CN112710419A - 一种无人机测试台的拉力和扭矩测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种无人机测试台的拉力和扭矩测试装置，包括拉力测试装置、扭矩测试装置、螺旋桨固定装置和测试台主梁；拉力测试装置包括直线轴承座、直线轴承和拉力传感器；扭矩测试装置包括扭矩传感器和扭矩梁；螺旋桨固定装置包括电机安装座、电机和螺旋桨。本发明采用一种间接的力测量方式，拉力的测量采用直线轴承传递给拉力传感器，在保证测量精度的同时，能够大大节约成本；扭矩的测量是采用扭力和力臂相乘积的形式，力臂是***已经给定的，扭矩传感器直接计算出扭矩和力臂乘积的结果，无人机的扭矩测量采用这种方式，相对比直接用扭矩传感器测量，具备高精度测量，也具有价格低廉，方便操作和产品的运输。

Description

一种无人机测试台的拉力和扭矩测试装置

技术领域

本发明属于无人机动力测试技术领域，尤其是一种无人机测试台的拉力和扭矩测试装置。

背景技术

小型飞机或者无人机使用的空气螺旋桨生产加工工艺复杂，其加工质量很难保证，通常采用外形模具卡试或者使用大型电动机驱动测试的方法来验收螺旋桨，前者只能测试出螺旋桨的曲面是否符合要求，后者需要的功率较大，没有便携性且难以普及推广。同时，驱动螺旋桨的小型无刷动力***质量品质在市场上也是良莠不齐的，只有通过测试平台的测试才可以上机使用。

随着全球环境的恶化，人们更倾向于使用清洁能源，电力是目前相对清洁可大规模使用的能源，如电动汽车一样，纯电动无人机已经成为一种趋势。电动无人机的动力***可以分为电机、电调、电池、螺旋桨四个部分，它们构成了电动无人机的心脏，源源不断的为无人机输送动能。

因此，寻找出恰当的电机，螺旋桨匹配方案，是提高无人机整体效率的重要途径之一。其中，无人机螺旋桨的拉力和扭矩是两个重要参数，需要稳定且准确的测量。目前通常采用的方法是直接把电机与拉力、扭矩传感器连接并直接测量，其缺点一是：采用直接测量的拉力和扭矩传感器价格昂贵，其二是：采用直接测量的拉力和扭矩传感器容易受到外力破坏，一旦需要移动，运输成本高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种无人机测试台的拉力和扭矩测试装置，采用一种间接的测量方案，拉力测量采用延长杆的方式，进行螺旋桨拉力的测量；扭矩采用扭力和力臂相乘的形式，进行螺旋桨扭矩的测量。

具体技术方案如下：

一种无人机测试台的拉力和扭矩测试装置，包括拉力测试装置、扭矩测试装置、螺旋桨固定装置和测试台主梁；

所述拉力测试装置包括直线轴承座、直线轴承和拉力传感器；

所述扭矩测试装置包括扭矩传感器和扭矩梁；

所述螺旋桨固定装置包括电机安装座、电机和螺旋桨；

所述拉力测试装置与螺旋桨固定装置固定连接；所述扭矩测试装置通过扭矩梁固定架与螺旋桨固定装置连接；所述拉力测试装置和扭矩测试装置固定安装在测试台主梁上。

优选地，所述拉力测试装置还包括拉力传感器安装板，所述拉力传感器通过拉力传感器安装板固定在测试台主梁上。

优选地，所述扭矩测试装置还包括扭矩传感器安装板，所述扭矩传感器通过扭矩传感器安装板固定在测试台主梁上。

优选地，所述扭矩测试装置还包括扭矩传感器固定片，所述扭矩传感器固定片固定在扭矩传感器上。

优选地，所述电机安装座上安装减震柱。

相对于现有技术，本发明所述的一种无人机测试台的拉力和扭矩测试装置具有以下优势：

本发明提出的一种无人机测试台的拉力和扭矩测试装置，采用一种间接的力测量方式，其中，拉力的测量采用直线轴承传递给拉力传感器，在保证测量精度的同时，能够大大节约成本；扭矩的测量是采用扭力和力臂相乘积的形式，其中，力臂是***已经给定的，扭矩传感器直接计算出扭矩和力臂乘积的结果，无人机的扭矩测量采用这种方式，相对比直接用扭矩传感器测量，出具备高精度测量，也具有价格低廉，方便操作和产品的运输。

附图说明

图1为本发明提出的一种无人机测试台的拉力和扭矩测试装置的整体示意图；

图2为本发明提出的一种无人机测试台的拉力和扭矩测试装置的左视图。

附图标记说明：

1扭矩传感器 2扭矩传感器固定片 3扭矩梁 4电机 5螺旋桨

6电机安装座 7扭矩梁固定架 8直线轴承座 9直线轴承

10拉力传感器 11扭矩传感器安装板 12测试台主梁

13拉力传感器安装板

具体实施方式

以下结合具体实施方式进一步详细说明本发明的技术方案。应当理解，此处描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1和图2所示，本发明提出了一种无人机测试台的拉力和扭矩测试装置，包括拉力测试装置、扭矩测试装置、螺旋桨固定装置和测试台主梁12；所述拉力测试装置包括直线轴承座8、直线轴承9、拉力传感器10和拉力传感器安装板13，所述拉力传感器10通过拉力传感器安装板13固定在测试台主梁12上，另一端通过直线轴承9与螺旋桨固定装置连接，所述直线轴承座8与直线轴承9是接触套装连接，直线轴承座8固定安装在测试台主梁12上；所述扭矩测试装置包括扭矩传感器1、扭矩梁3、扭矩传感器安装板11、扭矩传感器固定片2和扭矩梁固定架7，所述扭矩传感器固定片2固定在扭矩传感器1上，所述扭矩传感器1通过扭矩传感器安装板11固定在测试台主梁12上，所述扭矩梁3与扭矩梁固定架7固定连接；所述螺旋桨固定装置包括电机安装座6、电机4和螺旋桨5，所述螺旋桨5安装在电机4上，电机4固定在有减震柱的电机安装座6上，减震柱与扭矩梁固定架7螺纹连接；所述拉力测试装置与螺旋桨固定装置固定连接；所述扭矩测试装置通过扭矩梁固定架7与螺旋桨固定装置连接；所述拉力测试装置和扭矩测试装置固定安装在测试台主梁12上。

在测试时，先将要测定的螺旋桨5和电机4固定安装在电机安装座6上，然后启动电机4，螺旋桨5开始转动，转动产生的拉力直接通过直线轴承9传递给拉力传感器10，拉力传感器10的应变与拉力一一对应，故拉力便可测量出。当螺旋桨5开始转动时，产生扭力，扭力通过扭矩梁3传递给扭矩传感器1，由***已知的力臂，扭矩由扭力乘以力臂得到，并被扭矩传感器1实时记录。

鉴于常规传感器直接测试无人机动力***的成本高问题，本发明采用非接触式的测量方式，具体为，螺旋桨旋转产生的拉力通过同心直线轴承传递，而直线轴承和拉力传感器由螺栓固连，此外，拉力传感器的另外一段固定在测试台主梁12上。因而，螺旋桨5旋转产生的拉力，间接使得拉力传感器10发生变形，拉力传感器10的变形和力一一对应，拉力便实时测量出来了。针对扭矩的测量，采用的公式为：扭矩＝扭力*力臂，此为一种间接的无人机扭矩测量方式。常规的扭矩传感器，价格昂贵，它直接和被测物体固定在一起，在测量和运输时，容易受到外力的冲击而损害。本发明无人机扭矩的测量是一种间接的测量方式，扭矩传感器1一端固定在扭矩梁3上，一端固定在测试台主梁12上。本发明扭矩的间接测试方式，在保证测量精度的基础上，能够有效避免扭矩传感器的变形损害。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的设计方案，实现其工程应用的目的：

一种无人机测试台的拉力和扭矩测试装置包括扭矩传感器1，扭矩传感器固定片2，扭矩梁3，电机4，螺旋桨5，电机安装座6，扭矩梁固定架7，直线轴承座8，直线轴承9，拉力传感器10，扭矩传感器安装板11，测试台主梁12，拉力传感器安装板13。

所述的直线轴承座8和直线轴承9，是接触套装连接，主轴与导轨之间有微量静摩擦(±30g以内)。因此，尽量不用该测试台测试微型电机。

所述的螺旋桨5安装在电机4上，电机4固定在有减震柱的电机安装座6上(若电机直径较大需要先安装减震柱，较小直径可不必注意安装顺序)，再将减震柱的螺纹固定在扭矩梁固定架7上。在安装电机时，先将M5加长螺柱(如有需要可再接一节加长安装长度)安装在电机安装座6上，然后和普通安装方式相同的方法将电机固定在电机安装座6上，最后在主轴上安装桨夹。(桨夹的安装方式无法保证螺旋桨的牢固安装，请务必确认夹持的紧度与桨夹的同心度，避免出现安全问题)。

所述的直线轴承座8和直线轴承9存在摩擦力，需要对直线轴承8进行润滑，本发明使用类3M WD-40的超低粘度润滑剂喷入直线轴承的注油口(不可使用任何高粘性或中粘性的机械润滑油，否则会加大测量拉力时静摩擦力，降低测量精度)。

所述的拉力传感器10一端与直线轴承9由螺栓连接，一端通过拉力传感器安装板13与测试台主梁12由螺栓连接，螺旋桨5转动产生的拉力，直接通过直线轴承9传递给拉力传感器，拉力传感器的应变与拉力一一对应，故拉力便测量出。

所述的扭矩传感器1一端通过螺栓与扭矩梁3连接，扭矩梁3与扭矩梁固定架7通过螺栓连接，而扭矩梁固定架7与电机安装座6通过螺栓连接；另外一端通过扭矩安装板11由螺栓与测试台主梁12连接。当螺旋桨转动产生扭力时，扭力通过扭矩梁传递给扭矩传感器，由***已知的力臂，扭矩由扭力乘以力臂得到，并被扭矩传感器实时记录。

综上所述，本发明提出的一种无人机测试台的拉力和扭矩测试装置，采用一种间接的力测量方式，其中，拉力的测量采用直线轴承传递给拉力传感器，在保证测量精度的同时，能够大大节约成本；扭矩的测量是采用扭力和力臂相乘积的形式，其中，力臂是***已经给定的，扭矩传感器直接计算出扭矩和力臂乘积的结果，无人机的扭矩测量采用这种方式，相对比直接用扭矩传感器测量，出具备高精度测量，也具有价格低廉，方便操作和产品的运输。

以上的实施方式均为本发明的优选实施方式，并非因此限制本发明的专利保护范围。任何本发明所属的技术领域的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，对本发明的内容所做的等效结构与等效步骤的变换均落入本发明要求保护的专利范围之内。

Claims (5)

1.一种无人机测试台的拉力和扭矩测试装置，其特征在于，包括拉力测试装置、扭矩测试装置、螺旋桨固定装置和测试台主梁(12)；

所述拉力测试装置包括直线轴承座(8)、直线轴承(9)和拉力传感器(10)；

所述扭矩测试装置包括扭矩传感器(1)和扭矩梁(3)；

所述螺旋桨固定装置包括电机安装座(6)、电机(4)和螺旋桨(5)；

所述拉力测试装置与螺旋桨固定装置固定连接；所述扭矩测试装置通过扭矩梁固定架(7)与螺旋桨固定装置连接；所述拉力测试装置和扭矩测试装置固定安装在测试台主梁(12)上。

2.根据权利要求1所述的一种无人机测试台的拉力和扭矩测试装置，其特征在于，所述拉力测试装置还包括拉力传感器安装板(13)，所述拉力传感器(10)通过拉力传感器安装板(13)固定在测试台主梁(12)上。

3.根据权利要求1所述的一种无人机测试台的拉力和扭矩测试装置，其特征在于，所述扭矩测试装置还包括扭矩传感器安装板(11)，所述扭矩传感器(1)通过扭矩传感器安装板(11)固定在测试台主梁(12)上。

4.根据权利要求3所述的一种无人机测试台的拉力和扭矩测试装置，其特征在于，所述扭矩测试装置还包括扭矩传感器固定片(2)，所述扭矩传感器固定片(2)固定在扭矩传感器(1)上。

5.根据权利要求1所述的一种无人机测试台的拉力和扭矩测试装置，其特征在于，所述电机安装座(6)上安装减震柱。

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