專(zhuān)利名稱(chēng)：微型旋翼飛行器變距機(jī)構(gòu)中彈性連桿變形量的動(dòng)態(tài)測(cè)量方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微型旋翼飛行器槳距變化的動(dòng)態(tài)測(cè)量方法及系統(tǒng)，特別是一種以非對(duì)稱(chēng) 變距方法為基礎(chǔ)的變距機(jī)構(gòu)中彈性連桿變形量的動(dòng)態(tài)測(cè)量方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
微型飛行器具有體積小、重量輕、操縱方便、機(jī)動(dòng)靈活、噪音小、隱蔽性好等優(yōu)點(diǎn)，引 起了世界許多國(guó)家的關(guān)注，是當(dāng)今國(guó)際上的研究熱點(diǎn)。但是目前由于在對(duì)飛行器姿態(tài)控制上 還是采用傳統(tǒng)的機(jī)械變距方法，嚴(yán)重地制約了飛行器微型化發(fā)展。最近國(guó)內(nèi)一些科研機(jī)構(gòu)開(kāi) 始研究一種利用慣性力的作用和材料的彈性性能對(duì)微型旋翼飛行器進(jìn)行操縱的機(jī)構(gòu)一非對(duì)稱(chēng) 變距機(jī)構(gòu)，該裝置由電動(dòng)機(jī)、減速齒輪副、光電傳感器、位置控制碼盤(pán)、彈性連桿、旋翼和 旋翼機(jī)構(gòu)控制電路組成。其初步機(jī)理是通過(guò)彈性連桿，電機(jī)驅(qū)動(dòng)懸翼正常旋轉(zhuǎn)，當(dāng)微型旋 翼飛行器需要改變飛行姿態(tài)時(shí)，電機(jī)突然加速轉(zhuǎn)動(dòng)，彈性連桿會(huì)在旋翼槳葉慣性力的作用下 產(chǎn)生變形，此變形帶動(dòng)旋翼繞槳葉軸線方向做轉(zhuǎn)動(dòng)而改變安裝角，達(dá)到變距的目的。為了驗(yàn) 證該機(jī)理的正確性，需要?jiǎng)討B(tài)測(cè)量彈性連桿變形量的變化規(guī)律。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種微型旋翼飛行器變距機(jī)構(gòu)中彈性連桿變形量的動(dòng)態(tài)測(cè)量方 法及系統(tǒng)，能用于驗(yàn)證微型旋翼飛行器非對(duì)稱(chēng)變距機(jī)理的正確性。
本發(fā)明的構(gòu)思是微型旋翼飛行器的體積很小，彈性連桿的變形量也很小，而且彈性連 桿以旋翼主軸為中心高速旋轉(zhuǎn)。如何把彈性連桿變形量的信號(hào)引出來(lái)是驗(yàn)證微型旋翼飛行器 非對(duì)稱(chēng)變距機(jī)理的關(guān)鍵。本發(fā)明正是針對(duì)這種情況，采用電阻應(yīng)變片貼在彈性連桿前后兩個(gè) 側(cè)面上，經(jīng)半橋電路將彈性連桿的變形信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，通過(guò)導(dǎo)電水銀滑環(huán)將信號(hào)引出， 信號(hào)經(jīng)應(yīng)變放大器放大后被數(shù)據(jù)采集卡采集并存儲(chǔ)，然后進(jìn)行信號(hào)處理，得到彈性連桿變形 量的變化規(guī)律，從而驗(yàn)證微型旋翼飛行器非對(duì)稱(chēng)變距機(jī)理的正確性。
根據(jù)上述的構(gòu)思，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種微型旋翼飛行器變距機(jī)構(gòu)中彈性連桿變形量的動(dòng)態(tài)測(cè)量方法，其特征在于通過(guò)貼在 彈性連桿前后兩側(cè)面上的電阻應(yīng)變片，實(shí)時(shí)測(cè)得彈性連桿形變信號(hào)，輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分 析，找出彈性連桿變形量的變化規(guī)律；具體操作步驟如下
1)將微型旋翼飛行器懸掛在試驗(yàn)臺(tái)架上，貼裝電阻應(yīng)變片并連接應(yīng)變放大器和計(jì)算機(jī)；
2) 初始化測(cè)量裝置打開(kāi)應(yīng)變放大器預(yù)熱30分鐘，并打開(kāi)計(jì)算機(jī)進(jìn)行初始化
3) 采集彈性連桿形變信號(hào)，輸入計(jì)算機(jī)；
4) 由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，找出當(dāng)前飛行姿態(tài)下的彈性連桿變形量的變化規(guī)律；
5) 改變飛行姿態(tài)，重復(fù)步驟3)和步驟4)，最終找出各飛行姿態(tài)的彈性連桿變形量的變 化規(guī)律。
上述歩驟5)中找出彈性連桿變形量的變化規(guī)律。具體步驟為
① 根據(jù)步驟3)和步驟4)采集的信號(hào)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理建立一個(gè)坐標(biāo)系，其中橫坐標(biāo)為旋 翼飛行器的旋轉(zhuǎn)時(shí)間，縱坐標(biāo)為彈性連桿的變形量；
② 在上述坐標(biāo)系中標(biāo)出各飛行姿態(tài)在各測(cè)量時(shí)間點(diǎn)上的彈性連桿變形量的坐標(biāo)點(diǎn)，則在 坐標(biāo)系中建立彈性連桿變形量與時(shí)間關(guān)系的波形圖。
一種微型旋翼飛行器變距機(jī)構(gòu)中彈性連桿變形量的動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，應(yīng)用于上述動(dòng)態(tài)測(cè)量 方法，包括一個(gè)試驗(yàn)臺(tái)架和被測(cè)試的微型旋翼飛行器，其特征在于所述微型旋翼飛行器的槳 轂通過(guò)一個(gè)水銀滑環(huán)與所述試驗(yàn)臺(tái)架的橫梁構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)連接而將所述旋翼飛行器懸掛于試驗(yàn)臺(tái) 架上，所述微型旋翼飛行器的變距機(jī)構(gòu)中彈性連桿的前后側(cè)面上各貼一片電阻應(yīng)變片。兩個(gè) 電阻應(yīng)變片的引出線接在所述水銀滑環(huán)的下端連接體和一個(gè)帶半橋電路的應(yīng)變放大器后，連 接一個(gè)計(jì)算機(jī)。
上述的水銀滑環(huán)為為市售產(chǎn)品，由其上端連接體和下端連接體轉(zhuǎn)動(dòng)連接構(gòu)成，水銀滑環(huán) 的上端連接體通過(guò)一個(gè)夾具與試驗(yàn)臺(tái)架的橫梁固定連接，水銀滑環(huán)的下端連接體與微型旋翼 飛行器的槳轂固定連接。
上述兩電阻應(yīng)變片的引出線在所述應(yīng)變放大器的接線盒中連接構(gòu)成所述半橋電路；應(yīng)變 放大器采用YF-3型應(yīng)變放大器。
上述計(jì)算機(jī)(15)帶有PCI2003數(shù)據(jù)采集卡，經(jīng)所述應(yīng)變放大器(14)的信號(hào)被PCI2003 采集卡采集并存儲(chǔ)，然后由計(jì)算機(jī)(15)處理和分析。
本發(fā)明具有如下實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明以測(cè)試彈性連桿變形量的大小為基礎(chǔ)， 通過(guò)對(duì)微型旋翼飛行器在不同飛行姿態(tài)時(shí)彈性連桿變形量的變化規(guī)律進(jìn)行分析，驗(yàn)證微型旋 翼飛行器非對(duì)稱(chēng)機(jī)理的正確性。為微型旋翼飛行器的微型化，簡(jiǎn)單化提供理論基礎(chǔ)。而且這
種測(cè)試方法還非常實(shí)用于觀察和動(dòng)態(tài)測(cè)試旋轉(zhuǎn)體的變形，應(yīng)變等現(xiàn)象，例如本發(fā)明中微型
旋翼飛行器槳距的變化以及其它轉(zhuǎn)子的形變等。本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)的旋翼飛行器懸掛于試驗(yàn)
臺(tái)架上，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，適合對(duì)微型旋翼飛行器的姿態(tài)控制。


圖1是本發(fā)明的-個(gè)實(shí)施例的變距原理圖。 圖2是應(yīng)變片、水銀環(huán)和夾具的裝置細(xì)節(jié)圖。 圖3是本發(fā)明的全局測(cè)量示意圖。 圖4是測(cè)試系統(tǒng)程序框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合

如下
微型旋翼飛行器的非對(duì)稱(chēng)變距機(jī)理為，參見(jiàn)附圖1，電機(jī)2轉(zhuǎn)動(dòng)，小齒輪3固定在電機(jī) 輸出軸上，小齒輪帶動(dòng)與之嚙合的大齒輪l，大齒輪1又帶動(dòng)螺旋槳主軸4轉(zhuǎn)動(dòng)，橫梁5同 定在主軸4上并隨主軸一起旋轉(zhuǎn)，橫梁通過(guò)螺栓與彈性連桿6連接，彈性連桿6帶動(dòng)槳轂7 和槳葉8繞主軸4轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)電機(jī)2在瞬間突然加速時(shí)，經(jīng)過(guò)小齒輪3、大齒輪l、主軸4、橫 梁5、使彈性連桿6的下端扭矩突然增大，而和彈性連桿上端連接的槳葉8會(huì)在慣性力和低 雷諾數(shù)下的空氣動(dòng)力的作用下抵抗彈性連桿6下端增大的扭矩，從而使彈性連桿6產(chǎn)生變形， 由于彈性連桿只和單邊槳葉8的剛性部分連接，槳距角會(huì)從連接端的最大值遞減到非連接端 的最小值，呈現(xiàn)變距的非對(duì)稱(chēng)性，以此來(lái)改變兩片槳葉8的安裝角，實(shí)現(xiàn)槳葉變距的目的。
本微型旋翼飛行器變距機(jī)構(gòu)中彈性連桿變形量的動(dòng)態(tài)測(cè)量方法是 動(dòng)態(tài)測(cè)試彈性連桿變形的具體工作工程為參見(jiàn)附圖3，將微型旋翼飛行器的機(jī)體固定 在實(shí)驗(yàn)臺(tái)架13上，電阻應(yīng)變片貼16在彈性連桿6的前、后兩個(gè)平面上(見(jiàn)附圖2)，水銀 滑環(huán)11的下端連接體12固定在槳轂7上，電阻應(yīng)變片16的引線接在F端連接體12的接線 柱上，水銀滑環(huán)11在下端連接體的帶動(dòng)下隨主軸4一同旋轉(zhuǎn)。為了減小水銀滑環(huán)11的轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，水銀滑環(huán)的上端連接體9被固定裝置固定，可以根據(jù)需要對(duì)夾具IO 行上下左右調(diào)節(jié)。電阻應(yīng)變片16的信號(hào)線最終通過(guò)上端連接體9上的接線柱引出，并與應(yīng)變 放大器14的接線盒組成半橋電路，經(jīng)應(yīng)變放大器后被PCI2003數(shù)據(jù)采集卡采集并存儲(chǔ)。然后 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，獲得彈性連桿變形量的變化規(guī)律，來(lái)驗(yàn)證微型旋翼飛行器的非對(duì)稱(chēng)變 距機(jī)理。采樣頻率為25000赫茲。微型旋翼飛行器的轉(zhuǎn)速變化范圍是1200rpnT2500rpm。
水銀導(dǎo)電滑環(huán)隨槳葉一同高速旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)測(cè)試結(jié)果影響很大，為了減小其轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量對(duì)測(cè)試的影響，該測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一套水銀滑環(huán)固定裝置。將其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)測(cè)試的影響 減小到最小。
參見(jiàn)圖4，該動(dòng)態(tài)測(cè)量的實(shí)現(xiàn)步驟為
1) 將微型旋翼飛行器固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上。貼裝電阻應(yīng)變片并連接應(yīng)變放大器和計(jì)算機(jī);
2) 初始化裝置，打開(kāi)應(yīng)變放大器預(yù)熱30分鐘，并打開(kāi)計(jì)算機(jī)進(jìn)行初始化；
3) 當(dāng)微型旋翼飛行的飛行姿態(tài)為前飛時(shí)，調(diào)整信號(hào)的增益到合適的值，待系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí) 采集數(shù)據(jù)30秒，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到PC機(jī)；
4) 計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，找出彈性連桿變形量的變化規(guī)律；
5) 改變微型旋翼飛行器的飛行姿態(tài)，重復(fù)步驟3)至步驟5)，獲得其它飛行姿態(tài)時(shí)， 彈性連桿變形量的變化規(guī)律。
比較上述彈性連桿變形量的變化規(guī)律，能驗(yàn)證微行旋翼飛行器非對(duì)稱(chēng)變距機(jī)理的正確 性。
其中，歩驟5)具體的步驟為
(1) 根據(jù)采集的信號(hào)，可建立一個(gè)坐標(biāo)系，其中橫坐標(biāo)為旋翼飛行器旋轉(zhuǎn)時(shí)間，縱坐 標(biāo)表示為彈性連桿的變形量。
(2) 彈性連桿的形變通過(guò)應(yīng)變片和半橋電路轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)輸出，通過(guò)建立的坐標(biāo)系 可發(fā)現(xiàn)彈性連桿變形量的波形圖。
參見(jiàn)圖3，本微型旋翼飛行器變距機(jī)構(gòu)中彈性連桿變形量的動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，包括一個(gè)試 驗(yàn)臺(tái)架13和被測(cè)試的微型旋翼飛行器，其特征在于所述微型旋翼飛行器的槳轂7通過(guò)一個(gè)水 銀滑環(huán)11與所述試驗(yàn)臺(tái)架13的橫梁構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)連接而將所述旋翼飛行器懸掛于試驗(yàn)臺(tái)架13 上，所述微型旋翼飛行器的變距機(jī)構(gòu)中彈性連桿的前后側(cè)面上各貼片電阻應(yīng)變片16。兩個(gè) 電阻應(yīng)變片16的引出線接在所述水銀滑環(huán)11的下端連接體12和一個(gè)帶半橋電路的應(yīng)變放大 器14后，連接一個(gè)計(jì)算機(jī)15。
上述的水銀滑環(huán)11為市售產(chǎn)品，由其上端連接體9和下端連接體12轉(zhuǎn)動(dòng)連接構(gòu)成，水 銀滑環(huán)11的上端連接體9通過(guò)一個(gè)夾具10與試驗(yàn)臺(tái)架13的橫梁固定連接，水銀滑環(huán)11的 下端連接體12與微型旋翼飛行器的槳轂7固定連接。
上述的兩電阻應(yīng)變片16的引出線在所述應(yīng)變放大器14的接線盒中連接構(gòu)成所述半橋電 路；應(yīng)變放大器14采用YF-3型應(yīng)變放大器。
上述的計(jì)算機(jī)15帶有PCI2003數(shù)據(jù)采集卡，經(jīng)所述應(yīng)變放大器14的信號(hào)被PCI2003采 集卡采集并存儲(chǔ)，然后由計(jì)算機(jī)15處理和分析。
權(quán)利要求
1.一種微型旋翼飛行器變距機(jī)構(gòu)中彈性連桿變形量的動(dòng)態(tài)測(cè)量方法，其特征在于通過(guò)貼在彈性連桿前后兩側(cè)面上的電阻應(yīng)變片，實(shí)時(shí)測(cè)得彈性連桿形變信號(hào)，輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，找出彈性連桿變形量的變化規(guī)律；具體操作步驟如下a. 將微型旋翼飛行器懸掛在試驗(yàn)臺(tái)架上，貼裝電阻應(yīng)變片并連接應(yīng)變放大器和計(jì)算機(jī)；b. 初始化測(cè)量裝置打開(kāi)應(yīng)變放大器預(yù)熱30分鐘，并打開(kāi)計(jì)算機(jī)進(jìn)行初始化；c. 采集彈性連桿形變信號(hào)，輸入計(jì)算機(jī)；d. 由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，找出當(dāng)前飛行姿態(tài)下的彈性連桿變形量的變化規(guī)律；e. 改變飛行姿態(tài)，重復(fù)步驟3)和步驟4)，最終找出各飛行姿態(tài)的彈性連桿變形量的變化規(guī)律。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型旋翼飛行器變距機(jī)構(gòu)中彈性連桿變形量的動(dòng)態(tài)測(cè)量方法，其特 征在于所述步驟5)中找出彈性連桿變形量的變化規(guī)律。具體步驟為① 根據(jù)步驟3)和步驟4)采集的信號(hào)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理建立一個(gè)坐標(biāo)系，其中橫坐標(biāo)為旋 翼飛行器的旋轉(zhuǎn)時(shí)間，縱坐標(biāo)為彈性連桿的變形量；② 在上述坐標(biāo)系中標(biāo)出各飛行姿態(tài)在各測(cè)量時(shí)間點(diǎn)上的彈性連桿變形量的坐標(biāo)點(diǎn)，則在 坐標(biāo)系中建立彈性連桿變形量與時(shí)間關(guān)系的波形圖。
3. —種微型旋翼飛行器變距機(jī)構(gòu)中彈性連桿變形量的動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，應(yīng)用于權(quán)利要求所述的 微型旋翼飛行器變距機(jī)構(gòu)中彈性連桿變形量的動(dòng)態(tài)測(cè)量方法，包括一個(gè)試驗(yàn)臺(tái)架(13)和 被測(cè)試的微型旋翼飛行器，其特征在于所述微型旋翼飛行器的槳轂(7)通過(guò)一個(gè)水銀滑 環(huán)(11)與所述試驗(yàn)臺(tái)架(13)的橫梁構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)連接而將所述旋翼飛行器懸掛于試驗(yàn)臺(tái)架(13)上，所述微型旋翼飛行器的變距機(jī)構(gòu)中彈性連桿的前后側(cè)面上各貼一片電阻應(yīng)變片 (16)。兩個(gè)電阻應(yīng)變片(16)的引出線接在所述水銀滑環(huán)(11)的下端連接體(12)和 一個(gè)帶半橋電路的應(yīng)變放大器(14)后，連接一個(gè)計(jì)算機(jī)(15).
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的微型旋翼飛行器變距機(jī)構(gòu)中彈性連桿變形量的動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，其特 征在于所述的水銀滑環(huán)(11)為市售產(chǎn)品，由其上端連接體(9)和下端連接體(12)轉(zhuǎn) 動(dòng)連接構(gòu)成，水銀滑環(huán)(11)的上端連接體(9)通過(guò)一個(gè)夾具(10)與試驗(yàn)臺(tái)架(13) 的橫梁固定連接，水銀滑環(huán)(11)的下端連接體(12)與微型旋翼飛行器的槳轂(7)固 定連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的微型旋翼飛行器變距機(jī)構(gòu)中彈性連桿變形量的動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，其特 征在于所述兩電阻應(yīng)變片(16)的引出線在所述應(yīng)變放大器(14)的接線盒中連接構(gòu)成所 述半橋電路；應(yīng)變放大器(14)采用YF-3型應(yīng)變放大器。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微型旋翼飛行器變距機(jī)構(gòu)中彈性連桿變形量的動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，其特 征在于所述計(jì)算機(jī)(15)帶有PCI2003數(shù)據(jù)采集卡，經(jīng)所述應(yīng)變放大器(14)的信號(hào)被 PCI2003釆集卡采集并存儲(chǔ)，然后由計(jì)算機(jī)(15)處理和分析。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微型旋翼飛行器變距機(jī)構(gòu)中彈性連桿變形量的動(dòng)態(tài)測(cè)量方法及系統(tǒng)。本方法是通過(guò)貼在彈性連桿前后兩側(cè)上的電阻應(yīng)變片，實(shí)時(shí)測(cè)得彈性連桿變性信號(hào)，輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，找出彈性連桿變形量的變化規(guī)律。本測(cè)量系統(tǒng)是將微型旋翼飛行器懸掛在試驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，適合對(duì)微型旋翼飛行器的姿態(tài)控制，本測(cè)試能找出各飛行姿態(tài)下的彈性連桿變形量的變化規(guī)律，從而驗(yàn)證微型旋翼飛行器非對(duì)稱(chēng)變距機(jī)理的正確性。
文檔編號(hào)G01B7/16GK101368817SQ20081020107
公開(kāi)日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2008年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月13日
發(fā)明者李恒宇, 濤 王, 均 羅, 謝少榮, 郝山坡 申請(qǐng)人:上海大學(xué)