申请/专利权人：南京航空航天大学

申请日：2018-11-14

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN109387329B

主分类号：G01M1/12

分类号：G01M1/12

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2019.03.22#实质审查的生效;2019.02.26#公开

摘要：本发明公开了一种小型无人机重量重心测量装置及其测量方法，所述测量装置包括对称设置的上支架，下支架，所述上支架上固定一个用于标记无人机的位置坐标的刻度板，所述上支架和所述下支架分别包括多个顶点，所述上支架的多个顶点和所述下支架的多个顶点之间通过多个支柱连接，所述上支架的多个顶点分别安装多个压力传感器，其中一个支柱为电动推拉杆。该小型无人机重量重心测量装置及测量方法，能够准确测量无人机的坐标位置，得出无人机的重量重心，减少人为误差；可倾斜台面的设计能够有效得出测量无人机的Z轴坐标，实用效果强。

主权项：1.一种小型无人机重量重心的测量装置的测量方法，所述测量装置包括对称设置的上支架，下支架，所述上支架上固定一个用于标记无人机的位置坐标的刻度板，所述上支架和所述下支架分别包括多个顶点，所述上支架的多个顶点和所述下支架的多个顶点之间通过多个支柱连接，所述上支架的多个顶点分别安装多个压力传感器，其中一个支柱为电动推拉杆；所述电动推拉杆的伸缩运动能够控制刻度板与水平面之间的倾斜角度其特征在于，所述测量装置包括第一压力传感器，第二压力传感器，第三压力传感器，所述第三压力传感器与电动推拉杆连接，所述方法包括：以第三传感器为坐标原点建立空间直角坐标系；将无人机放在刻度板上，首次记录第一压力传感器，第三压力传感器和第二压力传感器的测量数据，测得无人机的重量w；测得无人机x轴方向重心坐标X；启动电动推拉杆使得刻度板与水平面夹角为σ；重新记录第一压力传感器，第三压力传感器和第二压力传感器的测量数据；测量无人机x轴方向重心坐标X2，将X2投影到刻度板水平平面坐标系中，得到坐标值为X22，则无人机在水平面时z轴重心位置Z为： 其中，W11为重新记录的第一压力传感器的测量数据，W33为重新记录的第二压力传感器的测量数据，x11为重新记录的第一压力传感器的x轴坐标值，x33为重新记录的第二压力传感器的x轴坐标值；其中，x1为首次记录的第一压力传感器的x轴坐标值，x3为首次记录的第二压力传感器的x轴坐标值,W1为首次记录的第一压力传感器的测量数据，W3为首次记录的第二压力传感器的测量数据；无人机y轴方向重心坐标Y为： 其中，y1为重新记录的第一压力传感器的y轴坐标值，y3为重新记录的第二压力传感器的y轴坐标值。

全文数据：小型无人机重量重心测量装置及测量方法技术领域本发明涉及重量重心测量综合实验技术领域，具体地说，涉及一种小型无人机重量重心测量装置及其测量方法。背景技术在小型无人机的飞行性能计算、飞行控制设计领域，经常需要无人机的重量、重心的数据，这些参数对于小型无人机飞行性能计算的准确性，飞行控制设计的正确性具有十分关键的作用，是必需的参数数据。目前，小型无人机的重量测量仪器比较普遍，但小型无人机重心测量仪器比较少见，小型无人机重心测量的难点在于测量精度偏低，且一般只能测量X与Y轴重心位置，Z轴重心位置不容易测得。因此，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。发明内容为解决现有技术的不足，本发明提出一种小型无人机重量重心测量装置及其测量方法，能够快速获取小型无人机的重量重心，同时减少了人为因素给测量带来的误差，并减少了测量所需要的时间，提高了小型无人机重量重心测量的准确性。为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种小型无人机重量重心测量装置，所述测量装置包括对称设置的上支架，下支架，所述上支架上固定一个用于标记无人机的位置坐标的刻度板，所述上支架和所述下支架分别包括多个顶点，所述上支架的多个顶点和所述下支架的多个顶点之间通过多个支柱连接，所述上支架的多个顶点分别安装多个压力传感器，其中一个支柱为电动推拉杆。在一个具体的实施例中，所述上支架和所述下支架为对称设置的三角架，所述上支架和所述下支架分别包括三个顶点。在一个具体的实施例中，所述上支架的三个顶点包括第一顶点、第二顶点和第三顶点，所述下支架的三个顶点包括第四顶点、第五顶点和第六顶点，所述多个支柱包括第一支柱、第二支柱和电动对拉杆，所述第一顶点和所述第四顶点通过第一支柱连接，所述第二顶点和所述第五顶点通过第二支柱连接，所述第三顶点和所述第六顶点通过电动推拉杆连接。在一个具体的实施例中，所述压力传感器包括第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器，所述第一压力传感器通过第一铰链与第一支柱连接，所述第二压力传感器通过第二铰链与第二支柱连接，所述第三压力传感器通过第三铰链与电动推拉杆连接。在一个具体的实施例中，所述电动推拉杆的下端通过活动铰链与下支架的第六顶点连接。在一个具体的实施例中，所述电动推拉杆的伸缩运动能够控制刻度板与水平面之间的倾斜角度。在一个具体的实施例中，所述电动推拉杆向上推动，带动第三压力传感器向上运动，所述刻度板与第三压力传感器连接的一端向上倾斜，使得刻度板与水平面有一定夹角。相应地，本发明还提出了一种小型无人机重量重心的测量装置的测量方法，所述测量装置包括第一压力传感器，第二压力传感器，第三压力传感器，所述第三压力传感器与电动推拉杆连接，所述方法包括：以第三传感器为坐标原点建立空间直角坐标系；将无人机放在刻度板上，首次记录第一压力传感器，第三压力传感器和第二压力传感器的测量数据，测得无人机的重量w；测得无人机x轴方向重心坐标X；启动电动推拉杆使得刻度板与水平面夹角为σ；重新记录第一压力传感器，第三压力传感器和第二压力传感器的测量数据；测量无人机x轴方向重心坐标X2，将X2投影到刻度板水平平面坐标系中，得到坐标值为X22，则无人机在水平面时z轴重心位置Z为：其中，W11为重新记录的第一压力传感器的测量数据，W33为第二压力传感器的测量数据，x11为第一压力传感器的x轴坐标值，x33为第二压力传感器的x轴坐标值；其中，x1为第一压力传感器的x轴坐标值，x3为第二压力传感器的x轴坐标值,W1为首次记录的第一压力传感器的测量数据，W3为第二压力传感器的测量数据。在一个具体的实施例中，所述无人机重量W为：W＝W1+W2+W3-W4，其中，W1为首次记录的第一压力传感器的测量数据，W2为第三压力传感器的测量数据，W3为第二压力传感器测量数据，W4为刻度板与上支架的重量和。在一个具体的实施例中，无人机y轴方向重心坐标Y为：其中，y1为第一压力传感器的y轴坐标值，y3为第三压力传感器的y轴坐标值。本发明提出的小型无人机重量重心测量装置及测量方法，能够准确测量无人机的坐标位置，得出无人机的重量重心，减少人为误差；可倾斜台面的设计能够有效得出测量无人机的Z轴坐标，实用效果强。附图说明图1为本发明小型无人机重量重心测量装置主体图；图2为本发明小型无人机重量重心测量装置压力传感器分布示意图；图3为本发明小型无人机重量重心测量装置电动推杆装置示意图。具体实施方式下面结合附图对本发明装置和方法的优选实施方式作进一步的详细描述。请参阅图1所示，一种小型无人机重量重心测量装置，该测量装置包括对称设置的上支架2，下支架4，上支架2上固定一个用于标记无人机的位置坐标的刻度板1，上支架2和下支架4分别包括多个顶点，上支架2的多个顶点和下支架4的多个顶点之间通过多个支柱连接，上支架2的多个顶点分别安装多个压力传感器，其中一个支柱为电动推拉杆3。刻度板1固定在上支架2上，下支架4安放在地面上，电动推拉杆3位于刻度板1与下支架4之间。电动推拉杆3的伸缩运动能够控制刻度板1与水平面之间的倾斜角度。刻度板1能够准确标记测量物体的位置坐标，并能方便记录重心位置坐标。在一个具体的实施例中，上支架2和下支架4为对称设置的三角架，上支架2和下支架4分别包括三个顶点。上支架2的三个顶点包括第一顶点、第二顶点和第三顶点，下支架4的三个顶点包括第四顶点、第五顶点和第六顶点，多个支柱包括第一支柱6、第二支柱5和电动推拉杆3，第一顶点和第四顶点通过第一支柱6连接，第二顶点和第五顶点通过第二支柱5连接，第三顶点和第六顶点通过电动推拉杆3连接。在一个具体的实施例中，上支架2和下支架4为铝型材搭建而成，第一支柱6，第二支柱5材料均为铝型材，其主要作用是为测量装置的各部件提供安装位置并保证装置的稳定性。在一个具体的实施例中，如图2所示，压力传感器包括第一压力传感器7、第二压力传感器12、第三压力传感器9，第一压力传感器7，第三压力传感器9和第二压力传感器12分别安装在装置的三个顶点，均与上支架2连接。第一压力传感器7通过第一铰链8与第一支柱6连接，第二压力传感器12通过第二铰链11与第二支柱5连接，第三压力传感器9通过第三铰链10与电动推拉杆3连接。可理解的是，第一压力传感器7，第三压力传感器9和第二压力传感器12能够测量各自点所受的压力值。如图3所示，在一个具体的实施例中，电动推拉杆3的下端通过活动铰链13与下支架4的第六顶点连接。电动推拉杆3向上推动，带动第三压力传感器9向上运动，刻度板1与第三压力传感器9连接的一端向上倾斜，使得刻度板1与水平面有一定夹角。本发明还提出了该小型无人机重量重心的测量装置的测量方法，该测量装置包括第一压力传感器7，第二压力传感器12，第三压力传感器9，第三压力传感器9与电动推拉杆连接3，该方法包括：以第三传感器9为坐标原点建立空间直角坐标系；将无人机放在刻度板1上，首次记录第一压力传感器7，第三压力传感器9和第二压力传感器12的测量数据，测得无人机的重量w；测得无人机x轴方向重心坐标X；启动电动推拉杆3使得刻度板1与水平面夹角为σ；重新记录第一压力传感器7，第三压力传感器9和第二压力传感器12的测量数据；测量无人机x轴方向重心坐标X2，将X2投影到刻度板水平平面坐标系中，得到坐标值为X22，则无人机在水平面时z轴重心位置Z为：其中，W11为重新记录的第一压力传感器的测量数据，W33为第二压力传感器的测量数据，x11为第一压力传感器的x轴坐标值，x33为第二压力传感器的x轴坐标值；其中，x1为第一压力传感器的x轴坐标值，x3为第二压力传感器的x轴坐标值,W1为首次记录的第一压力传感器的测量数据，W3为第二压力传感器的测量数据。可理解的是，无人机重量W为：W＝W1+W2+W3-W4，其中，W1为首次记录的第一压力传感器的测量数据，W2为第三压力传感器的测量数据，W3为第二压力传感器测量数据，W4为刻度板与上支架的重量和。无人机y轴方向重心坐标Y为：其中，y1为第一压力传感器的y轴坐标值，y3为第三压力传感器的y轴坐标值。具体来说，上述方法的具体工作原理为：首先在刻度板1上以第三压力传感器9为坐标原点建立空间直角坐标系，将无人机放在刻度板1上，则无人机重量W为：W＝W1+W2+W3-W4其中，W1为第一压力传感器7的测量数据，W2为第三压力传感器9的测量数据，W3为第二压力传感器12的测量数据，W4为刻度板1与上支架2的重量和。无人机x轴方向重心坐标X为：其中，x1为第一压力传感器7的x轴坐标值，x3为第二压力传感器12的x轴坐标值。无人机y轴方向重心坐标Y为：其中，y1为第一压力传感器7的y轴坐标值，y3为第三压力传感器12的y轴坐标值。启动电动推杆3使得刻度板1与水平面夹角为σ在刻度板1上放置一个水平仪即可测量出该角度值。此时第一压力传感器7，第三压力传感器9和第二压力传感器12测量结果发生改变，重新记录第一压力传感器7，第三压力传感器9和第二压力传感器12的测量数据。在倾斜平面上，在刻度板1上以第三压力传感器9为坐标原点建立空间直角坐标系，无人机保持原来位置不变。无人机x轴方向重心坐标X2为：其中，W11为第一压力传感器7的测量数据，W33为第二压力传感器12的测量数据，x11为第一压力传感器7的x轴坐标值，x33为第二压力传感器12的x轴坐标值。将X2投影到刻度板水平平面坐标系，此时坐标值为X22，则无人机在水平面时z轴重心位置Z为：通过以上测量装置最终获得无人机的重量重心。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

权利要求：1.一种小型无人机重量重心测量装置，其特征在于，所述测量装置包括对称设置的上支架，下支架，所述上支架上固定一个用于标记无人机的位置坐标的刻度板，所述上支架和所述下支架分别包括多个顶点，所述上支架的多个顶点和所述下支架的多个顶点之间通过多个支柱连接，所述上支架的多个顶点分别安装多个压力传感器，其中一个支柱为电动推拉杆。2.根据权利要求1所述的小型无人机重量重心测量装置，其特征在于，所述上支架和所述下支架为对称设置的三角架，所述上支架和所述下支架分别包括三个顶点。3.根据权利要求2所述的小型无人机重量重心测量装置，其特征在于，所述上支架的三个顶点包括第一顶点、第二顶点和第三顶点，所述下支架的三个顶点包括第四顶点、第五顶点和第六顶点，所述多个支柱包括第一支柱、第二支柱和电动对拉杆，所述第一顶点和所述第四顶点通过第一支柱连接，所述第二顶点和所述第五顶点通过第二支柱连接，所述第三顶点和所述第六顶点通过电动推拉杆连接。4.根据权利要求3所述的小型无人机重量重心测量装置，其特征在于，所述压力传感器包括第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器，所述第一压力传感器通过第一铰链与第一支柱连接，所述第二压力传感器通过第二铰链与第二支柱连接，所述第三压力传感器通过第三铰链与电动推拉杆连接。5.根据权利要求3所述的小型无人机重量重心测量装置，其特征在于，所述电动推拉杆的下端通过活动铰链与下支架的第六顶点连接。6.根据权利要求1所述的小型无人机重量重心测量装置，其特征在于，所述电动推拉杆的伸缩运动能够控制刻度板与水平面之间的倾斜角度。7.根据权利要求6所述的小型无人机重量重心测量装置，其特征在于，所述电动推拉杆向上推动，带动第三压力传感器向上运动，所述刻度板与第三压力传感器连接的一端向上倾斜，使得刻度板与水平面有一定夹角。8.一种如权利要求1所述的小型无人机重量重心的测量装置的测量方法，其特征在于，所述测量装置包括第一压力传感器，第二压力传感器，第三压力传感器，所述第三压力传感器与电动推拉杆连接，所述方法包括：以第三传感器为坐标原点建立空间直角坐标系；将无人机放在刻度板上，首次记录第一压力传感器，第三压力传感器和第二压力传感器的测量数据，测得无人机的重量w；测得无人机x轴方向重心坐标X；启动电动推拉杆使得刻度板与水平面夹角为σ；重新记录第一压力传感器，第三压力传感器和第二压力传感器的测量数据；测量无人机x轴方向重心坐标X2，将X2投影到刻度板水平平面坐标系中，得到坐标值为X22，则无人机在水平面时z轴重心位置Z为：其中，W11为重新记录的第一压力传感器的测量数据，W33为第二压力传感器的测量数据，x11为第一压力传感器的x轴坐标值，x33为第二压力传感器的x轴坐标值；其中，x1为第一压力传感器的x轴坐标值，x3为第二压力传感器的x轴坐标值,W1为首次记录的第一压力传感器的测量数据，W3为第二压力传感器的测量数据。9.根据权利要求8所述的测量方法，其特征在于，所述无人机重量W为：W＝W1+W2+W3-W4，其中，W1为首次记录的第一压力传感器的测量数据，W2为第三压力传感器的测量数据，W3为第二压力传感器测量数据，W4为刻度板与上支架的重量和。10.根据权利要求9所述的测量方法，其特征在于，无人机y轴方向重心坐标Y为：其中，y1为第一压力传感器的y轴坐标值，y3为第三压力传感器的y轴坐标值。

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