板11竖直基准面与被测无人机8尾翼舵面之间的角度A，即可求得对应的舵偏角δA＝A-90，按照一定比例给定多个舵偏信号(R1,R2,…,Rn)，由上述方法可以测量得到多个对应的舵偏角(δA1,δA2,…,δAn)，基于测量数据进行回归可以得到被测无人机8的舵机传动特性表达式，
Figure BDA0002671402390000081
实施例4
在实施例1-3的基础上，一种基于小型折叠翼无人机一体化地面测试平台的机翼折叠展开特性测试方法，如图6所示，具体包括以下步骤：
与质量特性测试方法相比，减少了四个测力称重传感器7，增加了上箍13和上箍固定板14。后支撑板4前移，安装在底板1的前方卡槽内，被测无人机8放置在前支撑板3和后支撑板4上，此时被测无人机8的尾翼可以自由的折叠展开，利用高速相机可以拍摄尾翼的折叠展开过程，记录高速相机的拍摄视频中，尾翼开始展开的时间t1，尾翼完全展开到位的时间t2，计算得到尾翼展开时间δt＝t2-t1,计算所有尾翼的展开时间δt1,δt2,…,δtn的最大值和极差，最大值和极差分别体现了尾翼展开速度和展开同步性。将前支撑板3后移，安装在底板1的后方卡槽内，此时被测无人机8的主翼可以自由地折叠展开，利用高速相机拍摄主翼的折叠展开过程，记录高速相机的拍摄视频中，主翼开始展开的时间t1，主翼完全展开到位的时间t2，计算得到主翼展开时间δt＝t2-t1,计算所有主翼的展开时间δt1,δt2,…,δtn的最大值和极差，最大值和极差分别体现了主翼展开速度和展开同步性。
采用本发明的技术方案：1、一种具有质量特性测试、舵机传动特性以及机翼折叠展开特性测试能力的小型折叠翼无人机一体化地面测试平台。2、测试平台上设计有可升降地脚、限位板以及角度测量基准板等结构，能够有效保证地面测试精度的多种组合措施。3、在保证一定测试精度的前提下，将多个小型折叠翼无人机特性测试功能有机地集成在一台测试平台上，且平台结构简单小巧可拆卸，占用空间小，有效降低了小型无人机的研制成本。
需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种小型折叠翼无人机一体化地面测试平台，其特征在于，包括：底板、地脚、前支撑板、后支撑板、斜拉板、限位板，L型连接件；其中：四个地脚通过螺栓连接在底板的底部，用于调节整个测试平台的水平度；前支撑板和后支撑板通过底板的卡槽和L型连接件固连在底板上部；还包括四个测力称重传感器，即第一测力称重传感器、第二测力称重传感器、第三测力称重传感器和第四测力称重传感器；四个测力称重传感器通过可调高度的传感器安装座安装在前支撑板和后支撑板上，用于保证四个测力称重传感器的触点在同一水平面上；前支撑板前侧装有限位板，用于保证被测无人机与测力称重传感器之间的轴向位置不变化；前支撑板和后支撑板顶部叉口与被测无人机外形一致，用于保证被测无人机与测力称重传感器的横向位置不变化；前支撑板和后支撑板侧面装有斜拉板，用于紧固，以保证测力称重传感器的位置不变化；还包括角度测量基准板，用于角度测量基准板上的水平基准面使得放置其上的量角尺保持水平，保证角度测量的精度；还包括上箍和上箍固定板，用于将被测无人机牢牢地固定在前支撑板和后支撑板上，保证机翼在折叠展开过程中的稳定性。
2.一种基于权利要求1所述的小型折叠翼无人机一体化地面测试平台的质量特性测试方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤101：在一体化地面测试平台基本结构的基础上，将被测无人机放置在第一测力称重传感器、第二测力称重传感器、第三测力称重传感器和第四测力称重传感器上，得到该放置状态下即第一测力称重传感器、第二测力称重传感器、第三测力称重传感器和第四测力称重传感器的读数
Figure FDA0003385470690000011
步骤102：测力称重传感器在平台上的垂直投影；坐标系OXYZ的原点O为机体轴线与限位板的交点，OX轴沿机体轴线指向机头，OZ轴在水平面内与OX轴垂直，OY轴通过右手系来确定；第一测力称重传感器到OZ轴的距离为L1，到OX轴的距离为H1；第二测力称重传感器到第一测力称重传感器的距离为L2；第三测力称重传感器、第四测力称重传感器和第二测力称重传感器、第一测力称重传感器关于OX轴对称；通过受力平衡和力矩平衡原理求出被测无人机的质量m和质心在X向和Z向的位置Xc,Zc
Figure FDA0003385470690000021
Figure FDA0003385470690000022
Figure FDA0003385470690000023
步骤103：将被测无人机翻转90度，得到该放置状态下即第一测力称重传感器、第二测力称重传感器、第三测力称重传感器和第四测力称重传感器的读数
Figure FDA0003385470690000024
根据力矩平衡原理求出质心在Y向的位置Yc
Figure FDA0003385470690000025
3.一种基于权利要求1所述的小型折叠翼无人机一体化地面测试平台的舵机传动特性测试方法，其特征在于，具体包括以下步骤：减少四个测力称重传感器，增加了角度测量基准板；将被测无人机放置在前支撑板和后支撑板上，给定舵偏信号R，利用量角尺测量角度测量基准板竖直基准面与被测无人机尾翼舵面之间的角度A，求得对应的舵偏角δA＝A-90，按照一定比例给定多个舵偏信号(R1,R2,…,Rn)，测量得到多个对应的舵偏角(δA1,δA2,…,δAn)，基于测量数据进行回归得到被测无人机的舵机传动特性表达式，
Figure FDA0003385470690000026
4.一种基于权利要求1所述的小型折叠翼无人机一体化地面测试平台的机翼折叠展开特性测试方法，其特征在于，具体包括以下步骤：减少了四个测力称重传感器，增加了上箍和上箍固定板；后支撑板前移，安装在底板的前方卡槽内，被测无人机放置在前支撑板和后支撑板上，此时被测无人机的尾翼设置为自由的折叠展开，利用高速相机拍摄尾翼的折叠展开过程，记录高速相机的拍摄视频中，尾翼开始展开的时间t1，尾翼完全展开到位的时间t2，计算得到尾翼展开时间δt＝t2-t1,计算所有尾翼的展开时间δt1,δt2,…,δtn的最大值和极差，最大值和极差分别体现了尾翼展开速度和展开同步性；将前支撑板后移，安装在底板的后方卡槽内，此时被测无人机的主翼设置为自由地折叠展开，利用高速相机拍摄主翼的折叠展开过程，记录高速相机的拍摄视频中，主翼开始展开的时间t1，主翼完全展开到位的时间t2，计算得到主翼展开时间δt＝t2-t1,计算所有主翼的展开时间δt1,δt2,…,δtn的最大值和极差，最大值和极差分别体现了主翼展开速度和展开同步性。
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