振动模态优化方法、振动模态优化装置和无人机

技术领域

本申请涉及无人机技术领域，特别涉及一种振动模态优化方法、振动模态优化装置和无人机。

背景技术

目前无人机为了折叠的便携性，多采用折叠桨叶。无人机机臂相对较长，端部的电机质量较大，脚架除起到支撑作用之外，还有其它附加功能，这使得对机臂部分引入更多的质量和惯量，容易在无人机大机动、桨叶高转速时发生失稳，机臂的剧烈振动，影响飞行安全性和正常成像。

发明内容

本申请的实施方式提供一种振动模态优化方法、振动模态优化装置和无人机。

本申请实施方式的振动模态优化方法，用于无人机，所述无人机包括机身和机臂组件，所述机臂组件包括机臂和电机，所述机臂的一端可转动地连接所述机身，所述机臂另一端的顶部连接有所述电机，所述机臂另一端的底部连接有脚架，所述电机的输出轴连接有桨叶；

所述振动模态优化方法包括：

获取所述桨叶的临界失稳桨频；

根据所述桨叶的临界失稳桨频，调节所述机臂的扭转频率、所述桨叶的桨叶平面到机臂扭转轴的距离和所述机臂组件关于所述机臂扭转轴的惯性矩中的至少一个。

本申请实施方式的振动模态优化装置，用于无人机，所述无人机包括机身和机臂组件，所述机臂组件包括机臂和电机，所述机臂的一端可转动地连接所述机身，所述机臂另一端的顶部连接有所述电机，所述机臂另一端的底部连接有脚架，所述电机的输出轴连接有桨叶，所述振动模态优化装置包括处理器，所述处理器用于获取所述桨叶的临界失稳桨频；以及用于根据所述桨叶的临界失稳桨频，调节所述机臂的扭转频率、所述桨叶的桨叶平面到机臂扭转轴的距离和所述机臂组件关于所述机臂扭转轴的惯性矩中的至少一个。

本申请实施方式的无人机，由上述的振动模态优化方法优化得到。

本申请实施方式的振动模态优化方法、振动模态优化装置和无人机，通过以桨叶的临界失稳桨频为参照，来调节机臂的扭转频率、桨叶平面到机臂扭转轴的距离和机臂组件关于机臂扭转轴的惯性矩的至少一个，来使得桨叶的实际桨频低于桨叶的临界失稳桨频的要求。这样在桨叶高速转动时，能够使机臂组件的振动最小化，保证了无人机的飞行安全性和正常工作。

本申请的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实施方式的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请实施方式的振动模态优化方法的流程示意图；

图2是本申请实施方式的无人机的结构示意图；

图3是本申请实施方式的无人机的另一结构示意图；

图4是本申请实施方式的振动模态优化装置的模块示意图；

图5是本申请另一实施方式的振动模态优化方法的流程示意图；

图6是本申请又一实施方式的振动模态优化方法的流程示意图；

图7是本申请再一实施方式的振动模态优化方法的流程示意图；

图8是本申请另一实施方式的振动模态优化方法的流程示意图；

图9是本申请实施方式的无人机的机臂的结构示意图；

图10是本申请实施方式的无人机的脚架的结构示意图；

图11是本申请实施方式的无人机的脚架的另一结构示意图；

图12是本申请实施方式的无人机的机臂组件的另一结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，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，也可以是电连接或可以相互通信；可以是直接相连，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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

请参阅图1、图2和图3，本申请实施方式的一种振动模态优化方法，用于无人机100，无人机100包括机身20和机臂组件30，机臂组件30包括机臂32和电机34，机臂32的一端可转动地连接机身20，机臂32另一端的顶部连接有电机34，机臂32另一端的底部连接有脚架40，电机34的输出轴连接有桨叶50；

振动模态优化方法包括：

步骤S11：获取桨叶50的临界失稳桨频ω；

步骤S12：根据桨叶50的临界失稳桨频ω，调节机臂32的扭转频率ωx、桨叶50的桨叶平面到机臂扭转轴的距离h和机臂组件30关于机臂扭转轴的惯性矩Mx中的至少一个。

其中，桨叶50的桨叶平面到机臂扭转轴的距离h为桨叶50的重心到机臂扭转轴的垂向距离；机臂组件30关于机臂扭转轴的惯性矩Mx是指机臂32、电机34、脚架40等结构相对于机臂扭转轴的惯性矩。

请参阅图4，本申请实施方式的振动模态优化装置200，用于无人机100，无人机100包括机身20和机臂组件30，机臂组件30包括机臂32和电机34，机臂32的一端可转动地连接机身20，机臂32另一端的顶部连接有电机34，机臂32另一端的底部连接有脚架40，电机34的输出轴连接有桨叶50。振动模态优化装置200包括处理器201，处理器201用于获取桨叶50的临界失稳桨频ω；以及用于根据桨叶50的临界失稳桨频ω，调节机臂32的扭转频率ωx、桨叶50的桨叶平面到机臂扭转轴的距离h和机臂组件30关于机臂扭转轴的惯性矩Mx中的至少一个。

本申请实施方式的无人机100，由上述的振动模态优化方法优化得到。

本申请实施方式的振动模态优化方法、振动模态优化装置200和无人机100，通过以桨叶50的临界失稳桨频ω为参照，来调节机臂32的扭转频率ωx、桨叶平面到机臂扭转轴的距离h和机臂组件30关于机臂扭转轴的惯性矩Mx的至少一个，来使得桨叶50的实际桨频低于桨叶50的临界失稳桨频ω的要求，这样在桨叶50高速转动时，能够使机臂组件30的振动最小化，保证了无人机100的飞行安全性和正常工作。

具体地，无人机100可包括云台，云台安装在机身20，云台上设置有拍摄装置。如此，可以无人机100可具备拍摄功能，而云台可为拍摄装置增稳及姿态调整，使得拍摄效果更好和能够满足更多需求。

可以理解，在相关技术中，无人机为了折叠的便携性，多采用折叠桨叶。无人机机臂相对较长，端部的电机质量较大，脚架除起到支撑作用之外，还有其它附加功能，这使得对机臂部分引入更多的质量和惯量，容易在无人机大机动、桨叶高转速时发生失稳，机臂的剧烈振动，影响飞行安全性和正常成像。而且，在高温高湿环境下，材料力学性能下降，更容易发生机臂振动，对无人机安全工作形成更大的风险。

相关技术通常通过以下三种方式减弱机臂的振动：限制无人机的桨叶转速以在变动空间较小的情况下避免发生振动、对机臂结构使用模量更高的材料以提升机臂的扭转频率从而提高桨叶的临界转速、使用非折叠桨。

然而，限制无人机的桨叶转速会限制无人机的拉力和机动性。模量高的机臂材料相应的密度一般也会更大，对机臂结构使用模量更高的材料，会增加成本或重量。使用非折叠桨，会增加无人机的折叠体积，导致便携性降低。而且，使用非折叠桨叶，也会出现机臂振动放大的现象。

而本申请实施方式的振动模态优化方法、振动模态优化装置200和无人机100，通过以桨叶50的临界失稳桨频ω为参照，来调节前述参数中的至少一个，在避免了上述问题的同时，可以使得桨50叶的实际桨频低于桨叶50的临界失稳桨频ω的要求，从而在桨叶50高速转动时，使得机臂组件30的振动最小化，有利于保证无人机100的飞行安全性和正常工作。

具体地，在步骤S11中，可以获取输入信息，并根据输入信息确定临界失稳桨频ω。如此，用户可以通过将输入信息输入至振动模态优化装置200，从而使得处理器201获取临界失稳桨频ω，便于用户的自定义设置和调试。具体地，输入信息可以包括临界失稳桨频ω，处理器201可识别输入信息以得到临界失稳桨频ω。输入信息也可包括用于计算临界失稳桨频ω的数据，处理器201可根据输入信息计算临界失稳桨频ω。具体地，振动模态优化装置200可连接有输入装置，输入装置包括但不限于触摸屏、按键(包括鼠标和键盘)、手势识别摄像头及麦克风。输入信息包括但不限于由触摸屏输入的信息、按键信息、手势信息、语音信息。在此不对输入信息的具体形式进行限定。

振动模态优化装置200包括但不限于个人计算机、手机、平板电脑、笔记本电脑、可穿戴设备。在此不对振动模态优化装置200的具体形式进行限定。振动模态优化装置200可包括存储器202，存储器202可存储有临界失稳桨频ω，处理器201可从存储器202读取临界失稳桨频ω。如此，无需用户输入，获取速度较快，有利于缩短振动模态优化方法的执行时间。

可以理解，若桨叶50的转速高于临界失稳桨频ω，容易导致桨叶50失稳，从而引发机臂32振动。在步骤S12中，在一个实施方式中，临界失稳桨频ω的值可以等于桨叶50转速的最高值，在这种情况下，由于桨叶50的转速不可能超过桨叶50转速的最高值，因此，桨叶50的转速也就不可能超过临界失稳桨频ω。这样，就可以避免桨叶50的转速高于临界失稳桨频ω，从而在保证无人机100机动性的情况下，可避免桨叶50失稳而引发机臂32振动。

在步骤S12中，可根据桨叶50的临界失稳桨频ω，调节机臂32的扭转频率ωx、桨叶50的桨叶平面到机臂扭转轴的距离h和机臂组件30关于机臂扭转轴的惯性矩Mx中的一个、两个或全部。

在一个例子中，可根据桨叶50的临界失稳桨频ω，调节机臂32的扭转频率ωx。在另一个例子中，可根据桨叶50的临界失稳桨频ω，调节桨叶50的桨叶平面到机臂扭转轴的距离h。在又一个例子中，可根据桨叶50的临界失稳桨频ω，调节机臂组件30关于机臂扭转轴的惯性矩Mx。

在再一个例子中，可根据桨叶50的临界失稳桨频ω，调节机臂32的扭转频率ωx和桨叶50的桨叶平面到机臂扭转轴的距离h。在另一个例子中，可根据桨叶50的临界失稳桨频ω，调节机臂32的扭转频率ωx和机臂组件30关于机臂扭转轴的惯性矩Mx。在又一个例子中，可根据桨叶50的临界失稳桨频ω，调节桨叶50的桨叶平面到机臂扭转轴的距离h和机臂组件30关于机臂扭转轴的惯性矩Mx。

在再一个例子中，可根据桨叶50的临界失稳桨频ω，调节机臂32的扭转频率ωx、桨叶50的桨叶平面到机臂扭转轴的距离h和机臂组件30关于机臂扭转轴的惯性矩Mx。

请注意，以上仅为示例，在此不对调节参数的具体内容和具体数量进行限定。

在某些实施方式中，临界失稳桨频ω与机臂32的扭转频率ωx正相关；临界失稳桨频ω与桨叶平面到机臂扭转轴的距离h的平方h2负相关；临界失稳桨频ω与机臂组件30关于机臂扭转轴的惯性矩Mx负相关。

如此，通过临界失稳桨频ω与上述参数的相关性，可更加准确快速地调节上述参数，有利于缩短调节的时间和提高调节的效率。在本实施方式中，临界失稳桨频ω与上述参数的相关性可用如下公式表达：

其中，ω为临界失稳桨频，ωx为机臂32的扭转频率，K为影响因子，h为桨叶平面到机臂扭转轴的距离，Mx为机臂组件30关于机臂扭转轴的惯性矩。

可以理解，临界失稳桨频ω与影响因子K负相关，而影响因子K与桨叶平面到机臂扭转轴的距离h的平方正相关，与机臂组件30关于机臂扭转轴的惯性矩Mx正相关，所以，临界失稳桨频ω与机臂扭转轴的距离h的平方负相关，与机臂组件30关于机臂扭转轴的惯性矩Mx负相关。

因此，可通过降低桨叶平面到机臂扭转轴的距离h，使得

进一步地，可获取设定的距离范围，并在距离范围内调节桨叶平面到机臂扭转轴的距离h。如此，可以避免桨叶平面到机臂扭转轴的距离h超出设定的距离范围而导致机臂32发生失稳振动。设定的距离范围可为1-5cm。例如为1cm、2cm、2.5cm、3cm、4cm、5cm。在此不对设定的距离范围的具体数值进行限定。

在某些实施方式中，振动模态优化方法包括：

调节机臂32的半径r、机臂32的壁厚t、机臂32的长度L、机臂32的剪切模量G、机臂32扭转的转动惯量I中的至少一个来调节机臂32的扭转频率ωx。

在某些实施方式中，处理器201用于调节机臂32的半径r、机臂32的壁厚t、机臂32的长度L、机臂32的剪切模量G、机臂32扭转的转动惯量I中的至少一个来调节机臂32的扭转频率ωx。

如此，在步骤S12中要调节的参数包括机臂32的扭转频率ωx的情况下，可以通过上述方法实现对机臂32的扭转频率ωx的调节。

具体地，可调节上述参数调节机臂32的半径r、机臂32的壁厚t、机臂32的长度L、机臂32的剪切模量G、机臂32扭转的转动惯量I中的一个、两个、三个、四个或全部，来调节机臂32的扭转频率ωx。在此不对调节的参数的数量进行限定。

进一步地，在调节多个参数的情况下，可优先调节机臂32的半径r。可以理解，在上述参数中，机臂32的半径r对于扭转频率ωx的影响较大，换言之，调节机臂32的半径r对于调节扭转频率ωx较有效。因此，可优先调节机臂32的半径r，从而提高调节效率。可以理解，在其它实施方式中，可根据具体的实际情况可对多个参数按不同的顺序进行调整，而不限于先调整机臂32的半径。

进一步地，可获取设定的半径范围，并在设定的半径范围内调节机臂32的半径r。如此，可以避免机臂32的半径r过低或过高，而导致机臂32与无人机100的其他结构干涉，或突破了无人机100外观造型的约束。

进一步地，可获取设定的壁厚范围，并在设定的壁厚范围内调节机臂32的壁厚t。如此，可以避免机臂32的壁厚t过低，而导致机臂32的可靠性较低，并可避免机臂32的壁厚t过高，而导致无人机100的重量过大、阻力过高。

进一步地，可获取设定的长度范围，并在设定的长度范围内调节机臂32的长度L。如此，可以避免机臂32的长度L过低或过高，而导致机臂32与无人机100的其他结构干涉，或导致无人机100的性能较差。

进一步地，机臂32的剪切模量G与机臂32的材料相关。如此，可通过选用不同的材料来调节机臂32的剪切模量G。

更进一步地，机臂32的材料可包括聚酰胺(Polyamide，PA)，或PA与玻璃纤维的混合材料。如此，可以使得机臂32的剪切模量G较高。而且，这样的材料的性能随温度变化少、随湿度变化少，可以降低机臂32的重量。

在本实施方式的一个例子中，可选用PA612和玻璃纤维55作为机臂32的材料。如此，可改善机臂32的吸湿性能，避免由于吸湿过多而导致的性能下降。另外，PA612和玻璃纤维55是塑胶材料，可以通过改变含纤量，来改变材料性能。

另外，机臂32的材料的密度增加，机臂32扭转转动惯量I会等比例增加。所以，可通过调节机臂32的材料的密度，以调节机臂32扭转转动惯量I。

在某些实施方式中，机臂32的扭转频率ωx与机臂32的半径r正相关；机臂32的扭转频率ωx与机臂32的壁厚t正相关；机臂32的扭转频率ωx与机臂32的长度L负相关；机臂32的扭转频率ωx与机臂32的剪切模量G正相关；机臂32的扭转频率ωx与机臂32扭转转动惯量I负相关。

如此，通过机臂32的扭转频率ωx与上述参数的相关性，可更加快速准确地调节上述参数，有利于缩短调节的时间和提高调节的效率。在本实施方式中，机臂32的扭转频率ωx与上述参数的相关性可用如下公式表达：

其中，ωx为机臂32的扭转频率，G为机臂32的剪切模量，J为机臂因子，L为机臂32的长度，I为机臂32扭转转动惯量。机臂因子J与r3t成正比。r为机臂32的半径，t为机臂32的壁厚。

可以理解，扭转频率ωx与机臂因子J正相关，机臂因子J与机臂32的半径r正相关，与机臂32的壁厚t正相关，所以，扭转频率ωx与机臂32的半径r正相关，与机臂32的壁厚t正相关。

因此，可通过增大机臂32的半径r，使得扭转频率ωx增大，从而使得

请参阅图5，在某些实施方式中，振动模态优化方法包括：

步骤S1311：根据桨叶50的临界失稳桨频ω、桨叶50的桨叶平面到机臂扭转轴的距离h、和机臂组件30关于机臂扭转轴的惯性矩Mx，确定机臂32的临界失稳扭转频率ωx1；

步骤S1312：根据机臂32的临界失稳扭转频率ωx1、机臂32的壁厚t、机臂32的长度L、机臂32的剪切模量G、和机臂32扭转转动惯量I，确定机臂32的临界失稳半径r1；

步骤S1313：根据机臂32的临界失稳半径r1，确定对应于机臂32的壁厚t、机臂32的长度L、机臂32的剪切模量G、和机臂32扭转转动惯量I的机臂32的半径r的取值范围。

在某些实施方式中，处理器201用于根据桨叶50的临界失稳桨频ω、桨叶50的桨叶平面到机臂扭转轴的距离h、和机臂组件30关于机臂扭转轴的惯性矩Mx，确定机臂32的临界失稳扭转频率ωx1；及用于根据机臂32的临界失稳扭转频率ωx1、机臂32的壁厚t、机臂32的长度L、机臂32的剪切模量G、和机臂32扭转转动惯量I，确定机臂32的临界失稳半径r1；以及用于根据机臂32的临界失稳半径r1，确定对应于机臂32的壁厚t、机臂32的长度L、机臂32的剪切模量G、和机臂32扭转转动惯量I的机臂32的半径r的取值范围。

如此，可以在确定机臂32的临界失稳扭转频率ωx1的情况下，确定机臂32的临界失稳半径r1，进而确定确定机臂32的半径r的取值范围，这样，可在半径r的取值范围内对机臂32的半径r进行调节以调节扭转频率ωx，有利于提高调节效率。

具体地，可通过公式(1)确定机臂32的临界失稳扭转频率ωx1，再根据公式(2)确定机臂32的临界失稳半径r1，从而确定机臂32的半径r的取值范围。在一个实施方式中，半径r的取值范围可存储于存储器202并作为上述实施方式设定的半径范围。在另一个实施方式中，在上述实施方式设定的半径范围的来源与半径r的取值范围无关的情况下，例如前文中设定的半径范围由用户预先设定，半径r的取值范围和前文中设定的半径范围可取交集以更新半径r的取值范围。

请参阅图6，在某些实施方式中，振动模态优化方法包括：

步骤S1321：根据桨叶50的临界失稳桨频ω、桨叶50的桨叶平面到机臂扭转轴的距离h、和机臂组件30关于机臂扭转轴的惯性矩Mx，确定机臂32的临界失稳扭转频率ωx1；

步骤S1322：根据机臂32的临界失稳扭转频率ωx1、机臂32的半径r、机臂32的长度L、机臂32的剪切模量G、和机臂32扭转转动惯量I，确定机臂32的临界失稳壁厚t1；

步骤S1323：根据机臂32的临界失稳壁厚t1，确定对应于机臂32的半径r、机臂32的长度L、机臂32的剪切模量G、和机臂32扭转转动惯量I的机臂32的壁厚t的取值范围。

在某些实施方式中，处理器201用于根据桨叶50的临界失稳桨频ω、桨叶50的桨叶平面到机臂扭转轴的距离h、和机臂组件30关于机臂扭转轴的惯性矩Mx，确定机臂32的临界失稳扭转频率ωx1；及用于根据机臂32的临界失稳扭转频率ωx1、机臂32的半径r、机臂32的长度L、机臂32的剪切模量G、和机臂32扭转转动惯量I，确定机臂32的临界失稳壁厚t1；以及用于根据机臂32的临界失稳壁厚t1，确定对应于机臂32的半径r、机臂32的长度L、机臂32的剪切模量G、和机臂32扭转转动惯量I的机臂32的壁厚t的取值范围。

关于该部分的解释和说明，与步骤S1311、步骤S1312和步骤S1313的解释和说明类似，可参照步骤S1311、步骤S1312和步骤S1313的解释和说明，为避免冗余，在此不再赘述。

请参阅图7，在某些实施方式中，振动模态优化方法包括：

步骤S1331：根据桨叶50的临界失稳桨频ω、桨叶50的桨叶平面到机臂扭转轴的距离h、和机臂组件30关于机臂扭转轴的惯性矩Mx，确定机臂32的临界失稳扭转频率ωx1；

步骤S1332：根据机臂32的临界失稳扭转频率ωx1、机臂32的壁厚t、机臂32的半径r、机臂32的剪切模量G、和机臂32扭转转动惯量I，确定机臂32的临界失稳长度L1；

步骤S1333：根据机臂32的临界失稳长度L1，确定对应于机臂32的半径r、机臂32的长度L、机臂32的剪切模量G、和机臂32扭转转动惯量I的机臂32的长度L的取值范围。

在某些实施方式中，处理器201用于根据桨叶50的临界失稳桨频ω、桨叶50的桨叶平面到机臂扭转轴的距离h、和机臂组件30关于机臂扭转轴的惯性矩Mx，确定机臂32的临界失稳扭转频率ωx1；及用于根据机臂32的临界失稳扭转频率ωx1、机臂32的壁厚t、机臂32的半径r、机臂32的剪切模量G、和机臂32扭转转动惯量I，确定机臂32的临界失稳长度L1；以及用于根据机臂32的临界失稳长度L1，确定对应于机臂32的半径r、机臂32的长度L、机臂32的剪切模量G、和机臂32扭转转动惯量I的机臂32的长度L的取值范围。

关于该部分的解释和说明，与步骤S1311、步骤S1312和步骤S1313的解释和说明类似，可参照步骤S1311、步骤S1312和步骤S1313的解释和说明，为避免冗余，在此不再赘述。

请参阅图8和图9，在某些实施方式中，振动模态优化方法包括：

步骤S151：沿机臂32的长度方向将机臂32划分为多个机臂部位；

步骤S152：对多个机臂部位分别进行灵敏度分析以获得每个机臂部位对机臂32的扭转频率ωx的影响强度；

步骤S153：按影响强度从大到小对多个机臂部位进行结构优化。

在某些实施方式中，处理器201用于沿机臂32的长度方向将机臂32划分为多个机臂部位；及用于对多个机臂部位分别进行灵敏度分析以获得每个机臂部位对机臂32的扭转频率ωx的影响强度；以及用于按影响强度从大到小对多个机臂部位进行结构优化。

如此，可使得机臂32在机臂32的长度方向上均匀、平滑，避免机臂32的外径在局部发生剧烈变化，例如开口、剧烈收缩等变化，尤其可以避免在机臂32的两端处的外径的剧烈变化，从而保证机臂32线条的平滑过渡，从而调节扭转频率ωx。具体地，机臂32呈曲面，剧烈收缩是指曲面的转折较为剧烈，或者说，曲率较大，曲率半径较小。机臂32的均匀性在剧烈收缩的部位就比较薄弱。

在步骤S151中，在一个例子中，可沿机臂32的长度方向将机臂32划分为7个机臂部位，如图2和图9所示，从机身20至电机34的方向，7个机臂部位分别为机臂部位P1、机臂部位P2、机臂部位P3、机臂部位P4、机臂部位P5、机臂部位P6、机臂部位P7。其中，通过结构和参数阈值可判断，从机臂部位P5至机臂部位P7，在机臂部位P6剧烈收缩。

在其他的示例中，划分的机臂部位的数量也可为2个、3个、4个、5个、6个、8个或其他数量。在此不进行限定。

灵敏度分析是研究与分析一个系统(或模型)的状态或输出变化对系统参数或周围条件变化的敏感程度的方法。具体在步骤S152中，则是通过灵敏度分析，确定每个机臂部位对机臂32的扭转频率ωx的影响强度。具体地，可分别调节每个机臂部位的刚度、材料参数、尺寸参数等参数，并测量扭转频率ωx的变化程度，从而确定每个机臂部位对机臂32的扭转频率ωx的影响强度。

在步骤S153中，按影响强度从大到小对多个机臂部位进行结构优化，也即是说，先优化影响强度较大的机臂部位，再优化影响强度较小的机臂部位。如此，可以提高优化的效率，缩短优化的时间。另外，在优化了部分机臂部位已经满足扭转频率ωx的要求，即满足临界失稳桨频ω的要求的情况下，可以不优化剩余部分的机臂部位。

对于图9中的机臂32，经过灵敏度分析，可确定对机臂32的扭转频率ωx的影响强度最高的机臂部位为机臂部位P6，机臂部位P7次之，机臂部位P3次之，机臂部位P5次之，机臂部位P4次之，机臂部位P2次之，机臂部位P1最低。基于此，可先调节机臂部位P6，再调节机臂部位P7、机臂部位P3、机臂部位P5、机臂部位P4、机臂部位P2、机臂部位P1。

在某些实施方式中，步骤S153包括：

增加机臂部位的半径，和/或，在机臂部位增加筋位。

在某些实施方式中，处理器201用于增加机臂部位的半径；和/或，处理器201用于在机臂部位增加筋位。

如此，实现按影响强度从大到小对多个机臂部位进行结构优化。在一个例子中，对机臂部位的剧烈收缩的曲面，扩大半径；在另一个例子中，对机臂部位的下部有开口的曲面，将开口下移，以使下表面与机臂的最低的下表面基本齐平。在又一个例子中，在机臂部位增加筋位，以对机臂部位进行加强，防止机臂部位变形。在再一个例子中，增加机臂部位的半径，并且，在机臂部位增加筋位。在此不进行限定。

在某些实施方式中，振动模态优化方法包括以下至少一种：

调节脚架40和机臂32的连接处结构的刚度以调节机臂32的扭转频率ωx；

调节脚架40的长度以调节机臂32的扭转频率ωx；

调节脚架40下端部的质量以调节机臂32的扭转频率ωx。

在某些实施方式中，处理器201用于执行以下至少一种方法：调节脚架40和机臂32的连接处结构的刚度以调节机臂32的扭转频率ωx；调节脚架40的长度以调节机臂32的扭转频率ωx；调节脚架40下端部的质量以调节机臂32的扭转频率ωx。

如此，通过调节脚架40调节机臂32的扭转频率ωx，来满足桨叶50的临界失稳桨频ω的要求。

具体地，机臂32的扭转频率ωx与脚架40和机臂32的连接处结构的刚度正相关；机臂32的扭转频率ωx与脚架40的长度负相关；机臂32的扭转频率ωx与脚架40下端部的质量负相关。如此，通过机臂32的扭转频率ωx与上述参数的相关性，可更加准确快速地调节上述参数，有利于缩短调节的时间和提高调节的效率。

可通过对脚架40加筋位、对脚架40加厚度，增加脚架40和机臂32的连接件，来调节脚架40和机臂32的连接处结构的刚度，使得脚架40和机臂32之间不晃动，或晃动范围在期望的范围。

请参阅图10和图11，在一个例子中，脚架40包括连接部401和支撑部402，连接部401连接支撑部402和机臂32。连接部401形成有连接孔4011，可先通过三个穿设于连接孔4011的螺钉连接脚架40和机臂32。再通过第四个螺钉，在前三个螺钉的固定平面，即连接部401所在平面的垂直方向上，连接脚架40和机臂32。这样，可以保证脚架40和机臂32之间无缝隙，不晃动。可以理解，脚架40和机臂32的连接偏弱时，容易出现脚架40发生局部振动，从而降低机臂32的扭转频率ωx，使得机臂32的振动更剧烈。这样，可以加强图11中的待加强区域403。请注意，图11中，待加强区域403的不同的灰度，表示不同的待加强程度。

可通过降低脚架40的长度以降低脚架40带来的转动惯量I，从而提高扭转频率ωx。具体地，可在预设的脚架长度范围内，调节脚架40的长度，以避免调节脚架40的长度导致脚架40的功能受到影响。脚架长度范围可基于容置与脚架40内的天线的性能确定，也可基于无人机100对距离地面的高度的要求而确定等因素决定，即要保证脚架40满足附加功能性的情况下，来调整脚架40的长度。

可通过降低脚架40下端部的质量，以提高扭转频率ωx。例如，可采用更轻的材料以降低脚架40下端部的质量。

在某些实施方式中，脚架40的材料与机臂32的扭转频率ωx相关。具体地，可采用高模量、低密度和低吸湿材料。例如，将聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)材料改为PA材料，PC模量较低，通常只有2.2，PA模量有4.6，吸湿性也较高。如此，能够提高机臂32的扭转频率ωx、降低机臂振动风险、提高环境适应性。

请参阅图12，在某些实施方式中，脚架40的下端面设有垫片42，垫片42的材料和质量与机臂32的扭转频率ωx相关。

如此，通过设置在脚架40的下端面的垫片42，可以使得无人机100在落地时脚架40更加耐磨。可对垫片42做减重设计，例如将垫片42的厚度限制在预设厚度范围。如此，使得垫片42较薄，重量较轻，有利于提高扭转频率ωx。

在某些实施方式中，垫片42的材料包括热塑性聚氨酯弹性体橡胶(Thermoplasticpolyurethanes,TPU)材料。TPU材料质量轻并且胶水粘结性好，采用TPU材料的垫片42，可以降低垫片42的质量，并使得垫片42与脚架40的连接更加稳定。

请参阅图12，在某些实施方式中，机臂32通过转轴3201转动连接机身20，振动模态优化方法包括：

调节转轴3201处的结构刚度以调节机臂32的扭转频率ωx。

在某些实施方式中，机臂32通过转轴3201转动连接机身20，处理器201用于调节转轴3201处的结构刚度以调节机臂32的扭转频率ωx。

如此，可实现通过调节转轴3201处的结构调节机臂32的扭转频率ωx。可以理解，转轴3201处结构上的虚位和晃动会严重降低扭转频率ωx，从而无法使得桨叶的实际桨频低于临界失稳桨频ω的要求，使振动放大。而调节转轴3201处的结构刚度，可在转轴3201处消除虚位间隙，从而消除各个方向的晃动。

具体地，机臂32的扭转频率ωx与转轴3201处的结构刚度正相关。因此，可增加转轴3201处的结构刚度，以提高扭转频率ωx，从而使得桨叶的实际桨频低于临界失稳桨频ω的要求。

例如，可在转轴3201处设置过盈量，使得机臂32通过转轴3201转动与机身20过盈配合。

又如，可避免转轴3201处的开口角度，从而保证不晃动，避免虚位，使得机臂32通过转轴3201转动与机身20配合紧密。

在图10的示例中，机臂扭转轴如虚线3202所示。

综合以上，机臂32振动的表面原因是桨叶50的转速高于临界转速，即高于临界失稳桨频ω，从而导致桨叶50失稳，机臂32振动。机臂32振动的内部原因是机臂32的长度大、电机34和脚架40引入的质量和惯量大，导致机臂32的扭转频率ωx低。降低了桨叶50失稳的临界转速，在无人机100进行转速高的机动动作时容易发生机臂振动。

本申请实施方式的振动模态优化方法、振动模态优化装置200和无人机100，经过优化机臂32、脚架40、电机34和桨叶50、机臂32的转轴3201处等结构，能够以最少的成本，提高机臂32的扭转频率ωx、使得桨叶的实际桨频低于桨叶50的临界失稳桨频ω的要求，消除机臂振动的风险。这样，能够提升无人机100的机动性能和工作范围，可以提升无人机100的结构可靠性、避免振动导致的炸机。而且，对复杂环境下无人机100的使用可靠性有很大的帮助。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于执行特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的执行，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施方式所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于执行逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体执行在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来执行。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来执行。例如，如果用硬件来执行，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来执行：具有用于对数据信号执行逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解执行上述实施方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施方式的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式执行，也可以采用软件功能模块的形式执行。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式执行并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。