CN110667886B - 一种固定翼无人机舵面测量控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固定翼无人机舵面测量控制系统，由舵面夹紧机构、角度采集和处理模块、舵面测量装置和舵面组成，舵面夹紧机构的上夹紧片与下夹紧片通过螺柱螺纹连接，上夹紧片内侧面与舵面平行贴合连接，下夹紧片上安装楔形块。角度采集和处理模块位于舵面夹紧机构上面，实时将舵面倾斜角度输出；角度采集和处理模块包括倾角传感器、无线蓝牙传输模块和数据处理模块，无线蓝牙传输模块与倾角传感器集成在一起，倾角传感器和上夹紧片连接；数据处理模块为具有蓝牙功能的PC，处理速度快，计算精度高。各模块间的数据通过通信网络单元传输，控制测量装置所处在的位置；采用无线蓝牙传输倾角传感器，可实现水平、垂直方向的测量。

Description

一种固定翼无人机舵面测量控制系统

技术领域

本发明属于固定翼无人机舵面角度测量技术领域，具体地说，涉及一种固定翼无人机舵面测量控制系统。

背景技术

无人机进行飞行前准备时，需要对无人机上的航电设备进行检查，舵机是航电设备中的重要组成部分，也是控制飞机飞行姿态的最终执行设备，在无人机的飞行中占有及其重要的地位。在无人机的舵机控制系统中，无人机的舵机通过连杆机构和舵面连接，舵机转过的角度通过连杆机构传递给舵面，舵机为动力源，舵面为最终的执行机构，舵机旋转的角度和舵面旋转的角度相对应。无人机由于在运输过程中，需要将机翼、垂尾、平尾等部件拆下，待工作时，需要将这些部件和机身进行重新组装，由于存在安装误差、运输影响以及飞行时的飞行阻力等原因的影响，舵面的实际位置和控制位置之间会存在位置误差，为保证无人机在工作时不出现意外，每次飞行前都必须进行舵面的位置检查。因此，无人机舵面测量装置要求测量快速、拆装方便、测量数据准确可靠。

发明专利201510866728.7提出“一种飞机舵面偏角测量装置”，对飞机舵面偏角测量装置研究中的不足之处是：采用齿轮组合的方式传递飞机舵面转轴的转角信号，该装置安装复杂，且对操作空间要求高，必须将主动齿轮安装在舵面转轴上才能进行测量，主动齿轮占据的空间较大，不便于安装在已经装好舵面的无人机上，拆装较麻烦，无法满足无人机飞行前快速检查舵面的要求。发明专利201610271407.7提出“便于安装的飞机舵面角度测量装置”，该装置对飞机舵面测量研究中的不足之处是：由于装置和飞机舵面的连接方式为胶带粘贴，在进行垂尾舵面的测量时无法保证连接的可靠性，和测量的准精确性。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种固定翼无人机舵面测量控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括舵面夹紧机构、角度采集和处理模块、楔形块、舵面测量装置和舵面；舵面夹紧机构包括上夹紧片、下夹紧片、螺柱和蝶形螺母；上夹紧片与下夹紧片通过螺柱和蝶形螺母螺纹连接，上夹紧片内侧面与舵面平行贴合连接，下夹紧片上安装楔形块，楔形块斜面夹角与舵面夹角角度一致；角度采集和处理模块位于舵面夹紧机构的上面，角度采集和处理模块实时将舵面倾斜角度输出；角度采集和处理模块包括倾角传感器、无线蓝牙传输模块和数据处理模块，无线蓝牙传输模块与倾角传感器集成在一起，倾角传感器和上夹紧片连接；数据处理模块为具有蓝牙功能的PC；各模块间的数据通过通信网络单元进行传输，控制测量装置所处在的位置；具体步骤如下:

步骤1.角度采集和处理模块中的倾角传感器和无线蓝牙传输模块集成，共用一套内置的电源供电；倾角传感器为两轴传感器，水平方向的测量范围为±90°，垂直方向的测量范围为±180°，测量精度为0.01°，采用无线蓝牙传输进行数据通信；给倾角传感器和无线蓝牙传输模块上电后，默认当前无线蓝牙传输模块处在配置状态下，且无线蓝牙传输模块提供SPP连接服务。启动PC端的蓝牙模块后，搜索到提供SPP服务的传感器、无线蓝牙传输模块，并选择建立SPP连接；

步骤2.当传感器上的无线蓝牙传输模块和PC端的蓝牙模块建立连接后，先调节舵面处在零位，当舵面零位满足±0.5°的要求时，PC端的蓝牙模块发送传感器置零指令，传感器上的无线蓝牙传输模块收到控制指令后，对传感器内部的参数进行修改和设定，设置当前倾斜角度为绝对0°，并将倾角传感器切换到测量模式；

步骤3.调节舵面依次转动0°、±10°、±20°、±25°，并规定舵面向上转动角度为正值，舵面向下转动角度为负值，传感器在各个角度下分别进行角度校准，通过比较倾角传感器的实测角度值和控制指令驱动舵面转动的角度值，分析二者的误差是否符合标准；

步骤4.传感器校准符合要求后开始进行舵面测量，依次转动舵面到0°、±5°、±10°、±15°、±20°、±25°，传感器将对应角度下的角度信息通过无线蓝牙传输模块发送到PC端的蓝牙模块，PC端的蓝牙模块收到角度数据后，进行角度数据处理，角度数据处理包括数据解码、数据比较和误差计算后生成测试报告；测试报告中显示对应每个角度的控制值和实测值，倾角传感器采集到的角度值，以及二者的误差，合格判据和结果；完成测试。

有益效果

本发明提出的一种固定翼无人机舵面测量控制系统，由舵面夹紧机构、角度采集和处理模块、舵面测量装置和舵面组成，舵面夹紧机构的上夹紧片与下夹紧片通过螺柱螺纹连接，上夹紧片内侧面与舵面平行贴合连接，下夹紧片上安装楔形块；角度采集和处理模块位于舵面夹紧机构上面，实时将舵面倾斜角度输出；角度采集和处理模块包括倾角传感器、无线蓝牙传输模块和数据处理模块，无线蓝牙传输模块与倾角传感器集成在一起，倾角传感器和上夹紧片连接；各模块间的数据通过通信网络单元传输，控制测量装置所处在的位置。

本发明固定翼无人机舵面测量控制系统，舵面夹紧机构体积小，拆装方便，操作简单灵活，通过调整楔形块的斜面角度可以适用于不同无人机舵面，适应性和通用性强。采用高精度的无线蓝牙传输倾角传感器，角度采集和处理模块的采集精度高，不受安装方向的限制，可以实现水平方向、垂直方向的测量。数据传输采用无线蓝牙传输，不受接现场布线的影响，传输距离长，数据传输稳定。数据处理单元为安装在PC端的处理软件，操作方便，功能丰富，可以根据需求采用不同的处理方法。数据处理占用的是计算机的硬件资源，处理速度快，计算精度高。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种固定翼无人机舵面测量控制系统作进一步详细说明。

图1为本发明固定翼无人机舵面测量装置结构示意图。

图2为本发明固定翼无人机舵面测量装置舵面夹紧机构结构图。

图3为本发明固定翼无人机舵面测量装置在舵面上的安装位置示意图。

图4为本发明固定翼无人机舵面测量装置的测量控制流程图。

图中

1.舵面夹紧机构 2.角度采集和处理模块 3.楔形块 4.螺柱 5.上夹紧片 6.下夹紧片 7.蝶形螺母 8.无人机机翼 9.舵面测量装置 10.舵面

具体实施方式

本实施例是一种固定翼无人机舵面测量控制系统。

参阅图1、图2、图3、图4，本实施例固定翼无人机舵面测量控制系统，由舵面夹紧机构1、角度采集和处理模块2、楔形块3、舵面测量装置9和舵面10组成，舵面夹紧机构1为固定翼无人机舵面测量装置的安装机构，舵面夹紧机构包括上夹紧片、下夹紧片、螺柱和蝶形螺母；楔形块3是为配合舵面夹紧机构1和舵面实现夹紧的调整零件，楔形块3的斜面角度和舵面的夹角角度保持一致。角度采集和处理模块位于上夹紧片前端部平面上，上夹紧片的内侧面与舵面平行贴合连接，下夹紧片上安装楔形块，上夹紧片与下夹紧片通过螺柱和蝶形螺母螺纹连接，楔形块斜面夹角与舵面夹角角度一致；角度采集和处理模块位于舵面夹紧机构的上面，角度采集和处理模块实时将舵面倾斜角度输出；角度采集和处理模块包括倾角传感器、无线蓝牙传输模块和数据处理模块，无线蓝牙传输模块与倾角传感器集成在一起，倾角传感器和上夹紧片连接；数据处理模块为具有蓝牙功能的PC；各模块间的数据通过通信网络单元进行传输，控制测量装置所处在的位置；具体步骤如下:

第一步、角度采集和处理模块中的倾角传感器和无线蓝牙传输模块集成，共用一套内置的电源供电；倾角传感器为两轴传感器，水平方向的测量范围为±90°，垂直方向的测量范围为±180°，测量精度为0.01°，采用无线蓝牙传输进行数据通信，传输距离最大可达800米；给倾角传感器和无线蓝牙传输模块上电后，默认当前无线蓝牙传输模块处在配置状态下，且无线蓝牙传输模块提供SPP连接服务。启动PC端的蓝牙模块后，搜索到提供SPP服务的传感器无线蓝牙传输模块，并选择建立SPP连接；

第二步、当传感器上的无线蓝牙传输模块和PC端的蓝牙模块建立连接后，先调节舵面处在零位，当舵面零位满足±0.5°的要求时，PC端的蓝牙模块发送传感器置零指令，传感器上的无线蓝牙传输模块收到控制指令后，对传感器内部的参数进行修改和设定，设置当前倾斜角度为绝对0°，并将倾角传感器切换到测量模式；

第三步、调节舵面依次转动0°、±10°、±20°、±25°，并规定舵面向上转动角度为正值，舵面向下转动角度为负值，传感器在各个角度下分别进行角度校准，通过比较倾角传感器的实测角度值和控制指令驱动舵面转动的角度值，分析二者的误差是否符合标准；

第四步、传感器校准符合要求后开始进行舵面测量，依次转动舵面到0°、±5°、±10°、±15°、±20°、±25°，传感器将对应角度下的角度信息通过无线蓝牙传输模块发送到PC端的蓝牙模块，PC端的蓝牙模块收到角度数据后，进行角度数据处理，角度数据处理包括数据解码、数据比较和误差计算后生成测试报告。测试报告中显示对应每个角度的控制值和实测值，倾角传感器采集到的角度值，以及二者的误差，合格判据和结果；完成测试作业。

操作过程

舵面测量装置9安装在舵面10上，舵面测量装置9安装到位后和舵面10保持同步运动，舵面10转动的角度和舵面测量装置9转动的角度一致，消除了理论上的角度差值。当舵面10和无人机机翼8位于一条直线上时，舵面测量装置9位于零位，输出的角度值为0°，当舵面10转动到高于无人机机翼8的角度时，舵面测量装置输出的角度值为正值，当舵面10转动到低于无人机机翼8的角度时，舵面测量装置输出的角度值为负值。

无人机进行飞行前静态检查时，需要对无人机的舵机控制指令进行循环检查，舵面偏转的实际角度需要记录到检查表中，静态检查开始时舵面测量装置开始工作。在PC端蓝牙模块和倾角传感器连接成功后，倾角传感器在配置模式下实现置零，切换到测量模式后开始进行温度补偿标定，标定成功后倾角传感器可以实时测量舵面转动的角度，并将角度信息通过蓝牙传输单元传输到PC端进行数据处理，从而得到舵面转动的实际角度值。

Claims (1)

1.一种固定翼无人机舵面测量控制系统，其特征在于:包括舵面夹紧机构、角度采集和处理模块、楔形块、舵面测量装置和舵面；舵面夹紧机构包括上夹紧片、下夹紧片、螺柱和蝶形螺母；上夹紧片与下夹紧片通过螺柱和蝶形螺母螺纹连接，上夹紧片内侧面与舵面平行贴合连接，下夹紧片上安装楔形块，楔形块斜面夹角与舵面夹角角度一致；角度采集和处理模块位于舵面夹紧机构的上面，角度采集和处理模块实时将舵面倾斜角度输出；角度采集和处理模块包括倾角传感器、无线蓝牙传输模块和数据处理模块，无线蓝牙传输模块与倾角传感器集成在一起，倾角传感器和上夹紧片连接；数据处理模块为具有蓝牙功能的PC；各模块间的数据通过通信网络单元进行传输，控制测量装置所处在的位置；具体步骤如下:

步骤1.角度采集和处理模块中的倾角传感器和无线蓝牙传输模块集成，共用一套内置的电源供电；倾角传感器为两轴传感器，水平方向的测量范围为±90°，垂直方向的测量范围为±180°，测量精度为0.01°，采用无线蓝牙传输进行数据通信；给倾角传感器和无线蓝牙传输模块上电后，默认当前无线蓝牙传输模块处在配置状态下，且无线蓝牙传输模块提供SPP连接服务；启动PC端的蓝牙模块后，搜索到提供SPP服务的传感器、无线蓝牙传输模块，并选择建立SPP连接；

步骤2.当传感器上的无线蓝牙传输模块和PC端的蓝牙模块建立连接后，先调节舵面处在零位，当舵面零位满足±0.5°的要求时，PC端的蓝牙模块发送传感器置零指令，传感器上的无线蓝牙传输模块收到控制指令后，对传感器内部的参数进行修改和设定，设置当前倾斜角度为绝对0°，并将倾角传感器切换到测量模式；

步骤3.调节舵面依次转动0°、±10°、±20°、±25°，并规定舵面向上转动角度为正值，舵面向下转动角度为负值，传感器在各个角度下分别进行角度校准，通过比较倾角传感器的实测角度值和控制指令驱动舵面转动的角度值，分析二者的误差是否符合标准；

步骤4.传感器校准符合要求后开始进行舵面测量，依次转动舵面到0°、±5°、±10°、±15°、±20°、±25°，传感器将对应角度下的角度信息通过无线蓝牙传输模块发送到PC端的蓝牙模块，PC端的蓝牙模块收到角度数据后，进行角度数据处理，角度数据处理包括数据解码、数据比较和误差计算后生成测试报告；测试报告中显示对应每个角度的控制值和实测值，倾角传感器采集到的角度值，以及二者的误差，合格判据和结果；完成测试。

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