一种固定翼无人机舵机自动检测系统的制作方法

1.本实用新型涉及无人机设备检测领域，具体涉及一种固定翼无人机舵机自动检测系统。


背景技术：

2.本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
3.无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作，舵机是无人机内部的一个重要部件，是指在自动驾驶仪中操纵飞机舵面转动的一种执行部件。
4.目前现有的无人机舵机检测设备，都只能针对于舵机的单一功能进行检测；其中，对于舵机的角度和扭矩检测需分别采用两种设备进行检测，无法通过同一设备完成，造成检测的效率大大降低，同时由于是不同设备单独进行了检测，两者之间的数据整理也变得更为复杂，无疑增加了检测人员的工作量。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于：针对目前对于舵机的角度和扭矩检测需分别采用两种设备进行，无法通过同一设备完成，造成检测的效率大大降低，同时由于是不同设备单独进行了检测，两者之间的数据整理也变得更为复杂，无疑增加了检测人员的工作量的问题，提供了一种固定翼无人机舵机自动检测系统，通过单一设备即可完成无人机舵机的角度和扭矩检测，从而解决了上述问题。
6.本实用新型的技术方案如下：
7.一种固定翼无人机舵机自动检测系统，包括：
8.控制单元，所述控制单元起核心控制作用，同时可为被测舵机供电和接收被测舵机的反馈值；
9.角度测试装置，所述角度测试装置与控制单元通讯，用于被测舵机的角度范围测试；
10.扭矩测试装置，所述扭矩测试装置与控制单元通讯，用于被测舵机的扭矩指标测试；
11.ac/dc模块，所述ac/dc模块将外接的220v交流电转换成需要的直流电压，为控制单元、角度测试装置、扭矩测试装置供电。
12.进一步地，还包括：电容触摸屏；
13.所述电容触摸屏与控制单元通讯，用于提供人机交互界面；
14.所述ac/dc模块同时为电容触摸屏供电。
15.进一步地，还包括：万用表和四象限电源；
16.所述万用表和四象限电源通过usb总线与控制单元连接；
17.其中，所述万用表用于获取被测舵机的反馈值，并将反馈值传输给控制单元，所述
反馈值包括：反馈电压、连续工作电流、制动电流；
18.四象限电源用于为被测舵机提供控制电压，控制被测舵机运动。
19.进一步地，还包括：继电器开关；
20.所述ac/dc模块、万用表、四象限电源通过继电器开关与被测舵机、角度测试装置、扭矩测试装置连接，由继电器开关进行通道切换。
21.进一步地，所述四象限电源，包括：fpga模块、电源转换单元、usb接口单元、四个器件电源单元、i-v测量与驱动单元。
22.进一步地，所述角度测试装置，包括：
23.底板，所述底板上设有角度测试夹具和角度传感器；
24.所述角度测试夹具包括：用于放置被测舵机的夹具平板和用于将被测舵机固定在夹具平板上的固定装置；
25.所述角度传感器的输入端设置有用于与被测舵机摇臂连接的卡槽，所述被测舵机摇臂卡入卡槽内，从而带动角度传感器同轴旋转；所述角度传感器的输出端与控制单元通讯，角度传感器将测得的角度数据上传至控制单元。
26.进一步地，所述扭矩测试装置，包括：
27.底板，所述底板上设有扭矩测试夹具和扭矩传感器；
28.所述扭矩测试夹具包括：用于放置被测舵机的夹具平板和用于将被测舵机固定在夹具平板上的固定装置；
29.所述扭矩传感器的输入端设置有用于与被测舵机摇臂连接的卡槽，所述被测舵机摇臂卡入卡槽内，从而带动扭矩传感器同轴旋转；所述扭矩传感器的输出端与控制单元通讯，扭矩传感器将测得的扭矩数据上传至控制单元。
30.进一步地，所述固定装置，包括：
31.安装在底板上的支撑杆，所述支撑杆的上端设置螺纹段；
32.下压板，所述下压板上设有供螺纹段穿过的通孔；
33.螺帽，所述螺帽与螺纹段配合，通过旋转螺帽使下压板向下移动，将被测舵机固定在夹具平板上。
34.与现有的技术相比本实用新型的有益效果是：
35.一种固定翼无人机舵机自动检测系统，包括：控制单元，所述控制单元起核心控制作用，同时可为被测舵机供电和接收被测舵机的反馈值；角度测试装置，所述角度测试装置与控制单元通讯，用于被测舵机的角度范围测试；扭矩测试装置，所述扭矩测试装置与控制单元通讯，用于被测舵机的扭矩指标测试；ac/dc模块，所述ac/dc模块将外接的220v交流电转换成需要的直流电压，为控制单元、角度测试装置、扭矩测试装置供电；其通过单一设备即可完成无人机舵机的角度和扭矩检测，且采用模块化设计，方便后续维修和设备更换。
附图说明
36.图1为一种固定翼无人机舵机自动检测系统的原理图；
37.图2为继电器开关内部连接图；
38.图3为四象限电源的硬件框架图；
39.图4为角度测试装置的结构示意图；
40.图5为扭矩测试装置的结构示意图。
41.附图标记：1-底板，2-角度传感器，3-夹具平板，4-卡槽，5-被测舵机摇臂，6-扭矩传感器，7-支撑杆，8-下压板，9-螺帽。
具体实施方式
42.需要说明的是，术语“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。
43.下面结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。
44.实施例一
45.目前现有的无人机舵机检测设备，都只能针对于舵机的单一功能进行检测；其中，对于舵机的角度和扭矩检测需分别采用两种设备进行检测，无法通过同一设备完成，造成检测的效率大大降低，同时由于是不同设备单独进行了检测，两者之间的数据整理也变得更为复杂，无疑增加了检测人员的工作量。
46.本实施例针对于上述问题，提出了一种固定翼无人机舵机自动检测系统，通过单一设备即可完成无人机舵机的角度和扭矩检测，且采用模块化设计，方便后续维修和设备更换。
47.请参阅图1-5，一种固定翼无人机舵机自动检测系统，具体包括：
48.控制单元，所述控制单元起核心控制作用，同时可为被测舵机供电和接收被测舵机的反馈值；优选地，所述控制单元对外提供usb总线接口、rs232串行总线接口、hdmi接口；对内采用电容触摸屏作为人机交互接口；
49.角度测试装置，所述角度测试装置与控制单元通讯，用于被测舵机的角度范围测试；
50.扭矩测试装置，所述扭矩测试装置与控制单元通讯，用于被测舵机的扭矩指标测试；
51.ac/dc模块，所述ac/dc模块将外接的220v交流电转换成需要的直流电压，为控制单元、角度测试装置、扭矩测试装置供电；同时为电容触摸屏供电；由于被测舵机需要+13v/-13v 的供电电压、角度测试装置中的角度传感器需要+9~30vdc 的供电电压、扭矩测试装置中的扭矩传感器需要24v的供电电压，因此配置ac/dc模块将220v交流电转换成需要的直流电压；
52.其中，优选地，所述控制单元是检测系统正常工作的基础和前提，是检测系统软件运行平台，控制单元的可靠性和稳定性决定了检测系统的可靠性和稳定性；在对控制单元进行选型时，在稳定可靠的基础上要重点考虑cpu处理速度和存储容量等要求，为了满足检测系统的升级扩展需求要留有裕量，控制单元搭载windows 7操作系统，配置i5处理器，1tgb大容量机械硬盘，128g固态硬盘，系统盘c盘，数据目录保存至d盘，数据双磁盘备份，在
处理速度和存储容量完全满足被测舵机的测试需求；由于检测系统其他模块采用usb总线和串行总线等与控制单元进行数据交互，还要考虑检测系统对外接口要求：hdmi接口（预留vr显示器接口）、双路rs232串行总线接口、双路usb总线接口（键盘鼠标或者打印机），所以控制单元要充分考虑串行总线、usb总线等接口数量，要求显示输出接口1个hdmi，2个千兆网口，usb接口不少于4个，串口不少于2个；除此之外，内存最大可支持16g，显示方面要求采用大于15寸的电容触摸屏，提供gpio接口，从而通过gpio接口实现测试电缆异常脱落报警功能（在测试电缆中制作gpio信号短接线，被测舵机与检测系统连接成功后，gpio接口的输入和输出短接，实现测试电缆异常脱落报警的功能）；所以综上所述，控制单元拟选用工业级平板电脑hr-x156x3(t)；
53.该平板电脑具有以下主要特点：
54.intel atom j1900 系列处理器；
55.最高可支持16gb内存；
56.2个板载显示接口（hdmi、vga）；
57.6个usb接口；
58.2个千兆网口；
59.支持6个rs232（3 线），其中2个可选 rs232/242/485；
60.支持1个msata和1个sata2.0；
61.提供8个gpio；
62.dc9-36v电源可选；
63.电容触摸屏；
64.工作温度：-20
–
60℃（采用特殊宽温液晶显示屏，在低温环境下不需要加热，可直接启动工作）。
65.在本实施例中，具体的，还包括：万用表和四象限电源；所述万用表测试精度可达5位半，完全满足被测舵机反馈电压和制动电流的测试需求；所述四象限电源用于满足被测舵机的角度控制，可提供-10v~+10v的电压输出范围，最大
±
1000ma 的电流输出范围，完全满足舵机-5v～+5v的控制电压的需求；
66.所述万用表和四象限电源通过usb总线与控制单元连接；
67.其中，所述万用表用于获取被测舵机的反馈值，并将反馈值传输给控制单元，所述反馈值包括：反馈电压、连续工作电流、制动电流；优选地，在本实施例中，为了满足项目小型化、便携式的需求，万用表选用小型化的usb总线万用表模块ni公司的usb-4065；该万用表具有以下主要指标和特点：
68.电压测量范围：
±
300v；
69.电流测量范围：
±
3a；
70.四象限电源用于为被测舵机提供控制电压，控制被测舵机运动。
71.在本实施例中，具体的，万用表主要实现被测舵机的反馈电压、连续工作电流和制动电流的测试，反馈电压范围为-2v～+2v，此外，进行连续工作电流和制动电流测试时，需要把万用表串联到测试通路中，所以需要配合继电器开关实现电压和电流测试通道的切换；
72.如图2所示，所述ac/dc模块、万用表、四象限电源通过继电器开关与被测舵机、角
度测试装置、扭矩测试装置连接，由继电器开关进行通道切换；优选地，所述继电器开关选用成熟可靠的工业级产品 jy-dam3200，其主要特点及指标：
73.32路继电器控制；
74.dc5v/12v/24v（默认 12v）；
75.继电器输出触点隔离；
76.通讯接口支持 rs485、rs232；
77.通信波特率：2400,4800,9600,19200,38400（可以通过软件修改，默认9600）；
78.通信协议：支持标准 modbus rtu 协议；
79.可以设置 0-255 个设备地址，8 位地址拨码开关可以设置 1-254 地址码；
80.具有闪开、闪断功能，可以在指令里边带参数、操作继电器开一段时间自动关闭；
81.具有频闪功能，可以控制器继电器周期性开关。
82.在本实施例中，具体的，所述四象限电源，包括：fpga模块、电源转换单元、usb接口单元、四个器件电源单元、i-v测量与驱动单元；优选地，所述四象限电源选用一款 usb 总线 smu 便携式产品，支持四种组合的加压测压、加压测流、加流测压、加流测流的i-v四象限工作模式，可以通过加压测流、加流测压等方式实现被测器件的i-v直流特性测试，可以应用于集成电路、分立元件、材料的电特性测试；该四象限电源支持4通道、多档位电流输出、测量触发等功能；其具体硬件框架图如图3所示；
83.其中，usb 通信由fpga模块实现，用于通过上位机与usb控制器通信，接收主控制器发送的命令，将数据和状态信息返回主控制器等；
84.电源转换单元主要用于给整个四象限电源提供电源，将电源适配器提供的+12v通过dc/dc变换为电路板中各元器件需要使用的电源，主要包括+3.3v，
±
15v等；器件电源单元主要用于将dc/dc输出的电源进行调理，包括滤波、稳压、放大等，通过内部继电器单元输出至被测舵机，为被测舵机提供高精度、稳定的电源；内部继电器单元主要用于器件电源和被测件之间的连接切换，包括输出开关控制、档位切换等；
85.电源转换单元
86.电源转换单元是四象限电源能正常工作的最基本电路；主要分两个重要部分，一个是为fpga部分供电，一个是为器件电源单元部分供电，该fpga需要1.0v/1.2v电压来供给内部逻辑电压vccint和pll数字电压vccd_pll，需要2.5v供给 pll模拟电压vcca，另外io电压vccio可接入1.2v、1.5v、1.8v、v、3.3v等不同电压来给每个bank提供不同的电压标准；因此，在设计上，把输入适配器的电压分别转换为3.3v、2.5v、1.2v来维持fpga模块核心板正常工作；同时为了方便检测电源工作状态，电路板在3.3v电源输出处接上发光二极管以充当电源指示灯；选用外置mos的dc/dc控制器进行电压转换，以提高控制电源输出功率。
87.器件电源单元
88.要实现高精度电源输出，选择低温漂的器件及科学的pcb布局布线来提高精度和可靠性，通过双极性放大电路解决四象限输出问题，借助大功率运放解决功率问题；通过使用高精度、高稳定性的18位a/d和16位d/a提高分辨率，最终制做出指标达标的模块。
89.电源的电路包括数字电路和模拟电路两部分；数字部分主要完成目标值设置、通过控制算法计算相应da值并向模拟电路输出da值、回读模拟电路的ad值、通过控制信号线控制继电器完成电流模式及电压模式的切换，以及电源输出的关闭与开启；模拟电路主要
实现da信号的放大、电流电压的输出、取样、硬件反馈及输出调整、过流过压保护。
90.内部继电器
91.i-v测量与驱动单元内部的每个通道配置有两级4个继电器，第一级三个用于不同档位电流控制，第二级用于控制输出的开关；在输出的同时检测取样电阻上的高电位端和低电位端的电压差，结合取样电阻值可计算出电流，从而可以实现模块的过压和过流保护功能。
92.usb接口单元
93.usb接口单元主要基于上位机对四象限电源进行通信、控制；基于上位机或者接口驱动来实现对四象限电源的测试模式选择、测量信息配置、校准设置、数据测量与绘制等功能，满足用户的多场景测试配置的需求。
94.在本实施例中，具体的，请参阅图4，所述角度测试装置，包括：
95.底板1，所述底板1上设有角度测试夹具和角度传感器2；优选地，所述角度传感器2采用高精度单圈绝对值旋转编码器，用于测试被测舵机输出角度；
96.所述角度测试夹具包括：用于放置被测舵机的夹具平板3和用于将被测舵机固定在夹具平板3上的固定装置；
97.所述角度传感器2的输入端设置有用于与被测舵机摇臂5连接的卡槽4，所述被测舵机摇臂5卡入卡槽4内，从而带动角度传感器2同轴旋转；所述角度传感器2的输出端与控制单元通讯，角度传感器2将测得的角度数据上传至控制单元。
98.在本实施例中，具体的，请参阅图5，所述扭矩测试装置，包括：
99.底板1，所述底板1上设有扭矩测试夹具和扭矩传感器6；
100.所述扭矩测试夹具包括：用于放置被测舵机的夹具平板3和用于将被测舵机固定在夹具平板3上的固定装置；
101.所述扭矩传感器6的输入端设置有用于与被测舵机摇臂5连接的卡槽4，所述被测舵机摇臂5卡入卡槽4内，从而带动扭矩传感器6同轴旋转；所述扭矩传感器6的输出端与控制单元通讯，扭矩传感器6将测得的扭矩数据上传至控制单元；
102.其中扭矩传感器6采用动态扭矩传感器6，用于测试舵机扭矩，采用应变片电测技术，在弹性轴上组成应变桥，向应变桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号；将该应变信号放大后，经过压/频转换，变成与扭应变成正比的频率信号，通过光耦合及相应的处理电路，将转速信号转换成脉冲信号输出，最后通过串行总线上传扭矩数据。
103.在本实施例中，具体的，所述固定装置，包括：
104.安装在底板1上的支撑杆7，所述支撑杆7的上端设置螺纹段；
105.下压板8，所述下压板8上设有供螺纹段穿过的通孔；
106.螺帽9，所述螺帽9与螺纹段配合，通过旋转螺帽9使下压板8向下移动，将被测舵机固定在夹具平板3上。
107.以上所述实施例仅表达了本技术的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。
108.提供本背景技术部分是为了大体上呈现本实用新型的上下文，当前所署名的发明
人的工作、在本背景技术部分中所描述的程度上的工作以及本部分描述在申请时尚不构成现有技术的方面，既非明示地也非暗示地被承认是本实用新型的现有技术。