[发明专利]一种无人机重量重心测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种无人机重量重心测量装置，其特征在于，包括底座、悬吊架和可倾转托架，其中：

所述悬吊架包括两条平行的纵梁、以及垂直于所述纵梁的旋转轴，所述旋转轴通过转轴座与所述纵梁固定连接，所述可倾转托架与所述旋转轴连接，所述可倾转托架通过所述旋转轴实现在所述悬吊架上左右倾转，所述旋转轴的外侧安装有对所述可倾转托架的倾转角度进行测量的编码器；所述底座具有朝下且呈矩形分布设置的四根铰链，所述纵梁的两端各与一根所述铰链对应连接，每根所述铰链均安装有用于对铰链产生的拉力进行检测的拉力传感器；所述悬吊架上还设有限位销，所述限位销用于将倾转后的所述可倾转托架相对所述悬吊架固定。

2.根据权利要求1所述的无人机重量重心测量装置，其特征在于，所述纵梁上设有三角支撑架，所述转轴座固定连接在所述三角支撑架的顶部，两条所述纵梁上的所述三角支撑架相对设置并通过横向的连杆固定连接。

3.根据权利要求1所述的无人机重量重心测量装置，其特征在于，所述底座为矩形框架，其四角各竖立设有立柱，所述立柱的顶部设有横向部，每根所述立柱各对应一根所述铰链，所述铰链的上端与对应的所述立柱的横向部固定连接。

4.根据权利要求1所述的无人机重量重心测量装置，其特征在于，所述可倾转托架的两侧具有固定连接的并与所述旋转轴同轴的半圆形板，所述半圆形板上设有多个开孔，多个所述开孔以所述半圆形板的轴心为圆心等角度分布。

5.一种无人机重量重心测试方法，采用权利要求1-4任一项所述的无人机重量重心测量装置，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对矩形分布的四个拉力传感器依次编号，分别为一号、二号、三号和四号传感器，其中，一号和三号传感器位于一根纵梁的两端，二号和四号传感器位于另一根纵梁的两端；

S2、建立空间坐标系，以过二号、四号传感器的铅垂面与旋转轴的轴线的交点为坐标原点，X轴为水平方向，Y轴为旋转轴的轴线方向，Z轴为铅垂方向；

S3、在可倾转托架处于空载状态下，记录一号、二号、三号和四号传感器的测量数据，分别记为P₁₀、P₂₀、P₃₀、P₄₀；

S4、将无人机固定于可倾转托架上，同时将可倾转托架相对悬吊架固定，此时记录为状态1，同时记录一号、二号、三号和四号传感器的测量数据，分别记为P₁₁、P₂₁、P₃₁、P₄₁，由力矩平衡和几何关系得到以下方程：

L_Y11P＝[(P₁₁-P₁₀)+(P₃₁-P₃₀)]L₂；

其中，P为无人机的重量，P＝P₁₁+P₂₁+P₃₁+P₄₁-P₁₀-P₂₀-P₃₀-P₄₀；r为重心投影到xoz平面下到坐标原点的距离；α为重心投影到xoz平面与坐标原点的连线再与z轴的夹角；θ为地面的倾斜角；L₁为一号到三号传感器或二号到四号传感器的连线距离；L₂为一号到二号传感器或三号到四号传感器的连线距离；L₃为坐标原点到L₁的垂直距离；L_Y11为状态1下重心到xoz平面的距离；

S5、倾转可倾转托架，使无人机在状态1的基础上倾转的角度为β₁，此时记录为状态2，同时记录一号、二号、三号和四号传感器的测量数据，分别记为P₁₂、P₂₂、P₃₂、P₄₂，由力矩平衡和几何关系得到以下方程：

L_Y12P＝[(P₁₂-P₁₀)+(P₃₂-P₃₀)]L₂；

其中，L_Y12为状态2下重心到xoz平面的距离；

S6、倾转可倾转托架，使无人机在状态1的基础上倾转的角度为β₂，此时记录为状态3，同时记录一号、二号、三号和四号传感器的测量数据，分别记为P₁₃、P₂₃、P₃₃、P₄₃，由力矩平衡和几何关系得到以下方程：

L_Y13P＝[(P₁₃-P₁₀)+(P₃₃-P₃₀)]L₂；

其中，L_Y13为状态3下重心到xoz平面的距离；

S7、通过步骤S4、S5、S6中的6个方程进行计算，对6个未知数θ、r、α、L_Y11、L_Y12、L_Y13进行求解，根据几何关系，求解出状态1时重心在X、Y、Z轴的位置L_X1、L_Y1、L_Z1；

L_X1＝r sinα；

L_Z1＝r cosα；

S8、重复步骤S5、S6，但改变的倾角不同，分别得到对应倾角下力矩平衡和几何关系的方程，再与步骤S4一起联立方程，求解出重心在X、Y、Z轴的位置L_X2、L_Y2、L_Z2；

S9、重复步骤S5、S6，但改变的倾角与之前不同，分别得到对应倾角下力矩平衡和几何关系的方程，再与步骤S4一起联立方程，求解出重心在X、Y、Z轴的位置L_X3、L_Y3、L_Z3；

S10、根据步骤S7、S8、S9求解出的重心坐标取平均值，并通过以下公式计算得到无人机的重心位置：

无人机重心在X轴的位置为

无人机重心在Y轴的位置为

无人机重心在Z轴的位置为