测量无人机重心的方法、装置、系统及存储介质

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及一种测量无人机重心的方法、装置、系统以及计算机可读存储介质。

背景技术

无人机的生产制造、改装、试飞过程中通常需要进行多次的称重工作，其所得到的无人机重量、重心数据是无人机重要的参数，涉及到大量的地面试验。

目前已有的无人机称重设备种类繁多，基于无人机称重前需要调水平的要求，目前各类称重设备的基本原理均是将无人机设置于称重设备上，通过将称重设备承载无人机的表面调节到同一平面实现无人机的水平调节。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量无人机重心的方法、装置、系统以及计算机可读存储介质，提高了无人机重心测量的准确度。

为解决上述技术问题，本发明提供一种测量无人机重心的方法，包括：

采集预先设置在无人机上的倾角传感器输出的倾角数据，其中，所述倾角数据包括所述无人机相对于水平面的俯仰角数据和横滚角数据；

根据所述倾角数据，控制支撑所述无人机的各个称重车中的驱动电机，调节各个所述称重车的高度，直到所述无人机的倾角数据小于预设倾角值；

分别采集各个所述称重车输出的重量数据，以及各个所述称重车之间在水平方向的相对距离数据；

根据所述重量数据和所述相对距离数据，确定所述无人机的重心位置。

在一种可选的实施例中，根据所述倾角数据，控制支撑所述无人机的各个称重车中的驱动电机，调节各个所述称重车的高度，直到所述无人机的倾角数据小于预设倾角值，包括：

根据所述倾角数据中的俯仰角数据，按照第一预定高度步长反向调节关于所述无人机前后分布的所述称重车的高度，直到所述俯仰角数据小于第一预设角度；

根据所述倾角数据中的横滚角数据，按照第二预定高度步长反向调节关于所述无人机左右分布的所述称重车的高度，直到所述横滚角数据小于第二预设角度。

在一种可选的实施例中，采集各个所述称重车之间在水平方向的相对距离数据，包括：

采集各个所述称重车上激光距离传感器测得的相对距离数据。

在一种可选的实施例中，在采集设置在预先设置在无人机上的倾角传感器输出的倾角数据之前，包括：

通过激光对准装置将设置在所述无人机上的所述倾角传感器的测量方向和所述无人机上的水平标识平行对准。

在一种可选的实施例中，根据所述重量数据和所述相对距离数据，确定所述无人机的重心位置，包括：

根据重心位置计算公式

本申请还提供了一种测量无人机重心的装置，包括：

第一采集模块，用于采集预先设置在无人机上的倾角传感器输出的倾角数据，其中，所述倾角数据包括所述无人机相对于水平面的俯仰角数据和横滚角数据；

倾角调节模块，用于根据所述倾角数据，控制支撑所述无人机的各个称重车中的驱动电机，调节各个所述称重车的高度，直到所述无人机的倾角数据小于预设倾角值；

第二采集模块，用于分别采集各个所述称重车输出的重量数据，以及各个所述称重车之间在水平方向的相对距离数据；

重心确定模块，用于根据所述重量数据和所述相对距离数据，确定所述无人机的重心位置。

本申请还提供了一种测量无人机重心的系统，包括：

用于设置在无人机上，检测所述无人机的倾角数据的倾角传感器；

至少三个称重车，用于支撑所述无人机，并检测所述无人机的重量数据；

分别和所述倾角传感器以及各个所述称重车相连接的处理器，用于根据所述倾角数据控制所述称重车的驱动电机调节各个所述称重车高度直到所述无人机的倾角数据小于预设倾角值，并根据所述重量数据确定所述无人机的重心位置。

在一种可选的实施例中，所述称重车支撑所述无人机的支撑件的表面为槽口大小可调的V型槽面。

在一种可选的实施例中，各个所述称重车上还设置有激光测距装置。

本申请还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述测量无人机重心方法的步骤。

本发明所提供的一种测量无人机重心的方法，包括采集预先设置在无人机上的倾角传感器输出的倾角数据，其中，倾角数据包括无人机相对于水平面的俯仰角数据和横滚角数据；根据倾角数据，控制支撑无人机的各个称重车中的驱动电机，调节各个称重车的高度，直到无人机的倾角数据小于预设倾角值；分别采集各个称重车输出的重量数据，以及各个称重车之间在水平方向的相对距离数据；根据重量数据和相对距离数据，确定无人机的重心位置。

本申请中支撑无人机并对无人机的重量数据进行检测的称重装置的高度进行调节时，并不是以各个称重车之间的高度是否为同一水平面为基准调节的，而是以无人机自身的俯仰角和横滚角为依据进行调节实现无人机的水平调节。相对于常规技术中以支撑无人机的称重装置是否水平作为无人机是否水平的基准而言，本申请中能够有效避免无人机各个起落架与称重装置相接触的接触点所在平面和无人机本身水平时各个接触点所在的平面不相互平行导致无人机调平不准确的问题，保证了称重车测得的称重数据的准确性，进而提高无人机重心位置检测的准确性，有利于提高无人机性能和质量。

本申请还提供了一种测量无人机重心的装置、系统以及计算机可读存储介质，具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种测量无人机重心的方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的测量无人机重心的结构示意图；

图3为倾角传感器的工作原理示意图；

图4为本申请实施例提供的重心位置确定的原理示意图；

图5为本发明实施例提供的测量无人机重心的装置的结构框图；

图6为本申请实施例提供的称重车的爆炸结构示意图。

具体实施方式

在无人机的重心测量过程中，基本都是通过将无人机设置在称重装置上，通过称重装置检测称重装置和无人机相接触的位置点所承受的压力大小作为重量数据，以及各个相接触的位置点之间的距离关系，确定无人机的重心位置。

在无人机的重心位置测量过程中，无人机调水平是采集重量数据的关键，只有在无人机既不存在前后俯仰角又不存在左右横滚角，才能保证采集的重量数据的可靠性。

目前常规的对无人机调水平的方法基本上是认为无人机起落架和地面接触的各个接触点所在平面与无人机自身所在平面平行。那么在对无人机调平时，只要支撑无人机的平面为水平面即可。

但是在实际应用中，因生产工艺和精度的问题，无人机的起落架和地面接触的接触点所在平面并不必然和无人机所在平面平行，且随着无人机技术快速的发展，也可能存在起落架降落的水平面本身就和无人机自身的水平平面不平行。为此，仅仅调节支撑无人机和地面接触的接触点所在平面水平，是无法保证无人机真正达到水平的。

为此，本申请中提供了一种能够更准确的对无人机调平进而测量获得无人机更为准确的重心位置数据。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，图1为本申请实施例提供的一种测量无人机重心的方法的流程示意图，图2为本申请实施例提供的测量无人机重心的结构示意图。该测量无人机重心的方法可以包括：

S11：采集预先设置在无人机上的倾角传感器输出的倾角数据。

其中，倾角数据包括无人机3相对于水平面的俯仰角数据和横滚角数据。

倾角传感器的主要作用是为了检测无人机3的倾斜状态。参考图3，图3为倾角传感器的工作原理示意图。图3所示的倾角传感器中包含有相互平行设置的左极板和右极板，在左极板和右极板之间悬挂有摆锤，可以理解的是该摆锤应当始终和重力G的方向平行，U

该倾角传感器设置在无人机3上，且其测量方向和无人机3保持水平时所在平面相互平行。当无人机3处于水平状态时，该倾角传感器的倾斜角为0；相应地，当倾角传感器测量的倾斜角不为0，可以根据倾角传感器测得摆锤的倾斜方向以及倾斜角度的大小，确定无人机3的俯仰角数据和横滚角数据，也即是无人机3前后俯仰角度和左右横滚角度。

在无人机3表面一般存在多个水平标识，该水平标识在无人机3处于水平状态时，位于同一水平面上。在将倾角传感器安装在无人机3上时，可以通过激光对准的方式将倾角传感器的测量方向和水平标识所在平面进行相互平行的对准，进而保证倾角传感器测得的数据的准确性。

在实际应用中，也不排除专门在无人机3生产出厂时专门配置倾角传感器的固定件，进而减小倾角传感器的对准难度。

另外，一般无人机3上都设置有陀螺仪，陀螺仪能够清楚测得无人机的俯仰角和横滚角，但是无人机3处于未启动状态时，一般其内部设备参数数据无法输出。若在无人机3重心测量时，可以将陀螺仪的数据导出，同样可以以无人机3的陀螺仪作为倾角传感器，而无需另外配置倾角传感器。当然，本申请中也并不排除其他获得无人机3倾角数据的实施例。

S12：根据倾角数据，控制支撑无人机的各个称重车中的驱动电机，调节各个称重车的高度，直到无人机的倾角数据小于预设倾角值。

对于支撑无人机3的称重车1而言，至少包括三个称重车1。图2所示的无人机3下方设置有三个称重车1，主要是因为图2中示出的无人机3的起落架为3个轮子。

在实际应用中，不同型号的无人机3起落架的形状结构各不相同。例如，无人机3的起落架可以是两个相互平行大致呈水平方向的支撑横杆，相应地，可以设置四个称重车1，每个支撑横杆两头各设置一个称重车1；无人机3的起落架还可以是三个、四个或六个可伸缩的支撑脚，相应地，可以在每个支撑脚下方各设置一个称重车1。由此可见称重车1的数量可以依据无人机3具体的起落架的形式确定，对此本申请中并不做具体限制。

另外，本申请中的称重车1也并不必然支撑无人机3的起落架，也可以直接对无人机3的本体进行支撑，例如图2所示的无人机2，可以将称重车1直接支撑无人机3的左右两个机翼、机头、机尾等，对此本实施例中不一一列举。

在对无人机3进行调平时，可以先对无人机3的俯仰角进行调节在对无人机3的横滚角进行调节，也可以先进行横滚角调节再进行俯仰角调节，也可以俯仰角和横滚角同时调节，对此本实施例中不做具体限制。

下面以先调整无人机的俯仰角再调节无人机的横滚角为例进行说明。

处理器2在采集到倾角传感器输出的倾角数据后，可以先根据称重车1相对于无人机3的位置大致划分为前称重车和后称重车。例如图2中，靠近机头的称重车1为前称重车，靠近机尾的两个称重车1为后称重车。处理器2根据倾角数据中的俯仰角数据先先控制前称重车和后称重车的高度进行反向调节，例如，若根据倾斜角数据确定出无人机3的头高尾低，则降低前称重车而抬高后称重车的高度。

在降低前称重车1高度而抬高后称重车高度时，可以按照预定高度步长逐步调节，与此同时，实时通过倾角传感器检测无人机3的俯仰角数据作为调节的反馈数据输入至处理器2，当俯仰角数据减小到第一预设角度范围内，则认为无人机3俯仰角调节完成。需要说明的时，这一过程中若所有的后称重车均位于同一直线上，且所在直线和无人机3的前后方向的对称轴垂直，则所有后称重车的预定高度步长相同，若是各个后称重车1沿无人机3前后方向存在前后间距，则需要对不同位置的后称重车1的预设高度步长设定不同的步长大小，越靠近无人机3的几何中心，预定高度步长越小。同理，对于多个存在前后距离和不存在前后距离的前称重车的预定高度步长也可以采用相同的设定原则。

在此基础上，按照同样的方式，对称重车1进行左称重车和右称重车的划分。例如图2中，靠近机头的称重车1是位于无人机3的对称轴上，可以不做左右划分，而靠近机尾的两个称重车1分别为左称重车和右称重车。

当根据倾角数据中的横滚数据确定无人机3左高右低时，和调节俯仰角类似，也可以对左称重车降低而右称重车抬高这种反向调节的方式进行。并且同样是按照预定高度步长以及反馈的横滚角数据逐步调节无人机3的左右水平。

对于左右调节的预定高度步长设定和前后调节的步长设定方式类似，对此，本申请中不一一列举。

当然，在实际应用中，也并不仅限于这种反馈调节的方式，也可以直接根据倾角传感器测得的倾角数据和各个称重车1之间的间距数据，基于几何原理，通过处理器2精准计算出各个称重车1分别需要升高或降低的高度，一次性完成所有称重车1的调节，对此，本申请中不做具体限制。

S13：分别采集各个称重车输出的重量数据，以及各个称重车之间在水平方向的相对距离数据。

各个称重车1采集的重量数据也即是无人机3对各个称重车分别施加的压力数据。

各个称重车1之间的相对距离可以通过激光测距传感器或者类似的设备进行测量。

S14：根据重量数据和相对距离数据，确定无人机的重心位置。

参考图4，图4为本申请实施例提供的重心位置确定的原理示意图。基于图4，可以利用重心位置计算公式：根据重心位置计算公式

如图4所示，图4是以机头顶部为坐标原点，平行于无人机3长度方向为X轴方向，垂直于无人机3长度方向为Y轴方向的水平面直角坐标系。在确定出各个称重车1之间的相对距离之后，可以基于平面几何原理，确定各个称重车1在水平坐标系中的横纵坐标距离。以计算图4中无人机在X轴方向上的重心位置为例：

本申请中在测量无人机的重心位置时，以倾角传感器测量获得无人机的倾角数据，并以此为依据对无人机进行调平，在很大程度上提高了对无人机侧重心时的调平精度，进而保证了各个称重车测得的重量数据的准确性，以及依据该重量数据确定的重心位置的准确性，进而实现无人机性能的准确检测。

下面对本发明实施例提供的测量无人机重心的装置进行介绍，下文描述的测量无人机重心的装置与上文描述的测量无人机重心的方法可相互对应参照。

图5为本发明实施例提供的测量无人机重心的装置的结构框图，参照图5的测量无人机重心的装置可以包括：

第一采集模块100，用于采集预先设置在无人机上的倾角传感器输出的倾角数据，其中，所述倾角数据包括所述无人机相对于水平面的俯仰角数据和横滚角数据；

倾角调节模块200，用于根据所述倾角数据，控制支撑所述无人机的各个称重车中的驱动电机，调节各个所述称重车的高度，直到所述无人机的倾角数据小于预设倾角值；

第二采集模块300，用于分别采集各个所述称重车输出的重量数据，以及各个所述称重车之间在水平方向的相对距离数据；

重心确定模块400，用于根据所述重量数据和所述相对距离数据，确定所述无人机的重心位置。

本实施例的测量无人机重心的装置用于实现前述的测量无人机重心的方法，因此测量无人机重心的装置中的具体实施方式可见前文中的测量无人机重心的方法的实施例部分，例如，第一采集模块100，倾角调节模块200，第二采集模块300，重心确定模块400，分别用于实现上述测量无人机重心的方法中步骤S11，S12，S13和S14，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再赘述。

本申请还提供了一种测量无人机重心的系统的实施例，参考图2该测量无人机重心的系统可以包括：

用于设置在无人机3上，检测无人机3的倾角数据的倾角传感器；

该倾角传感器可以是在对无人机3进行测重心之前安装在无人机3上的，且倾角传感器的测量方向和无人机3所在平面平行。

至少三个称重车1，用于支撑无人机3，并检测无人机3的重量数据；

称重车1的具体数量基于无人机3的起落架形状而定，也可以直接支撑无人机3机身部位，基于无人机3机身形状设定称重车1数量。

分别和倾角传感器以及各个称重车1相连接的处理器2，用于根据倾角数据控制称重车1的驱动电机调节各个称重车1高度直到无人机的倾角数据小于预设倾角值，并根据重量数据确定无人机的重心位置。

如图6所示，图6为本申请实施例提供的称重车的爆炸结构示意图。该称重车1上设置有驱动电机12，在驱动电机12上方设置有支撑无人机3的支撑件11，该支撑件下方设置有压力传感器13。

驱动电机12驱动支撑板11高度升降，而该驱动电机12的工作受处理器2控制。由此处理器2即可根据倾角传感器测得的倾角数据对各个称重车1的高度实现自动调节，使得无人机3保持高精度的水平状态，再基于称重车1的压力传感器13测得的压力大小获得无人机3的重量数据，使得该重量数据更具有可靠性，提高了无人机3重心检测的准确度。

进一步地，如图6所示，该称重车1支撑无人机3的支撑板12为表面具有大小可调的V型槽面的部件。

采用V型槽面的表面能够有效的限制无人机3的起落架在称重车1的支撑件11的表面的滑动，保证无人机3支撑的稳固性。

如前所述，在实际测量时，需要测量重心的无人机3的型号各不相同，相应地，各种型号的无人机3起落架或机身的粗细形状各部相同，相应地，需要支撑板12的V型槽面的凹槽大小尺寸也各不相同。本实施例中采用大小可调的V型槽面，有利于称重车1适应各种不同型号的无人机3。

可选地，还可以在各个称重车1上还设置有激光测距装置，以便测量各个称重车1之间的相对间距。以便为无人机3重心位置的确定提供准确的数据依据。

本申请还提供了一种计算机可读存储介质的实施例，该所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述测量无人机重心方法的步骤。

该计算机程序被处理器执行可以实现如下测量无人机重心方法的步骤：

采集预先设置在无人机上的倾角传感器输出的倾角数据，其中，倾角数据包括无人机相对于水平面的俯仰角数据和横滚角数据；根据倾角数据，控制支撑无人机的各个称重车中的驱动电机，调节各个称重车的高度，直到无人机的倾角数据小于预设倾角值；分别采集各个称重车输出的重量数据，以及各个称重车之间在水平方向的相对距离数据；根据重量数据和相对距离数据，确定无人机的重心位置。

该计算机可读存储介质可以是随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

需要说明的是，在本文中，诸如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。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。