专利名称：无人动力三角翼刹车位移测量装置及其标定方法
技术领域：
本发明属于检测技术领域，涉及无人动力三角翼的刹车位移的测量装置及其标定方法。
背景技术：
动力三角翼是一种带有动力的具有良好滑翔性能的轻型飞行器，它的主要特点:造价低廉，结构简单，可快速拆装折叠进行车载、船载和航空运输；超低空飞行性能好；起降距离短，安全可靠，操作简单易学。可以在草地、简易机场、公路起降。广泛应用于旅游、运输、石油化学管道勘察、农用灭虫、森林防火预警、航空拍摄、飞行训练、抢险救灾、警察巡逻、禁伐(渔、猎)等禁区检查、空中指挥、环境监控、特种作战、边远地区的反恐、缉毒查私和通信中继紧急求援等任务。还可满足渔业、农场业、养蜂业、地质勘察业、科学考察业和体育运动等行业的需求。动力三角翼载荷大,一般可以达到250公斤。因此将动力三角翼改装为无人机,将具备有明显的优势，因此无人动力三角翼将具有显著的经济效益和实用价值。但无人动力三角翼由于携带大量载荷，为了在全天候下可靠工作，有必要实现轮式自主起降，以解脱对操纵手的依赖，更加便于无人动力三角翼的实际应用和产品推广。自主起降功能成为无人动力三角翼最重要的飞行能力。
但是在无人动力三角翼设计的前提是将现在有人动力三角翼的操纵装置，改为无人操纵的电动装置。为了实现自主起降功能，需要对刹车制动和前轮转向进行电动改装；为了对电动装置的输出力进行选型，需要对有人动力三角翼操纵时的刹车位移、前轮操纵力矩/制动力进行测量，以计算整个自主起降地面滑跑过程中最大需要操纵力。
发明内容
(一 )要解决的技术问题本发明所要解决的技术问题是提供一种无人动力三角翼刹车位移测量装置，以满足在自主起降地面滑跑过程对无人动力三角翼刹车位移的测量需求。( 二 )技术方案为解决上述技术问题，本发明提出一种无人动力三角翼刹车位移测量装置，用于测量无人动力三角翼的刹车位移，所述无人动力三角翼包括主梁、轮叉、轮胎、刹车盘和刹车踏板，所述主梁和轮叉固定连接，所述轮胎安装在所述轮叉上，所述轮胎的轮毂侧边安装所述刹车盘；所述刹车盘受刹车踏板的控制对所述轮胎进行卡刹，所述刹车踏板可自动地进行移动，所述刹车位移测量装置包括拉线座、刹车线、拉线编码器、拉线编码器拉线、信号线和DSP板；所述拉线座固定在所述刹车踏板上；所述刹车线一端连接在拉线座上，一端连接在所述刹车盘上；所述拉线编码器与所述轮叉固定连接；所述拉线编码器拉线的一端从拉线编码器中伸出后固定在刹车线上；所述拉线编码器通过所述信号线与所述DSP板连接，并向该DSP板传送拉线位移信号；所述DSP板根据该位线位移信号计算所述刹车线的位移。本发明同时还提出一种无人动力三角翼刹车位移测量装置的标定方法，用于上述无人动力三角翼刹车位移测量装置的标定，该方法包括如下步骤:步骤S1、对所述拉线编码器测量的数据脉冲转换为所述拉线编码器拉线的位移；步骤S2、根据所述拉线编码器拉线的位移计算所述刹车线的位移。(三)有益效果(I)本发明在不影响原有前轮操纵力矩和制动力力学结构的基础上，增加新的测量装置，不会影响飞机地面滑跑的操纵安全。(2)本发明可以对自主起降滑跑过程的无人动力三角翼刹车位移进行实时测量，完成实时数据的高速率采集。
图1A和图1B是无人动力三角翼前轮装置的结构示意图，其中图1A是侧视图，图1B是前视图。图2是本发明的无人动力三角翼刹车位移测量装置的一个实施例的结构及安装位置示意图；图3是本发明的无人动力三角翼刹车位移测量装置的DSP板的结构示意图；图4是本发明的刹车位移非线性修正原理示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细 说明。图1A和图1B是动力三角翼前轮装置的结构示意图，其中图1A是侧视图，图1B是前视图。如图1A和图1B所示，前轮装置包括主梁101、摇臂102、轮轴103、刹车盘104、轮胎105、轮叉106、刹车踏板107、左减震器108、油门踏板109、右减振器110、轮罩111。主梁101和轮叉106固定连接，轮胎105安装在轮叉106上，轮胎105的轮毂侧边安装刹车盘104，刹车盘104受刹车踏板107的控制对轮胎进行卡刹。对于无人动力三角翼前轮装置，刹车踏板107可自动地进行移动。图2为本发明的无人动力三角翼刹车位移测量装置的结构及安装位置示意图。如图2所示，刹车位移测量装置包括:拉线座121、刹车线122、支架123、右尼龙滑轮124、左尼龙滑轮125、拉线编码器126、卡座127、拉线编码器拉线128、卡环129、信号线130、DSP板131。拉线座121固定在刹车踏板107上，通常位于刹车踏板107的前部。刹车线122 —端连接在拉线座121上，一端连接在刹车盘104上，中间依次经过了右尼龙滑轮124、左尼龙滑轮125。支架123 —端固定在轮叉106上，一端悬空；左尼龙滑轮125、右尼龙滑轮124分别位于支架123的左右两端，刹车线122依次绕过右尼龙滑轮124、左尼龙滑轮125，改变方向后连接到机轮刹车盘104。设置支架123的目的是安装右尼龙滑轮124、左尼龙滑轮125，保证刹车线122垂直于刹车踏板107，提高刹车踏板107位移牵引刹车线122位移的比率。卡座127与轮叉106固定连接，并通常可安装在轮叉106的中下部。拉线编码器126固定于卡座127上，由此与轮叉106固定连接，同时，拉线编码器拉线128的一端从拉线编码器126中伸出后固定在刹车线129上。通常，该一端可通过卡环129固定在刹车线122上，而拉线128的未伸出端可通过弹力滚轮等连接在拉线编码器126内部轴上。拉线编码器126通过拉线编码器信号线130与DSP板131连接，并向DSP板131传送拉线位移信号。如图2所示，信号线130可沿着轮叉106布置，在主梁101上连接于DSP板131。DSP板131优选为高速DSP板，用于接收拉线编码器126的信号以进行刹车拉线位移测量。无人动力三角翼刹车位移测量装置I的工作过程如下:自控制刹车踏板107103，牵引刹车线122移动。在卡环129的作用下，拉线编码器拉线128跟随刹车线122移动，带动拉线编码器126输出拉线位移信号，通过信号线130将拉线位移信号送到DSP板131，进行高速采集和记录。图3是本发明的无人动力三角翼刹车位移测量装置的DSP板的结构示意图。如图3所示，其包括:DSP主芯片1311、SD卡1312、RAM1313、RS232接口 1314、电源1315、正交编码器 QEP 接口 1316、AD 接口 1317、SPI 总线 1318、SCI 总线 1319。DSP主芯片1311例如可采用TI公司的DSP芯片TMS320F28335 (主频150Mhz)，通过SPI总线1318与SD卡1312连接，通外芯片自带的外部RAM接口与RAM1313连接，通过SCI总线1319与RS232接口 1314连接，通过正交编码器QEP接口 1316与信号线130连接。DSP主芯片1311主要用于数据采集、系统管理、通讯和数据记录；SD卡1312主要用于数据永久记录；RAM1313主要用于采集数据临时存放；RS232接口 1314用于与PC通讯，进行参数设置；电源1315提供DSP和各种外设的电源，输出5V、3.3V和1.8V。正交编码器QEP接口 1316用于采集拉线编码器126的正交编码信号。本发明对于对于刹车位移(mm)的标定步骤包括:步骤S1、对拉线·编码器126测量的数据脉冲转换为拉线128的位移；步骤S2、根据拉线128的位移计算刹车线122的位移。首先，在步骤SI中，拉线编码器126测量的是脉冲量P，如果拉线编码器126的一周的脉冲线数T采用正交编码AB相，一周脉冲是4T)，拉线编码器126内部轮轴半径为Rmm,则脉冲P与拉线位移S的转化关系为:S = -1nRCl)
47’接着，参照图4来说明步骤S2。图4是本发明的刹车位移非线性修正原理示意图。
如图4所示，由于拉线编码器126的拉线编码器拉线128与刹车线122非平行安装，所以拉
线编码器126读数需要进行修正才可以形成刹车位移。在刹车过程中拉线编码器126的最
小行程Smin(B点)、最大行程Smax (A点)，刹车位移的当前点是N点。其中侧偏距离D、最大
行程Smax可以通过尺子测量出来，当刹车执行时，拉线编码器读数变化ΔΡ，则实际的刹车
线122的行程Λ Se是(非线性修正公式):
ΓAl'
AS = —InR 47’<{__⑵
ASe=^Slx-D -^Smax-ASy-D-其中:Τ为采用拉线编码器126的一周线数，R为拉线编码器126内部轮轴的半径，AP为刹车过程中拉线编码器126脉冲数变化量。本发明的无人动力三角翼刹车位移测量装置可以对自主起降地面滑跑阶段的动力三角翼刹车位移进行实时测量，完成实时数据的高速率采集，采样速率IOKhz。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之 内。
权利要求
1.一种无人动力三角翼刹车位移测量装置，用于测量无人动力三角翼的刹车位移，所述无人动力三角翼包括主梁(101)、轮叉(106)、轮胎(105)、刹车盘(104)和刹车踏板(107)，所述主梁(101)和轮叉(106)固定连接，所述轮胎(105)安装在所述轮叉(106)上，所述轮胎(105)的轮毂侧边安装所述刹车盘(104);所述刹车盘(104)受刹车踏板(107)的控制对所述轮胎(105)进行卡刹，所述刹车踏板(107)可自动地进行移动，其特征在于， 所述刹车位移测量装置包括拉线座(121)、刹车线(122)、拉线编码器(126)、拉线编码器拉线(128)、信号线(130)和DSP板(131)； 所述拉线座(121)固定在所述刹车踏板(107)上； 所述刹车线(122) —端连接在拉线座(121)上，一端连接在所述刹车盘(104)上； 所述拉线编码器(126)与所述轮叉(106)固定连接； 所述拉线编码器拉线(128)的一端从拉线编码器(126)中伸出后固定在刹车线(122)上； 所述拉线编码器(126)通过所述信号线(130)与所述DSP板(131)连接，并向该DSP板(131)传送拉线位移信号； 所述DSP板(131)根据该位线位移信号计算所述刹车线的位移。
2.如权利要求1所述的无人动力三角翼刹车位移测量装置，其特征在于，还包括支架(123)，所述支架(123) —端固定在轮叉106上，一端悬空；在所述支架(123)的左右两端分别安装有左滑轮(125)和右滑轮(124);所述刹车线(122)在所述拉线座(121)与刹车盘·(104)之间依次经过所述右滑轮(124)和左滑轮(125)。
3.如权利要求1所述的无人动力三角翼刹车位移测量装置，其特征在于，还包手卡座(127)，所述卡座(127)与所述轮叉(106)固定连接，所述拉线编码器(126)固定于该卡座(127)上。
4.如权利要求1所述的无人动力三角翼刹车位移测量装置，其特征在于，所述拉线编码器拉线(128)通过卡环(129)固定在所述刹车线(122)上。
5.如权利要求1所述的无人动力三角翼刹车位移测量装置，其特征在于，所述DSP板(131)为高速DSP板。
6.如权利要求5所述的无人动力三角翼刹车位移测量装置，其特征在于，所述DSP板(131)包括正交编码器QEP接口(1316)，其用于采集所述拉线编码器(126)的正交编码信号。
7.一种无人动力三角翼刹车位移测量装置的标定方法，所述无人动力三角翼刹车位移测量装置为权利要求1至6中任一项所述的无人动力三角翼刹车位移测量装置，其特征在于，包括如下步骤: 步骤S1、对所述拉线编码器(126)测量的数据脉冲转换为所述拉线编码器拉线(128)的位移； 步骤S2、根据所述拉线编码器拉线(128)的位移计算所述刹车线(122)的位移。
8.如权利要求7所述的无人动力三角翼刹车位移测量装置的标定方法，其特征在于，在步骤S2中，根据如下公式计算刹车线的位移:
全文摘要
本发明公开了一种无人动力三角翼刹车位移测量装置及其标定方法，该装置包括拉线座、刹车线、拉线编码器、拉线编码器拉线、信号线和DSP板；拉线座固定在刹车踏板上；刹车线一端连接在拉线座上，一端连接在刹车盘上；拉线编码器与轮叉固定连接；拉线编码器拉线的一端从拉线编码器中伸出后固定在刹车线上；拉线编码器通过信号线与DSP板连接，并向该DSP板传送拉线位移信号；DSP板根据该位线位移信号计算刹车线的位移。本发明在不影响原有前轮操纵力矩和制动力力学结构的基础上，增加新的测量装置，不会影响飞机地面滑跑的操纵安全；可以对自主起降滑跑过程的无人动力三角翼的刹车位移进行实时测量，完成实时数据的高速率采集。
文档编号G01B21/02GK103234500SQ201310108748
公开日2013年8月7日 申请日期2013年3月29日 优先权日2013年3月29日
发明者范国梁, 易建强, 常红星, 袁如意, 高俊龙 申请人:中国科学院自动化研究所