CN114459681A - 重心测量装置及测量无人机重心的方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种重心测量装置及测量无人机重心的方法。重心测量装置包括：平台称；支架，可移动的设置于平台称上，支架包括底板、支撑板和顶板，支撑板的一端连接底板，支撑板的另一端连接顶板；支撑块，设置于顶板的上表面；顶针，可上下移动的设置于支撑块上；铅锤，悬挂在顶板上，支架处于水平状态时，铅锤的底端对准底板的中心。本申请的重心测量装置结构简单，对使用场地的平整度要求不高，而且测量精准。

Description

重心测量装置及测量无人机重心的方法

技术领域

本申请涉及无人机检测领域，尤其涉及一种重心测量装置及测量无人机重心的方法。

背景技术

在无人机的飞控设计、飞机性能设计的过程中，需要精准的无人机重心的数据，其对于无人机飞行控制和安全性有十分关键的作用。目前的无人机重心测量装置存在一些问题，例如：结构精密，对使用场地和环境要求高；重量和体积很大，不易携带，准备操作耗时长；大部分称重装置是专用装置，不具备普遍适用性；一般只能测量X轴与Y轴重心位置，Z轴重心位置不容易测得。

发明内容

基于上述问题，本申请提供了一种重心测量装置及测量无人机重心的方法，重心测量装置结构简单，使用方便。

本申请的一个实施例提供一种重心测量装置，包括：平台称；支架，可移动的设置于所述平台称上，所述支架包括底板、支撑板和顶板，所述支撑板的一端连接所述底板，所述支撑板的另一端连接所述顶板；支撑块，设置于所述顶板的上表面；顶针，可上下移动的设置于所述支撑块上；铅锤，悬挂在所述顶板上，所述支架处于水平状态时，所述铅锤的底端对准所述底板的中心。

根据本申请的一些实施例，所述支架的顶板上设置有水平仪。

根据本申请的一些实施例，所述支架的底板的上表面设置有以所述底板的中心为圆心的多个同心圆。

根据本申请的一些实施例，所述顶针与所述支撑块螺纹连接。

根据本申请的一些实施例，所述平台称包括：平台部，用于称重；多个可调节高度的支腿，设置于所述平台部的下方。

本申请的一个实施例提供一种利用如上所述的重心测量装置测量无人机重心的方法，无人机包括n个重量检测点，3≤n≤6，所述方法包括：将n个所述平台秤分别设置在无人机的重量检测点的下方；将所述支架放置在所述平台秤上，调整所述支架至水平状态；将所述无人机放置在所述顶针上，调整所述顶针使所述无人机处于水平状态；建立坐标系，确定n个所述顶针的尖端在所述坐标系中的坐标；根据n个所述平台秤所称的无人机的重量值和n个所述顶针的坐标确定所述无人机的重心。

根据本申请的一些实施例，所述建立坐标系，确定n个所述顶针的尖端在所述坐标系中的坐标包括：以设计无人机时的机身坐标原点为所述坐标系的原点；确定n个所述支架的底板的中心在X方向和Y方向的坐标分别为(a1，b1)、(a2，b2)……(an，bn)，所述支架的高度为L，n个所述支架的底板的中心至对应所述顶针的距离分别为d1、d2、……dn，n个所述铅锤对应的所述底板上的点在X方向和Y方向的坐标分别为(e1，f1)、(e2，f2)、……(en，fn)，所述无人机的最低点与所述平台秤顶面的高度距离为Δz；n个所述顶针的尖端的坐标(xi，yi，zi)为：

xi＝(ei-ai)/L×di+ai

yi＝(fi-bi)/L×di+bi

zi＝sin(arccos((ei-ai)/L)°)×di-Δz，其中，1≤i≤n。

根据本申请的一些实施例，根据n个所述平台秤所称的无人机的重量值和n个所述顶针的坐标确定所述无人机的重心包括：确定n个所述平台秤所称的无人机的重量值分别为W1、W2、……Wn；所述无人机的重心的坐标(X,Y,Z)为：

X＝(W1×x1+W2×x2+……Wn×xn)/(W1+W2+……Wn)

Y＝(W1×y1+W2×y2+……Wn×yn)/(W1+W2+……Wn)

Z＝(W1×z1+W2×z2+……Wn×zn)/(W1+W2+……Wn)。

根据本申请的一些实施例，所述支架的顶板上设置有水平仪时，所述调整所述支架至水平状态包括：通过所述水平仪确定所述支架是否处于水平状态。

本申请的重心测量装置结构简单，对使用场地的平整度要求不高，而且测量精准；使用的重心测量装置的数量可以需求选择，使用前仅需要进行调平操作，准备时间短；能够准确测量无人机重心在Z轴的位置。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本申请要求保护的范围。

图1是本申请实施例重心测量装置的示意图；

图2是本申请实施例重心测量装置的俯视图；

图3是本申请实施例平台秤的示意图；

图4是本申请实施例顶针的示意图；

图5是本申请实施例铅锤的示意图；

图6是本申请实施例重心测量装置支撑无人机的示意图；

图7是本申请实施例计算重心时测量数据的示意图。

具体实施方式

下面结合本申请实施例中的附图，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1和图2所示，本实施例提供一种重心测量装置100，用于测量无人机的重心位置。重心测量装置100包括平台称1、支架2、支撑块3、顶针4和铅锤5。

如图3所示，平台秤1可使用已有的电子秤，平台秤1能够实时显示平台秤上物体的重量。平台秤1包括平台部11和多个支腿12，支腿12的高度可调节。平台部11用于称重。可选地，支腿12选用已有的可调节高度的支腿。本实施例中，多个支腿12分别设置在平台部底面的四个角，为平台秤1提供稳定的支撑。支腿12配合，可用于平台秤1的调平。

支架2设置在平台称1上，支架2与平台称1为分体结构，使用时将支架2放置在平台称1上，不使用时可将支架2搬离平台称1。

支架2包括底板21、支撑板22和顶板23。支撑板22的一端连接底板21，支撑板22的另一端连接顶板23，支撑板22对顶板23起到支撑作用。本实施例中的底板21和顶板23均为圆形，底板21和顶板23采用厚度较薄的板材，对无人机的重心进行计算时，可将底板21和顶板23简化为平面。以底板21为例，将底板21简化为平面后，底板21的上表面中心和下表面中心重合，作为底板21的中心。支撑板22的数量可以为多个，多个支撑板22绕支架2的轴线圆周均布。

支撑块3固定设置在顶板23的上表面，本实施例中，支撑块3的轴线与支架2的轴线共线。可选地，支撑块3的形状为圆台状。

如图4所示，顶针4可上下移动的设置于支撑块3上。使用时，通过顶针4对无人机提供支撑，顶针4的位置上下可调节，便于顶针4支撑无人机。

如图5所示，铅锤5通过吊绳悬挂在顶板23的中心位置，支架2处于水平状态时，铅锤52的底端对准底板21的中心。

如图6所示，无人机200上设有多个重量检测点，通常重量检测点的数量为3个以上。每个重量检测点的下方设置一个重心测量装置100，通过多个重心测量装置100的配合，实现无人机200重心的测量。

根据本申请一种可选的技术方案，支架2的顶板23的上表面上设置有水平仪24。可选地，水平仪24为水泡式水平仪。测量人员能够通过水平仪24确定支架2是否处于水平状态。将支架2放置在平台称1上后，如果支架2没有处于水平状态，可通过对支腿12进行调节使得支架2处于水平状态。支架2处于水平状态下，铅锤52的底端对准底板21的中心。

根据本申请一种可选的技术方案，支架2的底板21的上表面设置有以底板21的中心为圆心的多个同心圆。在底板22的上表面设置多个同心圆，如果支架发生倾斜，便于测量人员知晓支架2倾斜的程度。

根据本申请一种可选的技术方案，顶针4与支撑块3螺纹连接。顶针4上设有螺杆，支撑块3的上表面设有与螺杆适配的螺纹孔。通过转动顶针4。可调整顶针4的尖端相对底板21中心的高度。

如图7所示，图7中的虚线表示无人机。发明人发现支架2的底板21为圆形，通过多个重心测量装置100的配合测量无人机200重心时，无人机200放置在顶针4上后，多个重心测量装置100的顶端均会向外侧有略微的倾斜。多个重心测量装置100的倾斜程度用眼睛几乎无法观察出来，但会影响无人机重心的测量精度。

本实施例提供一种利用如上的重心测量装置100测量无人机200的重心的方法。无人机200包括n个重量检测点，3≤n≤6。重量检测点为设计无人机时预设的用于检测无人机重量的位置。如图6所示，无人机包括4个重量检测点。

测量无人机200的重心的方法包括步骤：

S1、将n个平台秤1分别设置在无人机的重量检测点的下方。

每个无人机的重量检测点的下方均对应的设置一个重心测量装置，首先需将重心测量装置的平台秤1放置在重量检测点的下方。可选地，通过对支腿12进行调节，使得平台秤1大致处于水平状态。

S2、将支架放置在平台秤上，调整支架至水平状态。

将支架2放置在对应的平台秤1上，通过调整支腿12，使得支架2处于水平状态。将支架2上的顶针4调整至最低高度。

可选地，支架的顶板23上设置有水平仪24时，通过水平仪24确定支架2是否处于水平状态。

S3、将无人机200放置在顶针4上，顶针4支撑无人机200的重量检测点，调整顶针4的高度使无人机200处于水平状态。无人机200是否处于水平状态，可通过已有方法进行检测。

S4、建立坐标系，确定n个顶针4的尖端在坐标系中的坐标。

可选地，将设计无人机时的机身坐标原点为坐标系的原点。根据需要也可建立其他的坐标系。

S5、根据n个平台秤所称的无人机的重量值和n个顶针的坐标确定无人机的重心。

可选地，步骤S4包括：

S41、将设计无人机时的机身坐标原点为坐标系的原点。其中，与无人机的轴线平行的水平方向为X方向，与无人机的轴线垂直的水平方向为Y方向，竖直方向为Z方向。

S42、确定n个支架的底板的中心在X方向和Y方向的坐标分别为(a1，b1)、(a2，b2)……(an，bn)，支架的高度为L，n个支架的底板的中心至对应顶针的距离分别为d1、d2、……dn，n个铅锤对应的底板上的点在X方向和Y方向的坐标分别为(e1，f1)、(e2，f2)、……(en，fn)，无人机的最低点与平台秤顶面的高度距离为Δz。上述的数值均可通过已仪器进行测量。

将支架2的底板21和23简化为平面，本实施例的无人机包括4个重量检测点，确定4个支架的底板的中心在X方向和Y方向的坐标分别为(a1，b1)、(a2，b2)、(a3，b3)、(a4，b4)，

支架的高度为L，

4个支架的底板的中心至对应顶针的距离分别为d1、d2、d3、d4，

4个铅锤对应的底板上的点在X方向和Y方向的坐标分别为(e1，f1)、(e2，f2)、(e3，f3)、(e4，f4)，

无人机的最低点与平台秤顶面的高度距离为Δz。

S3、n个顶针的尖端的坐标(xi，yi，zi)为：

xi＝(ei-ai)/L×di+ai

yi＝(fi-bi)/L×di+bi

zi＝sin(arccos((ei-ai)/L)°)×di-Δz，其中，1≤i≤n。

本实施例中，第一个顶针的尖端的坐标(x1，y1，z1)为：

X1＝(e1-a1)/L×d1+a1

Y1＝(f1-b1)/L×d1+b1

Z1＝sin(arccos((ei-ai)/L)°)×d1-Δz，

重复上述的计算，得出其余三个顶针的尖端的坐标(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)和(x4，y4，z4)。

可选地，根据n个平台秤所称的重量值和n个顶针的坐标确定无人机的中心包括：确定n个平台秤所称的重量值分别为W1、W2、……Wn；无人机的重心的坐标(X,Y,Z)为：

X＝(W1×x1+W2×x2+……Wn×xn)/(W1+W2+……Wn)

Y＝(W1×y1+W2×y2+……Wn×yn)/(W1+W2+……Wn)

Z＝(W1×z1+W2×z2+……Wn×zn)/(W1+W2+……Wn)。

本实施例中，确定4个平台秤所称的重量值分别为W1、W2、W3、W4，无人机的重心的坐标(X,Y,Z)为：

X＝(W1×x1+W2×x2+W3×x3+W4×x4)/(W1+W2+W3+W4)

Y＝(W1×y1+W2×y2+W3×y3+W4×y4)/(W1+W2+W3+W4)

Z＝(W1×z1+W2×z2+W3×z3+W4×z4)/(W1+W2+W3+W4)。

本申请的重心测量装置结构简单，对使用场地的平整度要求不高，而且测量精准；平台秤与支架为分体式，根据不同的需求，可以选择不同数量进行组合，方便携带，使用前仅需要进行调平操作，准备时间很短；采用顶针接触的方式，大部分型面均可以作为支撑点，具备普遍适用性。

以上对本申请实施例进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想。因此，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (9)

1.一种重心测量装置，其特征在于，包括：

平台称；

支架，可移动的设置于所述平台称上，所述支架包括底板、支撑板和顶板，所述支撑板的一端连接所述底板，所述支撑板的另一端连接所述顶板；

支撑块，设置于所述顶板的上表面；

顶针，可上下移动的设置于所述支撑块上；

铅锤，悬挂在所述顶板上，所述支架处于水平状态时，所述铅锤的底端对准所述底板的中心。

2.根据权利要求1所述的重心测量装置，其特征在于，所述支架的顶板上设置有水平仪。

3.根据权利要求1所述的重心测量装置，其特征在于，所述支架的底板的上表面设置有以所述底板的中心为圆心的多个同心圆。

4.根据权利要求1所述的重心测量装置，其特征在于，所述顶针与所述支撑块螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的重心测量装置，其特征在于，所述平台称包括：

平台部，用于称重；

多个可调节高度的支腿，设置于所述平台部的下方。

6.一种利用权利要求1～5任一项所述的重心测量装置测量无人机重心的方法，无人机包括n个重量检测点，3≤n≤6，其特征在于，所述方法包括：

将n个所述平台秤分别设置在所述无人机的重量检测点的下方；

将所述支架放置在所述平台秤上，调整所述支架至水平状态；

将所述无人机放置在所述顶针上，调整所述顶针使所述无人机处于水平状态；

建立坐标系，确定n个所述顶针的尖端在所述坐标系中的坐标；

根据n个所述平台秤所称的无人机的重量值和n个所述顶针的坐标确定所述无人机的重心。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述建立坐标系，确定n个所述顶针的尖端在所述坐标系中的坐标包括：

以设计无人机时的机身坐标原点为所述坐标系的原点；

确定n个所述支架的底板的中心在X方向和Y方向的坐标分别为(a1，b1)、(a2，b2)……(an，bn)，所述支架的高度为L，n个所述支架的底板的中心至对应所述顶针的距离分别为d1、d2、……dn，n个所述铅锤对应的所述底板上的点在X方向和Y方向的坐标分别为(e1，f1)、(e2，f2)、……(en，fn)，所述无人机的最低点与所述平台秤顶面的高度距离为Δz；

n个所述顶针的尖端的坐标(xi，yi，zi)为：

xi＝(ei-ai)/L×di+ai

yi＝(fi-bi)/L×di+bi

zi＝sin(arccos((ei-ai)/L)°)×di-Δz，其中，1≤i≤n。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据n个所述平台秤所称的无人机的重量值和n个所述顶针的坐标确定所述无人机的重心包括：

确定n个所述平台秤所称的无人机的重量值分别为W1、W2、……Wn；

所述无人机的重心的坐标(X,Y,Z)为：

X＝(W1×x1+W2×x2+……Wn×xn)/(W1+W2+……Wn)

Y＝(W1×y1+W2×y2+……Wn×yn)/(W1+W2+……Wn)

Z＝(W1×z1+W2×z2+……Wn×zn)/(W1+W2+……Wn)。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述支架的顶板上设置有水平仪时，所述调整所述支架至水平状态包括：通过所述水平仪确定所述支架是否处于水平状态。

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