CN114441096B - 一种无人机重心测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种无人机重心测量装置及方法，包括吊挂转接、第一吊绳、第二吊绳、第三吊绳、第四吊绳、垂绳、测量单元和计算单元；通过三根吊绳将吊挂转接与无人机连接，利用起吊装置吊起无人机，通过测量单元获取垂绳的第二端分别至第一、第二、第三吊绳的第一水平距离，然后用第四根吊绳替换三根吊绳中的任意一根，以改变该吊绳的长度，之后起吊装置再次吊起无人机，通过测量单元获取垂绳的第二端分别至第一、第二、第三吊绳的第二水平距离，计算单元根据三个第一水平距离、三个第二水平距离、无人机的三个预设吊点位置、垂绳的长度和四根吊绳的长度获取无人机实际重心的位置。本发明能够解决现有技术无法便捷且准确的测量无人机重心的问题。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机重心测量装置及方法。
背景技术
小型无人机特别是火箭助推发射式无人机对于无人机全机重心位置有着严格的要求，不合适的重心位置会导致无人机发射过程中出现较大干扰力矩，甚至导致发射失败。因此，在无人机出厂和执行任务前，需对全机重心位置进行确定。
现有技术中，无人机重心的测量分工厂级测量和外场级测量。
工厂级测量通常采用高精度称重台，使用大型基座保证测量的精度和稳定性，相关专利如《一种无人机重量重心测量装置》和《小型无人机重量重心测量装置及测量方法》。采用该种测量方式测量精度较高，缺点是需要平整地面并且测量装置移动困难。
外场级测量通常采用吊推力线的方式，采用专用工装连接于助推器接口，通过柔性钢丝绳吊起整机后，确定推力线是否通过全机重心，相关专利如《无人机重心与推力线偏差测量装置及方法》。采用该测量方法可以在外场快速获得全机重心与推力线的关系，缺点是无法获取实际重心位置，不利于设备安装位置调整，并且无法获取无人机含助推器的重心，不利于飞行安全。而且助推器接口通常位于机身下部，吊推力线需要将整机翻转，操作过程复杂且有一定危险性。
发明内容
本发明提供了一种无人机重心测量装置及方法，能够解决现有的重心测量装置和方法无法便捷且准确的测量无人机重心的技术问题。
根据本发明的一方面，提供了一种无人机重心测量装置，所述装置包括吊挂转接、第一吊绳、第二吊绳、第三吊绳、第四吊绳、垂绳、测量单元和计算单元；
所述吊挂转接的上部具有与起吊装置相连的吊钩，下部具有四个连接端口，第一连接端口位于无人机滚转轴的正上方，第二连接端口和第三连接端口分别位于无人机滚转轴正上方的两侧，且所述第二连接端口中心和第三连接端口中心的连线与无人机滚转轴垂直，第一、第二、第三连接端口中心的连线组成三角形，第四连接端口位于所述三角形内，且位于所述吊挂转接形心的正下方；
所述第一吊绳的两端均设有连接端口，所述第一吊绳一端的连接端口与所述第一连接端口相连，另一端的连接端口与所述无人机第一预设吊点相连；
所述第二吊绳的两端均设有连接端口，所述第二吊绳一端的连接端口与所述第二连接端口相连，另一端的连接端口与所述无人机第二预设吊点相连；
所述第三吊绳的两端均设有连接端口，所述第三吊绳一端的连接端口与所述第三连接端口相连，另一端的连接端口与所述无人机第三预设吊点相连；
所述垂绳的第一端设有连接端口，且与所述第四连接端口相连，第二端与测量单元相连；
所述第四吊绳的两端均设有连接端口，所述第四吊绳用于替换第一、第二或第三吊绳中的任意一根，所述第四吊绳的长度与所述第一、第二、第三吊绳中被替换的吊绳的长度不相等；
在起吊装置第一次通过所述吊挂转接吊起无人机的情况下，所述测量单元用于获取所述垂绳的第二端分别至第一、第二、第三吊绳的第一水平距离；
在所述第四吊绳替换第一、第二、第三吊绳中的任意一根之后，且起吊装置第二次吊起无人机的情况下，所述测量单元用于获取所述垂绳的第二端分别至未被替换两根吊绳和第四吊绳的第二水平距离；
所述计算单元用于根据三个所述第一水平距离、三个所述第二水平距离、所述垂绳的长度、无人机的第一、第二、第三预设吊点的位置和第一、第二、第三、第四吊绳的长度获取无人机实际重心的位置。
优选的，所述计算单元用于根据三个所述第一水平距离、三个所述第二水平距离、所述垂绳的长度、无人机的第一、第二、第三预设吊点的位置和第一、第二、第三、第四吊绳的长度获取无人机实际重心的位置包括：
所述计算单元用于根据三个所述第一水平距离和所述垂绳的长度获取所述垂绳分别与第一、第二、第三吊绳的第一夹角；
所述计算单元还用于根据无人机的第一、第二、第三预设吊点的位置和第一、第二、第三吊绳的长度获取所述吊挂转接的第一形心位置；
所述计算单元还用于根据三个所述第一夹角和所述第一形心位置解算出经过无人机实际重心的第一直线解析式；
所述计算单元还用于根据三个所述第二水平距离和所述垂绳的长度获取所述垂绳分别与未被替换两根吊绳和第四吊绳的第二夹角；
所述计算单元还用于根据无人机的第一、第二、第三预设吊点的位置和未被替换两根吊绳与第四吊绳的长度获取所述吊挂转接的第二形心位置；
所述计算单元还用于根据三个所述第二夹角和所述第二形心位置解算出经过无人机实际重心的第二直线解析式；
所述计算单元还用于根据所述第一直线解析式和所述第二直线解析式获取无人机实际重心的位置。
优选的，所述无人机的第一、第二、第三预设吊点中心的连线组成的三角形与所述吊挂转接的第一、第二、第三连接端口中心的连线组成的三角形相似。
优选的，所述第二吊绳的长度与第三吊绳的长度相等。
优选的，通过下式确定所述第一吊绳的长度范围：
通过下式确定所述第二吊绳和所述第三吊绳的长度：
或
在第四吊绳替换第一吊绳的情况下，通过下式确定第四吊绳的长度范围：
1.07Lq≤Lr≤1.20Lq；
在第四吊绳替换第二吊绳或第三吊绳的情况下，通过下式确定第四吊绳的长度范围：
1.05Lz≤Lr≤1.10Lz；
式中，L重1为无人机的理论重心与第一预设吊点之间的距离，L重2为无人机的理论重心与第二预设吊点之间的距离，L重3为无人机的理论重心与第三预设吊点之间的距离，Lq为第一吊绳的长度，Ly为第二吊绳的长度，Lz为第三吊绳的长度，Lr为第四吊绳的长度。
优选的，所述测量单元为测量尺，所述测量尺的一侧为带有长度刻度的长直杆，另一侧为重量配平块，所述测量尺的重心位于所述垂绳的连接端口的正下方。
优选的，所述第一、第二、第三、第四吊绳均为柔性钢丝绳，所述垂绳为软质细绳。
根据本发明的又一方面，提供了一种无人机重心测量方法，所述方法包括：
根据无人机的理论重心的位置与无人机的第一、第二、第三预设吊点的位置确定第一、第二、第三吊绳的长度；
将第一吊绳两端的连接端口分别与吊挂转接的第一连接端口和无人机的第一预设吊点相连，将第二吊绳两端的连接端口分别与吊挂转接的第二连接端口和无人机的第二预设吊点相连，将第三吊绳两端的连接端口分别与吊挂转接的第三连接端口和无人机的第三预设吊点相连，将吊挂转接的吊钩与起吊装置相连；
将垂绳的第一端的连接端口与吊挂转接的第四连接端口相连，第二端与测量单元相连；
在起吊装置通过吊挂转接吊起无人机的情况下，测量单元获取垂绳的第二端分别至第一、第二、第三吊绳的第一水平距离；
用第四吊绳替换第一、第二、第三吊绳中的任意一根之后，且起吊装置通过吊挂转接再次吊起无人机的情况下，测量单元获取垂绳的第二端分别至未被替换两根吊绳和第四吊绳的第二水平距离；
计算单元根据三个第一水平距离、三个第二水平距离、垂绳的长度、无人机的第一、第二、第三预设吊点的位置和第一、第二、第三、第四吊绳的长度获取无人机实际重心的位置；
其中，第一连接端口位于无人机滚转轴的正上方，第二连接端口和第三连接端口分别位于无人机滚转轴正上方的两侧，且第二连接端口中心和第三连接端口中心的连线与无人机滚转轴垂直，第一、第二、第三连接端口中心的连线组成三角形，第四连接端口位于三角形内，且位于吊挂转接形心的正下方，第四吊绳的长度与第一、第二、第三吊绳中被替换的吊绳的长度不相等。
优选的，计算单元根据三个第一水平距离、三个第二水平距离、垂绳的长度、无人机的第一、第二、第三预设吊点的位置和第一、第二、第三、第四吊绳的长度获取无人机实际重心的位置包括：
计算单元根据三个第一水平距离和垂绳的长度获取垂绳分别与第一、第二、第三吊绳的第一夹角；
计算单元根据无人机的第一、第二、第三预设吊点的位置和第一、第二、第三吊绳的长度获取吊挂转接的第一形心位置；
计算单元根据三个第一夹角和第一形心位置解算出经过无人机实际重心的第一直线解析式；
计算单元根据三个第二水平距离和垂绳的长度获取垂绳分别与未被替换两根吊绳和第四吊绳的第二夹角；
计算单元根据无人机的第一、第二、第三预设吊点的位置和未被替换两根吊绳与第四吊绳的长度获取吊挂转接的第二形心位置；
计算单元根据三个第二夹角和第二形心位置解算出经过无人机实际重心的第二直线解析式；
计算单元根据第一直线解析式和第二直线解析式获取无人机实际重心的位置。
优选的，根据无人机的理论重心的位置与无人机的第一、第二、第三预设吊点的位置确定第一、第二、第三吊绳的长度包括：
根据无人机的理论重心的位置与无人机的第一、第二、第三预设吊点的位置确定第一吊绳长度的取值范围；
在第一吊绳长度的取值范围内任选一个值，并根据选定的第一吊绳的长度值确定第二吊绳和第三吊绳的长度。
应用本发明的技术方案，采用吊绳和垂绳设计进行重心测量，减小了测量装置的运输收纳空间和重量，便于携带，同时在测量过程中的附加重量小，提高了测量重心的精度；通过用第四根吊绳替换三根吊绳中的任意一根，以改变该吊绳的长度，并测量替换前后垂绳的第二端分别至测量过程中使用的三根吊绳的水平距离，并基于前后两次测量的水平距离获取无人机实际重心的位置，无需整机翻转测量，提高了测量过程的安全性和便捷性，同时提高了测量速度。本发明的测量装置和方法使用范围广，能够应用于各种类型和尺寸的无人机。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明的一种实施例提供的无人机重心测量装置的结构示意图；
图2示出了根据本发明的一种实施例提供的无人机重心测量装置使用替换吊绳后的结构示意图；
图3示出了根据本发明的一种实施例提供的无人机重心测量方法的流程图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
1、吊挂转接； 2、第一吊绳； 3、第二吊绳； 4、第三吊绳；
5、垂绳； 6、测量单元； 7、无人机； 8、第四吊绳。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图1示出了根据本发明的一种实施例提供的无人机重心测量装置的结构示意图。图2示出了根据本发明的一种实施例提供的无人机重心测量装置使用替换吊绳后的结构示意图。
如图1和图2所示，本发明提供了一种无人机重心测量装置，所述装置包括吊挂转接1、第一吊绳2、第二吊绳3、第三吊绳4、第四吊绳8、垂绳5、测量单元6和计算单元；
所述吊挂转接1的上部具有与起吊装置相连的吊钩，下部具有四个连接端口，第一连接端口位于无人机7滚转轴的正上方，第二连接端口和第三连接端口分别位于无人机7滚转轴正上方的两侧，且所述第二连接端口中心和第三连接端口中心的连线与无人机7滚转轴垂直，第一、第二、第三连接端口中心的连线组成三角形，第四连接端口位于所述三角形内，且位于所述吊挂转接1形心的正下方；
所述第一吊绳2的两端均设有连接端口，所述第一吊绳2一端的连接端口与所述第一连接端口相连，另一端的连接端口与所述无人机7第一预设吊点相连；
所述第二吊绳3的两端均设有连接端口，所述第二吊绳3一端的连接端口与所述第二连接端口相连，另一端的连接端口与所述无人机7第二预设吊点相连；
所述第三吊绳4的两端均设有连接端口，所述第三吊绳4一端的连接端口与所述第三连接端口相连，另一端的连接端口与所述无人机7第三预设吊点相连；
所述垂绳5的第一端设有连接端口，且与所述第四连接端口相连，第二端与测量单元6相连；
所述第四吊绳8的两端均设有连接端口，所述第四吊绳8用于替换第一、第二或第三吊绳(2，3，4)中的任意一根，所述第四吊绳8的长度与所述第一、第二、第三吊绳(2，3，4)中被替换的吊绳的长度不相等；
在起吊装置第一次通过所述吊挂转接1吊起无人机7的情况下，所述测量单元6用于获取所述垂绳5的第二端分别至第一、第二、第三吊绳(2，3，4)的第一水平距离；
在所述第四吊绳8替换第一、第二、第三吊绳(2，3，4)中的任意一根之后，且起吊装置第二次吊起无人机7的情况下，所述测量单元6用于获取所述垂绳5的第二端分别至未被替换两根吊绳和第四吊绳8的第二水平距离；
所述计算单元用于根据三个所述第一水平距离、三个所述第二水平距离、所述垂绳5的长度、无人机7的第一、第二、第三预设吊点的位置和第一、第二、第三、第四吊绳(2，3，4，8)的长度获取无人机7实际重心的位置。
应用本发明的技术方案，采用吊绳和垂绳设计进行重心测量，减小了测量装置的运输收纳空间和重量，便于携带，同时在测量过程中的附加重量小，提高了测量重心的精度；通过用第四根吊绳替换三根吊绳中的任意一根，以改变该吊绳的长度，并测量替换前后垂绳的第二端分别至测量过程中使用的三根吊绳的水平距离，并基于前后两次测量的水平距离获取无人机实际重心的位置，无需整机翻转测量，提高了测量过程的安全性和便捷性，同时提高了测量速度。本发明的测量装置和方法使用范围广，能够应用于各种类型和尺寸的无人机。
根据本发明的一种实施例，所述计算单元用于根据三个所述第一水平距离、三个所述第二水平距离、所述垂绳5的长度、无人机7的第一、第二、第三预设吊点的位置和第一、第二、第三、第四吊绳(2，3，4，8)的长度获取无人机7实际重心的位置包括：
所述计算单元用于根据三个所述第一水平距离和所述垂绳5的长度获取所述垂绳5分别与第一、第二、第三吊绳(2，3，4)的第一夹角；
所述计算单元还用于根据无人机7的第一、第二、第三预设吊点的位置和第一、第二、第三吊绳(2，3，4)的长度获取所述吊挂转接1的第一形心位置；
所述计算单元还用于根据三个所述第一夹角和所述第一形心位置解算出经过无人机7实际重心的第一直线解析式；
所述计算单元还用于根据三个所述第二水平距离和所述垂绳5的长度获取所述垂绳5分别与未被替换两根吊绳和第四吊绳8的第二夹角；
所述计算单元还用于根据无人机7的第一、第二、第三预设吊点的位置和未被替换两根吊绳与第四吊绳8的长度获取所述吊挂转接1的第二形心位置；
所述计算单元还用于根据三个所述第二夹角和所述第二形心位置解算出经过无人机7实际重心的第二直线解析式；
所述计算单元还用于根据所述第一直线解析式和所述第二直线解析式获取无人机7实际重心的位置。
根据本发明的一种实施例，所述无人机7的第一、第二、第三预设吊点中心的连线组成的三角形与所述吊挂转接1的第一、第二、第三连接端口中心的连线组成的三角形相似。通过这种设置，可以提高本测量装置的测量精度。
在本发明中，所述第一、第二、第三吊绳(2，3，4)的长度根据所述无人机7的理论重心的位置与所述无人机7的第一、第二、第三预设吊点的位置确定，从而得到与待测量重心的无人机相匹配的第一、第二、第三吊绳(2，3，4)的长度。此时，当第一、第二、第三吊绳(2，3，4)全部张紧后，吊挂转接1形心的垂向投影与无人机7理论重心重合，从而提高本测量装置的测量精度。
其中，第四吊绳8用于替换第一、第二、第三吊绳(2，3，4)中的任意一根，且第四吊绳8的长度与选定替换的目标吊绳的长度不相等。第四吊绳8的长度取值范围根据选定替换的目标吊绳的长度确定，以满足未被替换的两根吊绳和第四吊绳8全部张紧后，无人机7绕某一转轴的转动角度范围为10°～30°，从而提高本测量装置的测量精度。
根据本发明的一种实施例，所述第二吊绳3的长度与第三吊绳4的长度相等。
根据本发明的一种实施例，通过下式确定所述第一吊绳2的长度范围：
通过下式确定所述第二吊绳3和所述第三吊绳4的长度：
或
在第四吊绳8替换第一吊绳2的情况下，通过下式确定第四吊绳8的长度范围：
1.07Lq≤Lr≤1.20Lq；
在第四吊绳8替换第二吊绳3或第三吊绳4的情况下，通过下式确定第四吊绳8的长度范围：
1.05Lz≤Lr≤1.10Lz；
式中，L重1为无人机的理论重心与第一预设吊点之间的距离，L重2为无人机的理论重心与第二预设吊点之间的距离，L重3为无人机的理论重心与第三预设吊点之间的距离，Lq为第一吊绳的长度，Ly为第二吊绳的长度，Lz为第三吊绳的长度，Lr为第四吊绳的长度。
通过上述设置，使测量装置的测量精度达到最佳。
根据本发明的一种实施例，所述测量单元6为测量尺，所述测量尺的一侧为带有长度刻度的长直杆，另一侧为重量配平块，所述测量尺的重心位于所述垂绳5的连接端口的正下方。当测量尺安装稳定后，带有长度刻度的长直杆的上表面为水平状态。
根据本发明的一种实施例，所述第一、第二、第三、第四吊绳(2，3，4，8)均为柔性钢丝绳，所述垂绳5为软质细绳。通过这种设置，确保第一、第二、第三、第四吊绳(2，3，4，8)能够承受无人机的重量且不影响无人机的重心位置，同时垂绳5沿重力方向自然下垂。
在本发明中，无人机7的第一预设吊点位于无人机7滚转轴上的机头侧或机尾侧，无人机7的第二预设吊点位于无人机7一侧机翼或机身上，无人机7的第三预设吊点位于无人机7另一侧机翼或机身上。
其中，起吊装置可采用起重机。
下面以常规布局固定翼无人机为例，对本发明的测量装置进行具体说明。
在本实施例中，无人机7的机长为4.1m，机身直径为0.4m，翼展为1.6m，整机重量为200kg，在机身前体、左翼尖和右翼尖各设置1个吊点。吊挂转接1的上部具有与起重机相连的吊钩，该吊钩与吊挂转接1的连接点位于吊挂转接1形心正上方；吊挂转接1的下部具有四个连接端口，第一、第二、第三连接端口的位置与无人机7的三个吊点的位置相匹配，以确保第一、第二、第三连接端口中心的连线组成三角形与无人机7的三个吊点组成的三角形相似。第四连接端口位于第一、第二、第三连接端口中心的连线组成的三角形内，且位于吊挂转接1形心的正下方。
第一吊绳2的两端均设有连接端口，第一吊绳2上端的连接端口与第一连接端口相连，下端的连接端口与无人机7的机身前体吊点相连，第一吊绳2的长度为1.45m。第二吊绳3的两端均设有连接端口，第二吊绳3上端的连接端口与第二连接端口相连，下端的连接端口与无人机7的右翼尖吊点相连，第二吊绳3的长度为1.65m。第三吊绳4的两端均设有连接端口，第三吊绳4上端的连接端口与第三连接端口相连，下端的连接端口与无人机7的左翼尖吊点相连，第三吊绳4的长度为1.65m。在三根吊绳全部张紧后，吊挂转接1的垂向投影通过无人机7的理论重心。
垂绳5的上端设有连接端口，且与第四连接端口相连，下端设有连接端口，且与测量尺相连，垂绳5的长度为0.8m。该测量尺用于测量垂绳5的下端点至第一、第二、第三吊绳(2，3，4)的水平距离，其一侧为带有长度刻度的长直杆，另一侧为重量配平块，其重心位于垂绳5的正下方，使得测量尺安装稳定后上表面为水平状态，其长度刻度零点位于垂绳下端连接端口的中心处，本实施例中，长度刻度总长为800mm。
第四吊绳8的两端均设有连接端口，用于替换第一、第二或第三吊绳(2，3，4)中的任意一根。在本实施例中，第四吊绳8的长度为1.8m，且用于替换第一吊绳2。替换后，在第二吊绳3、第三吊绳4和第四吊绳8全部张紧后，无人机绕俯仰轴旋转15°。
在本实施例中，该测量装置还包括拉力传感器，该拉力传感器与吊钩相连，用于获取无人机7的重量。
本发明的测量装置的有益效果如下：
(1)本装置组成简单，重量轻，采用柔性绳设计，运输收纳空间小，便于携带。
(2)本装置的测量过程简便，无需整机翻转测量，安全性好。
(3)本装置可直接获取无人重心位置，且测量速度快，方便进行无人机重心调整。
(4)本装置附加重量小，测量整机重心精度高。
(5)本装置使用范围广，适用各种类型、尺寸的无人机。
图3示出了根据本发明的一种实施例提供的无人机重心测量方法的流程图。
如图3所示，本发明提供了一种无人机重心测量方法，所述方法包括：
S10、根据无人机7的理论重心的位置与无人机7的第一、第二、第三预设吊点的位置确定第一、第二、第三吊绳(2，3，4)的长度；
S20、将第一吊绳2两端的连接端口分别与吊挂转接1的第一连接端口和无人机7的第一预设吊点相连，将第二吊绳3两端的连接端口分别与吊挂转接1的第二连接端口和无人机7的第二预设吊点相连，将第三吊绳4两端的连接端口分别与吊挂转接1的第三连接端口和无人机7的第三预设吊点相连，将吊挂转接1的吊钩与起吊装置相连；
S30、将垂绳5的第一端的连接端口与吊挂转接1的第四连接端口相连，第二端与测量单元6相连；
S40、在起吊装置通过吊挂转接1吊起无人机7的情况下，测量单元6获取垂绳5的第二端分别至第一、第二、第三吊绳(2，3，4)的第一水平距离；
S50、用第四吊绳8替换第一、第二、第三吊绳(2，3，4)中的任意一根之后，且起吊装置通过吊挂转接1再次吊起无人机7的情况下，测量单元6获取垂绳5的第二端分别至未被替换两根吊绳和第四吊绳8的第二水平距离；
S60、计算单元根据三个第一水平距离、三个第二水平距离、垂绳5的长度、无人机7的第一、第二、第三预设吊点的位置和第一、第二、第三、第四吊绳(2，3，4，8)的长度获取无人机7实际重心的位置；
其中，第一连接端口位于无人机(7)滚转轴的正上方，第二连接端口和第三连接端口分别位于无人机(7)滚转轴正上方的两侧，且第二连接端口中心和第三连接端口中心的连线与无人机(7)滚转轴垂直，第一、第二、第三连接端口中心的连线组成三角形，第四连接端口位于三角形内，且位于吊挂转接(1)形心的正下方，第四吊绳(8)的长度与第一、第二、第三吊绳(2，3，4)中被替换的吊绳的长度不相等。
应用本发明的技术方案，采用吊绳和垂绳设计进行重心测量，减小了测量装置的运输收纳空间和重量，便于携带，同时在测量过程中的附加重量小，提高了测量重心的精度；通过用第四根吊绳替换三根吊绳中的任意一根，以改变该吊绳的长度，并测量替换前后垂绳的第二端分别至测量过程中使用的三根吊绳的水平距离，并基于前后两次测量的水平距离获取无人机实际重心的位置，无需整机翻转测量，提高了测量过程的安全性和便捷性，同时提高了测量速度。本发明的测量装置和方法使用范围广，能够应用于各种类型和尺寸的无人机。
根据本发明的一种实施例，计算单元根据三个第一水平距离、三个第二水平距离、垂绳5的长度、无人机7的第一、第二、第三预设吊点的位置和第一、第二、第三、第四吊绳(2，3，4，8)的长度获取无人机7实际重心的位置包括：
S61、计算单元根据三个第一水平距离和垂绳5的长度获取垂绳5分别与第一、第二、第三吊绳(2，3，4)的第一夹角；
S62、计算单元根据无人机7的第一、第二、第三预设吊点的位置和第一、第二、第三吊绳(2，3，4)的长度获取吊挂转接1的第一形心位置；
S63、计算单元根据三个第一夹角和第一形心位置解算出经过无人机7实际重心的第一直线解析式；
S64、计算单元根据三个第二水平距离和垂绳5的长度获取垂绳5分别与未被替换两根吊绳和第四吊绳8的第二夹角；
S65、计算单元根据无人机7的第一、第二、第三预设吊点的位置和未被替换两根吊绳与第四吊绳8的长度获取吊挂转接1的第二形心位置；
S66、计算单元根据三个第二夹角和第二形心位置解算出经过无人机7实际重心的第二直线解析式；
S67、计算单元根据第一直线解析式和第二直线解析式获取无人机7实际重心的位置。
根据本发明的一种实施例，根据无人机7的理论重心的位置与无人机7的第一、第二、第三预设吊点的位置确定第一、第二、第三吊绳(2，3，4)的长度包括：
S11、根据无人机7的理论重心的位置与无人机7的第一、第二、第三预设吊点的位置确定第一吊绳2长度的取值范围；
S12、在第一吊绳2长度的取值范围内任选一个值，并根据选定的第一吊绳2的长度值确定第二吊绳3和第三吊绳4的长度。
其中，通过下式确定所述第一吊绳2的长度范围：
其中，通过下式确定所述第二吊绳3和所述第三吊绳4的长度：
或
在第四吊绳8替换第一吊绳2的情况下，通过下式确定第四吊绳8的长度范围：
1.07Lq≤Lr≤1.20Lq；
在第四吊绳8替换第二吊绳3或第三吊绳4的情况下，通过下式确定第四吊绳8的长度范围：
1.05Lz≤Lr≤1.10Lz；
式中，L重1为无人机的理论重心与第一预设吊点之间的距离，L重2为无人机的理论重心与第二预设吊点之间的距离，L重3为无人机的理论重心与第三预设吊点之间的距离，Lq为第一吊绳的长度，Ly为第二吊绳的长度，Lz为第三吊绳的长度，Lr为第四吊绳的长度。
下面以常规布局固定翼无人机为例，对本发明的测量方法进行具体说明。
本实施例中，在机身前体、左翼尖和右翼尖各设置1个吊点。
本实施例提供的一种无人机重心测量方法包括如下步骤：
S1、根据无人机7的理论重心的位置与无人机7的三个吊点的位置确定第一、第二、第三吊绳(2，3，4)的长度分别为Lq、Ly、Lz；
S2、将第一吊绳2两端的连接端口分别与吊挂转接1的第一连接端口和无人机7的机身前体吊点相连，将第二吊绳3两端的连接端口分别与吊挂转接1的第二连接端口和无人机7的右翼尖吊点相连，将第三吊绳4两端的连接端口分别与吊挂转接1的第三连接端口和无人机7的左翼尖吊点相连，将吊挂转接1的吊钩与起吊装置相连；
S3、将垂绳5的上端的连接端口与吊挂转接1的第四连接端口相连，下端的连接端口与测量尺相连，其中垂绳5的长度为0.8m；
S4、在起重机将无人机7吊起离开无人机托架的情况下，测量尺获取垂绳5的下端分别至第一、第二、第三吊绳(2，3，4)的第一水平距离，分别记为L1、L2、L3，随后将无人机7放置于托架上；
S5、用第四吊绳8替换第一吊绳2后，在起重机将无人机7再次吊起离开无人机托架的情况下，测量尺获取垂绳5的下端分别至第二、第三、第四吊绳(3，4，8)的第二水平距离，分别记为L4、L5、L6，随后将无人机7放置于托架上，完成测量过程，其中第四吊绳8的长度为1.8m；
S6、计算单元根据三个第一水平距离、三个第二水平距离、垂绳5的长度、无人机7的三个吊点的位置和第一、第二、第三、第四吊绳(2，3，4，8)的长度获取无人机7实际重心的位置。
其中，S6包括如下步骤：
S6-1、在机体坐标系下，已知无人机7上三个吊点坐标分别为(Xd1,Yd1,Zd1)、(Xd2,Yd2,Zd2)、(Xd3,Yd3,Zd3)，第一、第二、第三吊绳(2，3，4)的长度分别为Lq、Ly、Lz，可获得第一次吊起无人机7时吊挂转接1形心坐标(Xdg1,Ydg1,Zdg1)；
S6-2、已知垂绳5的长度为Lc，垂绳5的下端至第一、第二、第三吊绳(2，3，4)的第一水平距离分别为L1、L2、L3，可获取垂绳5与三根吊绳的夹角分别为α1、β1、γ1，进而利用计算单元得到在机体坐标系下过实际重心的直线S1的解析式；
S6-3、在机体坐标系下，已知无人机7上三个吊点坐标分别为(Xd1,Yd1,Zd1)、(Xd2,Yd2,Zd2)、(Xd3,Yd3,Zd3)，第二、第三、第四吊绳(3，4，8)的长度分别为Ly、Lz、Lr，可获得第二次吊起无人机7时吊挂转接1形心坐标(Xdg2,Ydg2,Zdg2)；
S6-4、已知垂绳5的长度Lc，垂绳5的下端至第二、第三、第四吊绳(3，4，8)的第二水平距离分别为L4、L5、L6，可获取垂绳5与三根吊绳的夹角分别为α2、β2、γ2，进而利用计算单元得到在机体坐标系下过实际重心的直线S2的解析式；
S6-5、根据获得的机体坐标系下过实际重心的直线S1和直线S2的解析式，从而获得无人机实际重心坐标(Xg,Yg,Zg)。
本发明的测量方法的有益效果如下：
(1)本方法采用柔性绳设计，运输收纳空间小，便于携带。
(2)本方法的测量过程简便，无需整机翻转测量，安全性好。
(3)本方法可直接获取无人重心位置，且测量速度快，方便进行无人机重心调整。
(4)本方法附加重量小，测量整机重心精度高。
(5)本方法使用范围广，适用各种类型、尺寸的无人机。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种无人机重心测量装置，其特征在于，所述装置包括吊挂转接(1)、第一吊绳(2)、第二吊绳(3)、第三吊绳(4)、第四吊绳(8)、垂绳(5)、测量单元(6)和计算单元；
所述吊挂转接(1)的上部具有与起吊装置相连的吊钩，下部具有四个连接端口，第一连接端口位于无人机(7)滚转轴的正上方，第二连接端口和第三连接端口分别位于无人机(7)滚转轴正上方的两侧，且所述第二连接端口中心和第三连接端口中心的连线与无人机(7)滚转轴垂直，第一、第二、第三连接端口中心的连线组成三角形，第四连接端口位于所述三角形内，且位于所述吊挂转接(1)形心的正下方；
所述第一吊绳(2)的两端均设有连接端口，所述第一吊绳(2)一端的连接端口与所述第一连接端口相连，另一端的连接端口与所述无人机(7)第一预设吊点相连；
所述第二吊绳(3)的两端均设有连接端口，所述第二吊绳(3)一端的连接端口与所述第二连接端口相连，另一端的连接端口与所述无人机(7)第二预设吊点相连；
所述第三吊绳(4)的两端均设有连接端口，所述第三吊绳(4)一端的连接端口与所述第三连接端口相连，另一端的连接端口与所述无人机(7)第三预设吊点相连；
所述垂绳(5)的第一端设有连接端口，且与所述第四连接端口相连，第二端与测量单元(6)相连；
所述第四吊绳(8)的两端均设有连接端口，所述第四吊绳(8)用于替换第一、第二或第三吊绳(2，3，4)中的任意一根，所述第四吊绳(8)的长度与所述第一、第二、第三吊绳(2，3，4)中被替换的吊绳的长度不相等；
在起吊装置第一次通过所述吊挂转接(1)吊起无人机(7)的情况下，所述测量单元(6)用于获取所述垂绳(5)的第二端分别至第一、第二、第三吊绳(2，3，4)的第一水平距离；
在所述第四吊绳(8)替换第一、第二、第三吊绳(2，3，4)中的任意一根之后，且起吊装置第二次吊起无人机(7)的情况下，所述测量单元(6)用于获取所述垂绳(5)的第二端分别至未被替换两根吊绳和第四吊绳(8)的第二水平距离；
所述计算单元用于根据三个所述第一水平距离、三个所述第二水平距离、所述垂绳(5)的长度、无人机(7)的第一、第二、第三预设吊点的位置和第一、第二、第三、第四吊绳(2，3，4，8)的长度获取无人机(7)实际重心的位置，所述计算单元用于根据三个所述第一水平距离、三个所述第二水平距离、所述垂绳(5)的长度、无人机(7)的第一、第二、第三预设吊点的位置和第一、第二、第三、第四吊绳(2，3，4，8)的长度获取无人机(7)实际重心的位置包括：
所述计算单元用于根据三个所述第一水平距离和所述垂绳(5)的长度获取所述垂绳(5)分别与第一、第二、第三吊绳(2，3，4)的第一夹角；
所述计算单元还用于根据无人机(7)的第一、第二、第三预设吊点的位置和第一、第二、第三吊绳(2，3，4)的长度获取所述吊挂转接(1)的第一形心位置；
所述计算单元还用于根据三个所述第一夹角和所述第一形心位置解算出经过无人机(7)实际重心的第一直线解析式；
所述计算单元还用于根据三个所述第二水平距离和所述垂绳(5)的长度获取所述垂绳(5)分别与未被替换两根吊绳和第四吊绳(8)的第二夹角；
所述计算单元还用于根据无人机(7)的第一、第二、第三预设吊点的位置和未被替换两根吊绳与第四吊绳(8)的长度获取所述吊挂转接(1)的第二形心位置；
所述计算单元还用于根据三个所述第二夹角和所述第二形心位置解算出经过无人机(7)实际重心的第二直线解析式；
所述计算单元还用于根据所述第一直线解析式和所述第二直线解析式获取无人机(7)实际重心的位置。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述无人机(7)的第一、第二、第三预设吊点中心的连线组成的三角形与所述吊挂转接(1)的第一、第二、第三连接端口中心的连线组成的三角形相似。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二吊绳(3)的长度与第三吊绳(4)的长度相等。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，通过下式确定所述第一吊绳(2)的长度范围：
通过下式确定所述第二吊绳(3)和所述第三吊绳(4)的长度：或在第四吊绳(8)替换第一吊绳(2)的情况下，通过下式确定第四吊绳(8)的长度范围：
1.07Lq≤Lr≤1.20Lq；
在第四吊绳(8)替换第二吊绳(3)或第三吊绳(4)的情况下，通过下式确定第四吊绳(8)的长度范围：
1.05Lz≤Lr≤1.10Lz；
式中，L重1为无人机的理论重心与第一预设吊点之间的距离，L重2为无人机的理论重心与第二预设吊点之间的距离，L重3为无人机的理论重心与第三预设吊点之间的距离，Lq为第一吊绳的长度，Ly为第二吊绳的长度，Lz为第三吊绳的长度，Lr为第四吊绳的长度。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测量单元(6)为测量尺，所述测量尺的一侧为带有长度刻度的长直杆，另一侧为重量配平块，所述测量尺的重心位于所述垂绳(5)的连接端口的正下方。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一、第二、第三、第四吊绳(2，3，4，8)均为柔性钢丝绳，所述垂绳(5)为软质细绳。
7.一种无人机重心测量方法，其特征在于，所述方法包括：
根据无人机(7)的理论重心的位置与无人机(7)的第一、第二、第三预设吊点的位置确定第一、第二、第三吊绳(2，3，4)的长度；
将第一吊绳(2)两端的连接端口分别与吊挂转接(1)的第一连接端口和无人机(7)的第一预设吊点相连，将第二吊绳(3)两端的连接端口分别与吊挂转接(1)的第二连接端口和无人机(7)的第二预设吊点相连，将第三吊绳(4)两端的连接端口分别与吊挂转接(1)的第三连接端口和无人机(7)的第三预设吊点相连，将吊挂转接(1)的吊钩与起吊装置相连；
将垂绳(5)的第一端的连接端口与吊挂转接(1)的第四连接端口相连，第二端与测量单元(6)相连；
在起吊装置通过吊挂转接(1)吊起无人机(7)的情况下，测量单元(6)获取垂绳(5)的第二端分别至第一、第二、第三吊绳(2，3，4)的第一水平距离；用第四吊绳(8)替换第一、第二、第三吊绳(2，3，4)中的任意一根之后，且起吊装置通过吊挂转接(1)再次吊起无人机(7)的情况下，测量单元(6)获取垂绳(5)的第二端分别至未被替换两根吊绳和第四吊绳(8)的第二水平距离；
计算单元根据三个第一水平距离、三个第二水平距离、垂绳(5)的长度、无人机(7)的第一、第二、第三预设吊点的位置和第一、第二、第三、第四吊绳(2，3，4，8)的长度获取无人机(7)实际重心的位置；
其中，第一连接端口位于无人机(7)滚转轴的正上方，第二连接端口和第三连接端口分别位于无人机(7)滚转轴正上方的两侧，且第二连接端口中心和第三连接端口中心的连线与无人机(7)滚转轴垂直，第一、第二、第三连接端口中心的连线组成三角形，第四连接端口位于三角形内，且位于吊挂转接(1)形心的正下方，第四吊绳(8)的长度与第一、第二、第三吊绳(2，3，4)中被替换的吊绳的长度不相等；
计算单元根据三个第一水平距离、三个第二水平距离、垂绳(5)的长度、无人机(7)的第一、第二、第三预设吊点的位置和第一、第二、第三、第四吊绳(2，3，4，8)的长度获取无人机(7)实际重心的位置包括：
计算单元根据三个第一水平距离和垂绳(5)的长度获取垂绳(5)分别与第一、第二、第三吊绳(2，3，4)的第一夹角；
计算单元根据无人机(7)的第一、第二、第三预设吊点的位置和第一、第二、第三吊绳(2，3，4)的长度获取吊挂转接(1)的第一形心位置；
计算单元根据三个第一夹角和第一形心位置解算出经过无人机(7)实际重心的第一直线解析式；
计算单元根据三个第二水平距离和垂绳(5)的长度获取垂绳(5)分别与未被替换两根吊绳和第四吊绳(8)的第二夹角；
计算单元根据无人机(7)的第一、第二、第三预设吊点的位置和未被替换两根吊绳与第四吊绳(8)的长度获取吊挂转接(1)的第二形心位置；
计算单元根据三个第二夹角和第二形心位置解算出经过无人机(7)实际重心的第二直线解析式；
计算单元根据第一直线解析式和第二直线解析式获取无人机(7)实际重心的位置。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据无人机(7)的理论重心的位置与无人机(7)的第一、第二、第三预设吊点的位置确定第一、第二、第三吊绳(2，3，4)的长度包括：
根据无人机(7)的理论重心的位置与无人机(7)的第一、第二、第三预设吊点的位置确定第一吊绳(2)长度的取值范围；
在第一吊绳(2)长度的取值范围内任选一个值，并根据选定的第一吊绳(2)的长度值确定第二吊绳(3)和第三吊绳(4)的长度。
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