一种用于多旋翼无人机的性能评估及参数整定平台的制作方法

1.本发明涉及无人机测试技术领域，具体为一种用于多旋翼无人机的性能评估及参数整定平台。


背景技术：

2.多旋翼无人机，是一种具有三个及以上旋翼轴的特殊的无人驾驶直升机。其通过每个轴上的电动机转动，带动旋翼，从而产生升推力，旋翼的总距固定，而不像一般直升机那样可变，通过改变不同旋翼之间的相对转速，可以改变单轴推进力的大小，从而控制飞行器的运行轨迹，操控性强，可垂直起降和悬停，主要适用于低空、低速、有垂直起降和悬停要求的任务类型。
3.随着无人机技术的快速发展和产品的普及，各应用领域对无人机平台的各方面性能均提出了较高的要求，特别是在使用不同的飞控算法，或者是搭载不同的测量载荷等情况下，都需要对无人机的性能及控制参数进行精确的测试、调节，然而，现有的无人机测试往往过度依赖飞手，通过飞手的感性认识进而对无人机的性能进行评价并改进控制参数；这种方式费时费力，效率低，还容易造成无人机的损坏，甚至对人身安全造成威胁，因此，在无人机产品调试测试阶段，十分有必要对无人机的极限飞行性能进行评估以及控制参数的优化。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于多旋翼无人机的性能评估及参数整定平台，具备测试方便且效率高等优点，解决了在室外进行性能测试所带来的费时费力，效率低，易造成无人机的损坏，对人身安全造成威胁的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于多旋翼无人机的参数整定平台，包括两个侧柱、多个连接柱和两个安装柱，多个所述连接柱呈水平状的通过螺栓固定在两个所述侧柱相对的一侧之间，两个所述安装柱分别通过螺栓与两个侧柱的顶端固定；其中，左侧所述侧柱的左侧通过螺栓固定有信号处理主机，两个所述安装柱相背的一侧均通过螺栓固定有安装片，左侧所述安装片的左侧通过螺栓固定有增量式编码器，两个所述安装片相对的一侧之间通过轴承座转动连接有与增量式编码器输出轴固定的支撑杆，所述支撑杆外表面的中心处通过螺栓固定有安装座，所述安装座的上表面通过螺栓固定有六维力矩传感器。
6.进一步，两个所述安装柱之间设置有用以对支撑杆旋转角度进行限位的限位件，所述限位件包括分别通过螺栓固定在两个安装柱相对一侧的限位支架，所述支撑杆外表面的左右两侧均通过螺栓固定有面向限位支架方向的限位套。
7.进一步，所述两个侧柱、多个连接柱和两个安装柱均为铝柱，所述支撑杆为碳纤维杆，所述六维力矩传感器的上表面开设有固定孔，所述六维力矩传感器通过固定孔和螺栓可拆卸固定有多旋翼无人机。
8.本发明又提出一种参数整定平台的多旋翼无人机的性能评估方法，包括权任一项所述的用于多旋翼无人机的参数整定平台，包括以下步骤：s1首先多旋翼无人机通过螺栓固定在六维力矩传感器上；s2经过增量式编码器的运行，来带着支撑杆进行转动，进一步带着多旋翼无人机进行转动，且对多旋翼无人机的旋转角度进行测量；s3多旋翼无人机经六维力矩传感器进行移动，六维力矩传感器测量多旋翼无人机三轴的力和力矩；s4在增量式编码器和六维力矩传感器对多旋翼无人机测量的过程中，信号处理主机采集增量式编码器的脉冲信号和六维力矩传感器的电压信号，并基于此两类信号对无人机的性能进行评估和实时的参数优化整定。
9.进一步，所述信号处理主机基于arm内核的低成本数据采集器，可以通过无线或有线的方式与无人机飞控系统进行通讯交互。
10.进一步，所述增量式编码器是常见的速度测量传感器，能够实时测量单位时间内机构的旋转角度，增量式编码器的脉冲信号通过有线的方式接入信号处理主机。
11.进一步，所述六维力矩传感器用于测量相对其本体三轴的力和力矩，输出为电压模拟信号，该电压信号通过有线的形式接入信号处理主机，信号处理主机通过放大、滤波、采样，进而获取准确的力和力矩值。
12.进一步，所述支撑杆旋转的过程中，利用轴承座进行支撑，实现多旋翼无人机绕支撑杆进行旋转，所述支撑杆旋转的过程中，带着限位套进行旋转，且利用限位支架对限位套进行限位，进一步对多旋翼无人机的旋转角度进行限位。
13.进一步，所述无人机飞控系统中包括两类电信号，分别为增量式编码器的脉冲信号和六维力矩传感器输出的电压信号；两种信号均有信号处理主机进行处理，所述信号处理主机嵌入多种软硬件模块，包括累加器、运算放大器、速度观测器、滤波器、融合滤波算法等前级处理功能，也包括优化参数策略和性能评估策略的智能算法。
14.进一步，通过对增量式编码器及六维力矩传感器的信号进行处理，得到相应条件下无人机的优化控制参数以及评估无人机性能的关键参数，优化控制参数主要是无人机的姿态控制参数，涵盖姿态角度控制参数和角速度控制参数；多旋翼无人机性能参数包括最大起飞重量、最大横滚角速率、最大俯仰角速率以及最大偏航角速率。
15.与现有技术相比，本技术的技术方案具备以下有益效果：该用于多旋翼无人机的性能评估及参数整定平台，能够对无人机的最大起飞拉力、最大转矩、动作耦合力矩、最大角速度等关键性能参数进行测量评估，并对姿态环路的控制参数进行优化整定，平台结构简单可靠，整个平台采用螺栓连接，且拆装方便，可高效地完成无人机的性能评估及参数整定，因此在测试的过程中十分方便，且效率相对较高，不仅不易造成无人机的损坏，同时给人身安全也提供了保证，也不需要过度依赖飞手，且不要通过飞手的感性认识进而对无人机的性能进行评价并改进控制参数，平台能够对无人机飞行姿态进行高效性能测试，具有测试精度高、结构简单、拆装方便等特点，能够有效保证无人机测试的安全性、可靠性。
附图说明
16.图1为本发明结构示意图；图2为本发明无人机飞控系统功能处理流程示意图；图3为本发明平台技术效果示意图。
17.图中：1侧柱、2连接柱、3安装柱、4信号处理主机、5安装片、6增量式编码器、7支撑杆、8安装座、9六维力矩传感器、10限位件。
具体实施方式
18.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。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
19.请参阅图1-3，本实施例中的一种用于多旋翼无人机的参数整定平台，包括两个侧柱1、多个连接柱2和两个安装柱3，多个连接柱2呈水平状的通过螺栓固定在两个侧柱1相对的一侧之间，两个安装柱3分别通过螺栓与两个侧柱1的顶端固定。
20.其中，左侧侧柱1的左侧通过螺栓固定有信号处理主机4，两个安装柱3相背的一侧均通过螺栓固定有安装片5，左侧安装片5的左侧通过螺栓固定有增量式编码器6，增量式编码器6是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小，按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类，两个安装片5相对的一侧之间通过轴承座转动连接有与增量式编码器6输出轴固定的支撑杆7，支撑杆7外表面的中心处通过螺栓固定有安装座8，安装座8的上表面通过螺栓固定有六维力矩传感器9。
21.两个安装柱3之间设置有用以对支撑杆7旋转角度进行限位的限位件10，限位件10包括分别通过螺栓固定在两个安装柱3相对一侧的限位支架，支撑杆7外表面的左右两侧均通过螺栓固定有面向限位支架方向的限位套。
22.其中，两个侧柱1、多个连接柱2和两个安装柱3均为铝柱，支撑杆7为碳纤维杆，碳纤维指的是含碳量在90%以上的高强度高模量纤维，具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性，六维力矩传感器9的上表面开设有固定孔，六维力矩传感器9通过固定孔和螺栓可拆卸固定有多旋翼无人机，因此整个平台采用螺栓进行连接，可便于组装和拆卸。
23.本实施中的，限位套的外周壁垂直固定有限位片，且当限位片随着限位套进行转动的时候，会与限位支架接触，且向前或者向后转动可分别与限位支架的前后两侧接触，因此来对限位套以及支撑杆7的旋转角度进行了限位，进一步对多旋翼无人机的旋转角度进行限位。
24.本发明又提出一种参数整定平台的多旋翼无人机的性能评估方法，包括任一项用于多旋翼无人机的参数整定平台，包括以下步骤：s1首先多旋翼无人机通过螺栓固定在六维力矩传感器9上；s2经过增量式编码器6的运行，来带着支撑杆7进行转动，进一步带着多旋翼无人机进行转动，且对多旋翼无人机的旋转角度进行测量；s3多旋翼无人机经六维力矩传感器9进行移动，六维力矩传感器9测量多旋翼无人机三轴的力和力矩；
s4在增量式编码器6和六维力矩传感器9对多旋翼无人机测量的过程中，信号处理主机4采集增量式编码器6的脉冲信号和六维力矩传感器9的电压信号，并基于此两类信号对无人机的性能进行评估和实时的参数优化整定。
25.其中，信号处理主机4基于arm内核的低成本数据采集器，可以通过无线或有线的方式与无人机飞控系统进行通讯交互。
26.其中，增量式编码器6是常见的速度测量传感器，能够实时测量单位时间内机构的旋转角度，增量式编码器6的脉冲信号通过有线的方式接入信号处理主机4。
27.其中，六维力矩传感器9用于测量相对其本体三轴的力和力矩，输出为电压模拟信号，该电压信号通过有线的形式接入信号处理主机，信号处理主机4通过放大、滤波、采样，进而获取准确的力和力矩值。
28.其中，在支撑杆7旋转的过程中，利用轴承座进行支撑，实现多旋翼无人机绕支撑杆7进行旋转，支撑杆7旋转的过程中，带着限位套进行旋转，且利用限位支架对限位套进行限位，进一步对多旋翼无人机的旋转角度进行限位。
29.其中，无人机飞控系统中包括两类电信号，分别为增量式编码器6的脉冲信号和六维力矩传感器9输出的电压信号；两种信号均有信号处理主机4进行处理，信号处理主机4嵌入多种软硬件模块，包括累加器、运算放大器、速度观测器、滤波器、融合滤波算法等前级处理功能，也包括优化参数策略和性能评估策略的智能算法。
30.软硬件模块具体功能具体如下：累加器：是一种寄存器，用来储存计算产生的中间结果，如果没有像累加器这样的寄存器，那么在每次计算(加法，乘法，移位等等)后就必须要把结果写回到内存，也许马上就得读回来。
31.运算放大器：是具有很高放大倍数的电路单元，在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块，它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器。
32.速度观测器：由带孔或缺口的回盘、光源和光电管组成，圆盘随被测轴旋转时，光线只能通过带孔或缺口照射到光电管上，光电管被照射时，其反向电阻很低，于是输出一个电脉冲信号，光源被圆盘遮住时，光电管反向电阻很大，输出端就没有信号输出，这样，根据圆盘上的孔数或缺口数，即可测出被测轴的转速，被测轴每转一周时，光电变换器便可输出60个脉冲信号，若取电子计数器的时基信号为1s，则可直接读出被测轴转速。
33.滤波器：可以对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号，或消除一个特定频率后的电源信号。
34.其中，通过对增量式编码器6及六维力矩传感器9的信号进行处理，得到相应条件下无人机的优化控制参数以及评估无人机性能的关键参数，优化控制参数主要是无人机的姿态控制参数，涵盖姿态角度控制参数和角速度控制参数；多旋翼无人机性能参数包括最大起飞重量、最大横滚角速率、最大俯仰角速率以及最大偏航角速率。
35.需要说明的是，本案平台通过测量固连无人机的运行数据，输出相应条件下无人机的最优控制参数，并给出无人机的性能评估指标，平台能够对无人机飞行姿态进行高效性能测试，具有测试精度高、结构简单、拆装方便等特点，能够有效保证无人机测试的安全性、可靠性。
36.上述实施例的有益效果为：能够对无人机的最大起飞拉力、最大转矩、动作耦合力
矩、最大角速度等关键性能参数进行测量评估，并对姿态环路的控制参数进行优化整定，平台结构简单可靠，整个平台采用螺栓连接，且拆装方便，可高效地完成无人机的性能评估及参数整定，因此在测试的过程中十分方便，且效率相对较高，不仅不易造成无人机的损坏，同时给人身安全也提供了保证，也不需要过度依赖飞手，且不要通过飞手的感性认识进而对无人机的性能进行评价并改进控制参数。
37.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
38.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种用于多旋翼无人机的参数整定平台，包括两个侧柱（1）、多个连接柱（2）和两个安装柱（3），其特征在于：多个所述连接柱（2）呈水平状的通过螺栓固定在两个所述侧柱（1）相对的一侧之间，两个所述安装柱（3）分别通过螺栓与两个侧柱（1）的顶端固定；其中，左侧所述侧柱（1）的左侧通过螺栓固定有信号处理主机（4），两个所述安装柱（3）相背的一侧均通过螺栓固定有安装片（5），左侧所述安装片（5）的左侧通过螺栓固定有增量式编码器（6），两个所述安装片（5）相对的一侧之间通过轴承座转动连接有与增量式编码器（6）输出轴固定的支撑杆（7），所述支撑杆（7）外表面的中心处通过螺栓固定有安装座（8），所述安装座（8）的上表面通过螺栓固定有六维力矩传感器（9）。2.根据权利要求1所述的一种用于多旋翼无人机的参数整定平台，其特征在于：两个所述安装柱（3）之间设置有用以对支撑杆（7）旋转角度进行限位的限位件（10），所述限位件（10）包括分别通过螺栓固定在两个安装柱（3）相对一侧的限位支架，所述支撑杆（7）外表面的左右两侧均通过螺栓固定有面向限位支架方向的限位套。3.根据权利要求1所述的一种用于多旋翼无人机的参数整定平台，其特征在于：所述两个侧柱（1）、多个连接柱（2）和两个安装柱（3）均为铝柱，所述支撑杆（7）为碳纤维杆，所述六维力矩传感器（9）的上表面开设有固定孔，所述六维力矩传感器（9）通过固定孔和螺栓可拆卸固定有多旋翼无人机。4.一种参数整定平台的多旋翼无人机的性能评估方法，包括权利要求1-3中任一项所述的用于多旋翼无人机的参数整定平台，其特征在于，包括以下步骤：s1首先多旋翼无人机通过螺栓固定在六维力矩传感器（9）上；s2经过增量式编码器（6）的运行，来带着支撑杆（7）进行转动，进一步带着多旋翼无人机进行转动，且对多旋翼无人机的旋转角度进行测量；s3多旋翼无人机经六维力矩传感器（9）进行移动，六维力矩传感器（9）测量多旋翼无人机三轴的力和力矩；s4在增量式编码器（6）和六维力矩传感器（9）对多旋翼无人机测量的过程中，信号处理主机（4）采集增量式编码器（6）的脉冲信号和六维力矩传感器（9）的电压信号，并基于此两类信号对无人机的性能进行评估和实时的参数优化整定。5.根据权利要求4所述的一种参数整定平台的多旋翼无人机的性能评估方法，其特征在于：所述信号处理主机（4）基于arm内核的低成本数据采集器，可以通过无线或有线的方式与无人机飞控系统进行通讯交互。6.根据权利要求4所述的一种参数整定平台的多旋翼无人机的性能评估方法，其特征在于：所述增量式编码器（6）是常见的速度测量传感器，能够实时测量单位时间内机构的旋转角度，增量式编码器（6）的脉冲信号通过有线的方式接入信号处理主机（4）。7.根据权利要求4所述的一种参数整定平台的多旋翼无人机的性能评估方法，其特征在于：所述六维力矩传感器（9）用于测量相对其本体三轴的力和力矩，输出为电压模拟信号，该电压信号通过有线的形式接入信号处理主机（4），信号处理主机（4）通过放大、滤波、采样，进而获取准确的力和力矩值。8.根据权利要求4所述的一种参数整定平台的多旋翼无人机的性能评估方法，其特征在于：所述支撑杆（7）旋转的过程中，利用轴承座进行支撑，实现多旋翼无人机绕支撑杆（7）进行旋转，所述支撑杆（7）旋转的过程中，带着限位套进行旋转，且利用限位支架对限位套
进行限位，进一步对多旋翼无人机的旋转角度进行限位。9.根据权利要求5所述的一种参数整定平台的多旋翼无人机的性能评估方法，其特征在于：所述无人机飞控系统中包括两类电信号，分别为增量式编码器（6）的脉冲信号和六维力矩传感器（9）输出的电压信号；两种信号均有信号处理主机（4）进行处理，所述信号处理主机（4）嵌入多种软硬件模块，包括累加器、运算放大器、速度观测器、滤波器、融合滤波算法前级处理功能，也包括优化参数策略和性能评估策略的智能算法。10.根据权利要求9所述的一种参数整定平台的多旋翼无人机的性能评估方法，其特征在于：通过对增量式编码器（6）及六维力矩传感器（9）的信号进行处理，得到相应条件下无人机的优化控制参数以及评估无人机性能的关键参数，优化控制参数主要是无人机的姿态控制参数，涵盖姿态角度控制参数和角速度控制参数；多旋翼无人机性能参数包括最大起飞重量、最大横滚角速率、最大俯仰角速率以及最大偏航角速率。

技术总结
本发明涉及一种用于多旋翼无人机的参数整定平台，包括两个侧柱、多个连接柱和两个安装柱，多个所述连接柱呈水平状的通过螺栓固定在两个所述侧柱相对的一侧之间，两个所述安装柱分别通过螺栓与两个侧柱的顶端固定。该用于多旋翼无人机的性能评估及参数整定平台，能够对无人机的最大起飞拉力、最大转矩、动作耦合力矩、最大角速度等关键性能参数进行测量评估，并对姿态环路的控制参数进行优化整定，平台结构简单可靠，整个平台采用螺栓连接，且拆装方便，可高效地完成无人机的性能评估及参数整定，因此在测试的过程中十分方便，且效率相对较高，不仅不易造成无人机的损坏，同时给人身安全也提供了保证，也不需要过度依赖飞手。也不需要过度依赖飞手。也不需要过度依赖飞手。


技术研发人员：刘小龙 李果 鄢立夏 郑高飞 闫伟光 韩志学 贾志涛
受保护的技术使用者：常州丰飞智控科技有限公司
技术研发日：2023.02.20
技术公布日：2023/4/28