CN114354064A - 一种用于无人机货舱的重心测量设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于无人机货舱的重心测量设备，包括：载重平台；对接工装设置在载重平台的上方，对接工装能够与无人机货舱连接并承载无人机的货舱；调平组件连接载重平台；升降组件通过调平组件连接载重平台；多个称重传感器与载重平台连接，多个称重传感器的称重端设置在对接工装的下方；质心计算模块能够根据多个所述称重传感器采集的力值数据信号计算出水平状态下的所述货舱的质心位置。本发明的技术方案的有益效果在于通过合理的机电设计，将一定高度的货舱安全可靠的移至重心测量设备上并将载重平台进行水平调节后从而根据称重传感器采集的力值数据信号解算出货舱质心位置，通过对货舱质心位置的测量可有效保证飞行安全。
Description
技术领域
本发明属于重心测量设备技术领域，更具体地，涉及一种用于无人机货舱的重心测量设备。
背景技术
目前，无人机货舱的重心是直升机飞行的重要参数，其参数的准确性和精度关乎飞机是否能够安全飞行。通过对货舱质心位置的测量可有效保证飞行安全，但由于货舱较重，离地距离较高，货舱舱轮与导轨之间极易出现对接偏差和碰撞。在现有的使用过程中，存在着诸多不足，主要表现为三点：
第一，无人机货舱导轨与地面有一定的高度差，货舱上下飞机不便；
第二，普通的升降车无法将货舱舱轮中心与飞机货舱导轨中心对齐；
第三，普通的重心测量设备无法满足升降作业后的水平调节和有线与无线双重数据采集模式。
鉴于此，期待一种带有对接工装的可升降式的重心测量设备，通过合理的机电设计，能够实现对无人机货舱重心的测量与显示。
发明内容
本发明的目的针对现有技术中存在的问题，提供一种用于无人机货舱的重心测量设备，通过对接工装连接无人机货舱的导轨，将称重传感器的称重端设置在对接工装的下方，该对接工装设置在载重平台上方用于承载无人机货舱，称重传感器的称重端感知对接工装上承载无人机货舱的重力大小，并根据测量值计算出水平状态下的货舱的质心位置，以实现对无人机货舱重心的测量与显示。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种用于无人机货舱的重心测量设备，包括：
载重平台；
对接工装，所述对接工装设置在所述载重平台的上方，所述对接工装能够与无人机货舱连接并承载无人机的货舱；
调平组件，所述调平组件连接载重平台；
升降组件，所述升降组件通过所述调平组件连接所述载重平台；
多个称重传感器，多个所述称重传感器与所述载重平台连接，多个所述称重传感器的称重端设置在所述对接工装的下方；
质心计算模块，所述质心计算模块能够根据多个所述称重传感器采集的力值数据信号计算出水平状态下的所述货舱的质心位置。
优选的，所述称重传感器设置有四个，以四个所述称重传感器的称重端为支点，四个所述支点构成矩形排布并围成矩形区域，所述质心计算模块通过下述公式分别对所述矩形区域所在平面直角坐标系的X轴和Y轴上的相邻所述支点之间的距离进行取矩计算，以得到所述货舱在所述平面直角坐标系的质心位置；
其中，md为所述货舱的自身质量，mp为所述重心测量设备的自身质量，Ni为满载情况下每个称重传感器采集得到的力值数据，Nsi为空载情况下每个称重传感器采集得到的力值数据，xp,yp为所述重心测量设备的自身质心位置，xd,yd为所述货舱的自身质心位置，Lz为X轴上相邻所述支点之间的距离，Lh为Y轴上相邻所述支点之间的距离。
优选的，所述质心计算模块包括：
放大器，所述放大器连接多个所述称重传感器，用于放大所述称重传感器采集的电信号；
模数转换器，所述模数转换器连接所述放大器，用于将放大的所述电信号生成对应的力值数据；
计算单元，所述计算单元连接所述模数转换器，用于根据所述力值数据计算出所述货舱的质心位置；
显示单元，所述显示单元连接所述计算单元，用于显示所述货舱的质心位置。
优选的，所述质心计算模块还包括：
传输单元，所述传输单元连接所述模数转换器和所述计算单元，用于将所述力值数据以有线或无线方式传输至所述计算单元。
优选的，所述对接工装包括两个连接导轨，两个所述连接导轨设置在所述载重平台的两端，用于插入至无人机的货舱导轨，所述连接导轨上设有多个定位销，用于固定货舱的舱轮。
优选的，所述升降组件包括：
升降台、底座和升降臂，所述升降台和底座通过升降臂连接；
所述升降臂连接液压油缸，所述液压油缸连接液压升降踏板。
优选的，所述底座为框架结构，所述底座的梁架上连接有加强板，多个所述地脚螺栓贯穿所述加强板用于固定所述升降组件。
优选的，所述加强板上设有吊耳和设备箱。
优选的，所述底座的底部设有万向轮和定向轮，所述万向轮上设有万向轮侧刹。
优选的，所述调平组件包括：
水平仪，所述水平仪设置在所述载重平台上；
关节轴承连杆，所述关节轴承连杆设置在所述载重平台的中部，所述关节轴承连杆的一端固定连接所述升降台，另一端转动连接所述载重平台；
多个螺纹调节连杆，多个所述螺纹调节连杆设置在所述关节轴承连杆的周围，多个所述螺纹调节连杆的一端连接所述升降台，另一端连接所述载重平台，用于对所述载重平台水平调节。
本发明的技术方案的有益效果在于：
该无人机货舱的重心测量设备通过合理的机电设计，将一定高度的货舱安全可靠的移至重心测量设备上并将载重平台进行水平调节后从而根据称重传感器采集的力值数据信号解算出货舱质心位置，通过对货舱质心位置的测量可有效保证飞行安全。
该无人机货舱的重心测量设备通过四台高精度悬臂梁称重传感器将采集的力值数据信号经由放大器、模数装换器传输到计算单元中进行解算，提高货舱质心位置测量的精度。并且通过增加传输单元以有线与无线的多重方式进行数据传输，以实现多场景应用。
该无人机货舱的重心测量设备将对接工装设置在载重平台的上方，便于与直升机货舱导轨连接并进行移动，解决了货舱搬运及对接效率底下的问题。且该重心测量设备采用液压升降组件和自带高精度水平仪的调平组件，解决了升降后载重平台水平调节问题。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了本发明的一种用于无人机货舱的重心测量设备的结构示意图；
图2示出了本发明的一种用于无人机货舱的重心测量设备的主视图；
图3示出了本发明的一种用于无人机货舱的重心测量设备的前视图；
图4示出了本发明的一种用于无人机货舱的重心测量设备采用四点支撑测量方式的原理图；
图5示出了本发明的一种用于无人机货舱的重心测量设备的质心计算模块测得货舱质心位置的显示界面；
图6示出了本发明的一种用于无人机货舱的重心测量设备的质心计算模块的结构示意图；
图7示出了本发明的一种用于无人机货舱的重心测量设备采用四点支撑测量方式的电子器件布局图；
图8示出了本发明的一种用于无人机货舱的重心测量设备的电源箱箱门示意图；
图9示出了本发明的一种用于无人机货舱的重心测量设备的电源箱内部示意图；
图10示出了本发明的一种用于无人机货舱的重心测量设备的设备箱内部示意图。
附图标记说明：
1、对接工装；2、定位销；3、称重传感器；4、连接导轨；5、关节轴承连杆；6、放大器；7、模数转换器；8、水平仪；9、电源箱；10、设备箱；11、液压升降踏板；12、万向轮侧刹；13、万向轮；14、液压油缸；15、地脚螺栓；16、定向轮；17、吊耳；18、螺纹调节连杆；19、载重平台；20、升降台；21、底座；22、升降臂；23、加强板；31、计算单元；32、显示单元；33、传输单元。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
参照图1-图3所示，本发明提供一种用于无人机货舱的重心测量设备，包括：
载重平台19；
对接工装1，对接工装1设置在载重平台19的上方，对接工装1能够与无人机货舱连接并承载无人机的货舱；
调平组件，调平组件连接载重平台19；
升降组件，升降组件通过调平组件连接载重平台19；
多个称重传感器3，多个称重传感器3与载重平台19连接，多个称重传感器3的称重端设置在对接工装1的下方；
质心计算模块，质心计算模块能够根据多个所述称重传感器3采集的力值数据信号计算出水平状态下的货舱的质心位置。
具体的，本技术方案以无人运输直升机为例说明，该重心测量设备包括对接工装、升降组件、调平组件、称重传感器3和质心计算模块，通过合理的机电布局设计，通过对接工装1与无人运输直升机的货舱导轨对接，将一定高度的无人运输直升机货舱安全可靠地移至重心测量设备载重平台19的对接工装1上，并将载重平台19进行水平调节至水平状态。对接工装1的下方设有多个称重传感器3，称重传感器3与载重平台19连接，多个称重传感器3的称重端设置在对接工装1的下方能够多点位感知上方无人机货舱的重力大小，进而质心计算模块能够通过称重传感器3采集得到的力值数据信号解算出货舱的质心位置，以实现对无人运输直升机货舱质心的测量与显示，通过对货舱质心位置的测量可有效保证飞行安全。
可选的，称重传感器3设置有四个，以四个称重传感器3的称重端为支点，四个支点形成矩形排布并围成矩形区域，质心计算模块通过下述公式分别对矩形区域所在平面直角坐标系的X轴和Y轴上的相邻支点之间的距离进行取矩计算，以得到货舱在平面直角坐标系的质心位置；
其中，md为货舱的自身质量，mp为重心测量设备的自身质量，Ni为满载情况下每个称重传感器采集得到的力值数据，Nsi为空载情况下每个称重传感器采集得到的力值数据，xp,yp为重心测量设备的自身质心位置，xd,yd为货舱的自身质心位置，Lz为X轴上相邻支点之间的距离，Lh为Y轴上相邻支点之间的距离。
具体的，被测量的货舱通过对接工装1定位安装在测量平台上，称重传感器3设置有四个，载重平台19下方的称重传感器3的称重端与货舱的四个舱轮接触形成有4个支点(S1，S2，S3，S4)，支点形成矩形排布并围成矩形区域，如图4所示，形成四点支撑测量方式。载重平台19调整水平后，根据称重传感器3采集得到的力值数据，计算出被测量的货舱在装载前后的质量差即为货舱的质量。对矩形区域所在平面直角坐标系的X轴和Y轴上的相邻支点之间的距离分别进行取矩计算，例如在X轴对S1与S2之间的距离Lz进行取矩计算，即可求得X轴的质心位置xd；同理在Y轴上对S1与S3之间的距离Lh进行取矩计算，即可求得Y轴的质心位置yd；xd,yd为货舱的自身质心位置。
进一步地，称重传感器3采用悬臂梁称重传感器，灵敏度高，测得的数值精度高，误差范围小。
进一步地，也可以将称重传感器3设置成其他点位支撑测量方式，通过支点构成规则图形，比如正三角形、正五边形或圆形等，在规则图形区域所在的平面直角坐标系内对支点之间的力矩根据相应的取矩计算公式进行计算，同样能得到相应的质心位置。
可选的，如图6所示，质心计算模块包括：
放大器6，放大器6连接多个称重传感器3，用于放大称重传感器3采集的电信号；
模数转换器7，模数转换器7连接放大器6，用于将放大的电信号生成对应的力值数据；
计算单元31，计算单元31连接模数转换器7，用于根据力值数据计算出货舱的质心位置；
显示单元32，显示单元32连接计算单元31，用于显示货舱的质心位置。
优选的，质心计算模块还包括：
传输单元33，传输单元33连接模数转换器7和计算单元31，用于将力值数据以有线或无线方式传输至计算单元31。
具体的，采用四点支撑测量方式的电子器件如称重传感器3、放大器6和模数转换器7等如图7所示的布局方式，质心计算模块前端采用RS485模块，RS485模块集成模数转换和数据传输功能，能将称重传感器3采集的模拟量转换成数字量后通过RS485转网口模块或RS485转WIFI串口模块，以有线或无线方式传输至计算单元31，计算单元31可集成在PC端，同时PC端还包括显示单元32，通过模拟软件将货舱的质心位置提供给操作者查看，其显示界面如图5所示，可以看出计算得到的货舱质心位置非常接近理论值。数据采用通过WIFI无线传输方式，计算单元31和显示单元32还可以集成在手机端通过对应的APP程序来实现，以满足多场景的需求。
可选的，对接工装1包括两个连接导轨4，两个连接导轨4设置在载重平台19的两端，用于插入至无人机的货舱导轨，连接导轨4上设有多个定位销2，用于固定货舱的舱轮。
具体的，接工装1包括两个连接导轨4，两个连接导轨4设置在载重平台19的两端，用于插入至无人机的货舱导轨，实现对接工装1的连接导轨4与无人运输直升机货舱导轨连接并进行移动，解决了与货舱导轨对接效率低下的问题。每个连接导轨4上设有两个定位销2用于固定货舱的四个舱轮，防止货舱来回游动，固定货舱的舱轮使得称重传感器3在测量的时候不会发生测量偏差，使得质心位置的计算更加准确。
可选的，如图1-3所示，升降组件包括：
升降台20、底座21和升降臂22，升降台20和底座21通过升降臂22连接；
升降臂22连接液压油缸14，液压油缸14连接液压升降踏板11。
具体的，由于货舱较重，离地距离较高，货舱舱轮与导轨之间极易出现对接偏差和碰撞，采用液压升降解决了货舱搬运的问题。
升降台20上还设有电源箱9，电源箱9的箱门示意图如图8所示，包括箱门开关把手、电源开关和电量显示屏等。电源箱9的内部示意图如图9所示，包括给质心计算模块供电的锂电池、包裹锂电池的阻燃泡沫和与连接质心计算模块的线缆出线孔。
可选的，如图1-3所示，底座21为框架结构，底座21的梁架上连接有加强板23，多个地脚螺栓15贯穿加强板23用于固定升降组件。
具体的，底座21两端焊接有加强板23，每侧梁架上分别装有2个地脚螺栓15，地脚螺栓15贯穿加强板23，测量时，采用四个地脚螺栓15固定在无人运输直升机地面上。
可选的，如图1-2所示，加强板23上设有吊耳17和设备箱10。
具体的，底座21为矩形框架，吊耳17焊接在底座21的四个顶点处，用于对该重心测量设备进行吊装。
设备箱10设置在加强板23上，其内部结构示意图如图10所示，包括用来放置计算货舱质心位置的电脑、电源适配器、机身导轨连接工装、货舱导轨连接工装等。
可选的，如图1所示，底座21的底部设有万向轮13和定向轮16，万向轮16上设有万向轮侧刹12。
具体的，万向轮13和定向轮16的设置方便移动重心测量设备，万向轮侧刹12用于固定万向轮13，使得该设备处于静止状态。
可选的，如图1-3所示，调平组件包括：
水平仪8，水平仪8设置在载重平台19上；
关节轴承连杆5，关节轴承连杆5设置在载重平台19的中部，关节轴承连杆5的一端固定连接升降台20，另一端转动连接载重平台19；
多个螺纹调节连杆18，多个螺纹调节连杆18设置在关节轴承连杆5的周围，多个螺纹调节连杆18的一端连接升降台20，另一端连接载重平台19，用于对载重平台19水平调节。
具体的，设置2个螺纹调节连杆18，设置在关节轴承连杆5的左右两侧，上下分别连接升降台20和载重平台19，关节轴承连杆5一般可以旋转±7度，具有调偏作用。配合设置在载重平台19上的高精度水平仪8和螺纹调节连杆18对载重平台19进行水平调节。
实施例
参照图1-图10所示，本实施例提供一种用于无人机货舱的重心测量设备，采用四点四点支撑测量方式，包括：
载重平台19；
对接工装1，对接工装1设置在载重平台19的上方，对接工装1能够与无人机货舱连接并承载无人机的货舱；
调平组件，调平组件连接载重平台19；
升降组件，升降组件通过调平组件连接载重平台19；
多个称重传感器3，多个称重传感器3与载重平台19连接，多个称重传感器3的称重端设置在对接工装1的下方；
质心计算模块，质心计算模块能够根据多个所述称重传感器3采集的力值数据信号计算出水平状态下的货舱的质心位置。
本实施例中，称重传感器3设置有四个，以四个称重传感器3的称重端为支点，四个支点形成矩形排布并围成矩形区域，质心计算模块通过下述公式分别对矩形区域所在平面直角坐标系的X轴和Y轴上的相邻支点之间的距离进行取矩计算，以得到货舱在平面直角坐标系的质心位置；
其中，md为货舱的自身质量，mp为重心测量设备的自身质量，Ni为满载情况下每个称重传感器采集得到的力值数据，Nsi为空载情况下每个称重传感器采集得到的力值数据，xp,yp为重心测量设备的自身质心位置，xd,yd为货舱的自身质心位置，Lz为X轴上相邻支点之间的距离，Lh为Y轴上相邻支点之间的距离。
本实施例中，如图6所示，质心计算模块包括：
放大器6，放大器6连接多个称重传感器3，用于放大称重传感器3采集的电信号；
模数转换器7，模数转换器7连接放大器6，用于将放大的电信号生成对应的力值数据；
计算单元31，计算单元31连接模数转换器7，用于根据力值数据计算出货舱的质心位置；
显示单元32，显示单元32连接计算单元31，用于显示货舱的质心位置。
优选的，质心计算模块还包括：
传输单元33，传输单元33连接模数转换器7和计算单元31，用于将力值数据以有线或无线方式传输至计算单元31。
本实施例中，对接工装1包括两个连接导轨4，两个连接导轨4设置在载重平台19的两端，用于插入至无人机的货舱导轨，连接导轨4上设有多个定位销2，用于固定货舱的舱轮。
本实施例中，如图1-3所示，升降组件包括：
升降台20、底座21和升降臂22，升降台20和底座21通过升降臂22连接；
升降臂22连接液压油缸14，液压油缸14连接液压升降踏板11。
本实施例中，如图1-3所示，底座21为框架结构，底座21的梁架上连接有加强板23，多个地脚螺栓15贯穿加强板23用于固定升降组件。
本实施例中，如图1-2所示，加强板23上设有吊耳17和设备箱10。
本实施例中，如图1所示，底座21的底部设有万向轮13和定向轮16，万向轮16上设有万向轮侧刹12。
本实施例中，如图1-3所示，调平组件包括：
水平仪8，水平仪8设置在载重平台19上；
关节轴承连杆5，关节轴承连杆5设置在载重平台19的中部，关节轴承连杆5的一端固定连接升降台20，另一端转动连接载重平台19；
多个螺纹调节连杆18，多个螺纹调节连杆18设置在关节轴承连杆5的周围，多个螺纹调节连杆18的一端连接升降台20，另一端连接载重平台19，用于对载重平台19水平调节。
综上所述，本发明通过合理的机电布局设计，通过对接工装1与无人运输直升机的货舱导轨对接，将一定高度的无人运输直升机货舱安全可靠地移至重心测量设备载重平台19的对接工装1上，并将载重平台19进行水平调节至水平状态。对接工装1的下方设有多个称重传感器3，称重传感器3与载重平台19连接，多个称重传感器3的称重端设置在对接工装1的下方与货舱的舱轮接触能够多点位感知上方无人机货舱的重力大小，进而质心计算模块能够通过称重传感器采集得到的力值数据信号解算出货舱的质心位置，以实现对无人运输直升机货舱质心的测量与显示，通过对货舱质心位置的测量可有效保证飞行安全。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (10)
1.一种用于无人机货舱的重心测量设备，其特征在于，包括：
载重平台；
对接工装，所述对接工装设置在所述载重平台的上方，所述对接工装能够与无人机货舱连接并承载无人机的货舱；
调平组件，所述调平组件连接载重平台；
升降组件，所述升降组件通过所述调平组件连接所述载重平台；
多个称重传感器，多个所述称重传感器与所述载重平台连接，多个所述称重传感器的称重端设置在所述对接工装的下方；
质心计算模块，所述质心计算模块能够根据多个所述称重传感器采集的力值数据信号计算出水平状态下的所述货舱的质心位置。
2.根据权利要求1所述的重心测量设备，其特征在于，所述称重传感器设置有四个，以四个所述称重传感器的称重端为支点，四个所述支点构成矩形排布并围成矩形区域，所述质心计算模块通过下述公式分别对所述矩形区域所在平面直角坐标系的X轴和Y轴上的相邻所述支点之间的距离进行取矩计算，以得到所述货舱在所述平面直角坐标系的质心位置；
其中，md为所述货舱的自身质量，mp为所述重心测量设备的自身质量，Ni为满载情况下每个称重传感器采集得到的力值数据，Nsi为空载情况下每个称重传感器采集得到的力值数据，xp,yp为所述重心测量设备的自身质心位置，xd,yd为所述货舱的自身质心位置，Lz为X轴上相邻所述支点之间的距离，Lh为Y轴上相邻所述支点之间的距离。
3.根据权利要求1所述的重心测量设备，其特征在于，所述质心计算模块包括：
放大器，所述放大器连接多个所述称重传感器，用于放大所述称重传感器采集的电信号；
模数转换器，所述模数转换器连接所述放大器，用于将放大的所述电信号生成对应的力值数据；
计算单元，所述计算单元连接所述模数转换器，用于根据所述力值数据计算出所述货舱的质心位置；
显示单元，所述显示单元连接所述计算单元，用于显示所述货舱的质心位置。
4.根据权利要求3所述的重心测量设备，其特征在于，所述质心计算模块还包括：
传输单元，所述传输单元连接所述模数转换器和所述计算单元，用于将所述力值数据以有线或无线方式传输至所述计算单元。
5.根据权利要求1所述的重心测量设备，其特征在于，所述对接工装包括两个连接导轨，两个所述连接导轨设置在所述载重平台的两端，用于插入至无人机的货舱导轨，所述连接导轨上设有多个定位销，用于固定货舱的舱轮。
6.根据权利要求1所述的重心测量设备，其特征在于，所述升降组件包括：
升降台、底座和升降臂，所述升降台和底座通过升降臂连接；
所述升降臂连接液压油缸，所述液压油缸连接液压升降踏板。
7.根据权利要求6所述的重心测量设备，其特征在于，所述底座为框架结构，所述底座的梁架上连接有加强板，多个所述地脚螺栓贯穿所述加强板用于固定所述升降组件。
8.根据权利要求7所述的重心测量设备，其特征在于，所述加强板上设有吊耳和设备箱。
9.根据权利要求6所述的重心测量设备，其特征在于，所述底座的底部设有万向轮和定向轮，所述万向轮上设有万向轮侧刹。
10.根据权利要求6所述的重心测量设备，其特征在于，所述调平组件包括：
水平仪，所述水平仪设置在所述载重平台上；
关节轴承连杆，所述关节轴承连杆设置在所述载重平台的中部，所述关节轴承连杆的一端固定连接所述升降台，另一端转动连接所述载重平台；
多个螺纹调节连杆，多个所述螺纹调节连杆设置在所述关节轴承连杆的周围，多个所述螺纹调节连杆的一端连接所述升降台，另一端连接所述载重平台，用于对所述载重平台水平调节。
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