一种无人机机臂的检测装置及检测方法

技术领域

本申请涉及无人机技术领域，具体而言，涉及一种无人机机臂的检测装置及检测方法。

背景技术

目前，无人机(UAV，Unmanned Aerial Vehicle)有着广泛的应用，其中多旋翼无人机指不载有操作人员可以自主飞行或遥控驾驶的飞行器，是一种具有三个及以上旋翼轴的特殊的无人驾驶旋翼飞行器。多旋翼无人机具有三个及以上旋翼轴的特殊的无人驾驶直升机，其通过每个轴上的电动机转动，带动旋翼，从而产生升推力；其中，旋翼的总距固定，而不像一般直升机那样可变，通过改变不同旋翼之间的相对转速，可以改变单轴推进力的大小，从而控制飞行器的运行轨迹。

现有技术中，由于多旋翼无人机在飞行过程中长时间承受动力载荷，且主要动力载荷来自于螺旋桨和螺旋桨驱动电机；又由于飞行过程中螺旋桨转速不断变化，会造成机臂一直承受不同频率、不同方向以及不同大小的振动激励，不同的机臂存在不同的固有频率及各阶振型，一旦振源激励接近或达到机臂固有频率，很容易造成机臂的共振或振动幅度的显著加大，造成飞机姿态的不稳定，甚至造成机臂的共振破坏；为解决此问题，业界主要的测试方式为仿真模拟及飞行测试，仿真分析往往与实际结果差距很大，而飞行测试，需耗费大量的人力资源，并延长开发周期。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种无人机机臂的检测装置及检测方法，可以检测并识别出无人机机臂的固有频率，实现便捷检测的技术效果。

第一方面，本申请实施例提供了一种无人机机臂的检测装置，包括激振机构、夹持机构和数据采集机构；

所述激振机构包括振动台，所述振动台用于输出预设频率和预设加速度的振动；

所述夹持机构安装在所述振动台上，无人机机臂与所述夹持机构固定安装，所述夹持机构与所述振动台紧固连接；

所述数据采集机构包括多个惯性测量单元，所述多个惯性测量单元分别安装在所述振动台、所述无人机机臂上。

在上述实现过程中，该无人机机臂的检测装置通过振动台输出预设频率和预设加速度的振动，可定制化振动数据，如正弦扫频、余弦扫频、定频分析等；夹持机构安装在振动台上并固定安装无人机机臂，从而将振动台的振动传导至无人机机臂，然后通过无人机机臂及振动台上的数据采集机构采集机臂响应数据和振动台振源数据，通过分析获得无人机机臂的固有频率及振型；从而，该无人机机臂的检测装置不必通过仿真模拟及飞行测试即可检测并识别出无人机机臂的固有频率，实现检测便捷的技术效果，从而降低检测成本，并缩短无人机的开发周期。

进一步地，所述夹持机构包括第一支架和第二支架，所述第一支架固定安装在所述振动台上，所述第二支架和所述第一支架固定安装，所述无人机机臂安装在所述第一支架和所述第二支架之间。

在上述实现过程中，第一支架和第二支架可以固定安装无人机机臂，将无人机机臂机臂悬空，并使无人机机臂的根部(无人机机臂和无人机机身的连接处)与振动台刚性连接，使振动台的振动可以传导至无人机机臂上。

进一步地，所述夹持机构还包括第一螺钉，所述第一螺钉穿过所述第一支架的螺孔，并将所述第一支架固定安装在所述振动台上。

在上述实现过程中，通过第一螺钉紧固安装第一支架在振动台上，方便安装及拆卸。

进一步地，所述夹持机构还包括第二螺钉，所述第二螺钉穿过所述第二支架的螺孔，并将所述第二支架固定安装在所述第一支架上。

在上述实现过程中，通过第二螺钉紧固安装第二支架在第一支架上，方便安装及拆卸。

进一步地，所述数据采集机构包括第一惯性测量单元和第二惯性测量单元，所述无人机机臂包括第一机臂和第二机臂，所述第一惯性测量单元安装在所述第一机臂上，所述第二惯性测量单元安装在所述第二机臂上。

在上述实现过程中，第一惯性测量单元和第二惯性测量单元分别用于测量第一机臂和第二机臂上的机臂响应数据，其中机臂响应数据即无人机机臂的振动响应信息，包括三轴加速度数据和三轴角速度数据。

进一步地，所述数据采集机构还包括第三惯性测量单元，所述第三惯性测量单元安装在所述振动台上。

在上述实现过程中，第三惯性测量单元用于测量振动台上的振动台振源数据，同样包括三轴加速度数据和三轴角速度数据。

进一步地，所述第一惯性测量单元、所述第二惯性测量单元和所述第三惯性测量单元的其中一个方向轴处于竖直状态。

在上述实现过程中，在保证第一惯性测量单元、第二惯性测量单元和第三惯性测量单元的其中一个方向轴处于竖直状态时，即要求第一惯性测量单元、第二惯性测量单元和第三惯性测量单元的长、宽、高三面处于与自然空间坐标系垂直或平行的状态，从而使各个惯性测量单元的测试数据保持一致性。

第二方面，本申请实施例提供了一种无人机机臂的检测方法，包括：

根据无人机的桨频，激励所述振动台输出预设的扫频振动，所述扫频振动的频率不大于所述无人机的桨频；

接收所述数据采集机构发送的机臂响应数据和振动台振源数据；

处理所述机臂响应数据和所述振动台振源数据，获得所述无人机机臂的振动检测信息，所述振动检测信息包括固有频率点、带宽和固有频率点的振型。

在上述实现过程中，通过振动台输出预设频率和预设加速度的振动，可定制化振动数据，如正弦扫频、余弦扫频、定频分析等；夹持机构安装在振动台上并固定安装无人机机臂，从而将振动台的振动传导至无人机机臂，然后通过无人机机臂及振动台上的数据采集机构采集机臂响应数据和振动台振源数据，通过分析获得无人机机臂的固有频率及振型；从而，该无人机机臂的检测装置不必通过仿真模拟及飞行测试即可检测并识别出无人机机臂的固有频率，实现检测便捷的技术效果，从而降低检测成本，并缩短无人机的开发周期。

进一步地，所述处理所述机臂响应数据和所述振动台振源数据，获得所述无人机机臂的振动检测信息的步骤，包括：

分析所述机臂响应数据和所述振动台振源数据，获得三轴加速度数据；

根据所述三轴加速度数据绘制所述加速度幅频曲线；

通过所述加速度幅频曲线中差异化的波峰，获得所述无人机机臂的固有频率点及带宽。

在上述实现过程中，通过分析机臂响应数据和振动台振源数据并获得其中的三轴加速度数据，再根据三轴加速度数据绘制加速度幅频曲线，即可通过差异化的波峰分析获得无人机机臂的固有频率点及带宽。

进一步地，所述处理所述机臂响应数据和所述振动台振源数据，获得所述无人机机臂的振动检测信息的步骤，包括：

分析所述机臂响应数据和所述振动台振源数据，获得三轴角速度数据；

根据所述三轴角速度数据绘制角速度幅频曲线；

通过所述角速度幅频曲线中差异化的波峰，获得所述无人机机臂的固有频率点及带宽。

在上述实现过程中，通过分析机臂响应数据和振动台振源数据并获得其中的三轴角速度数据，再根据三轴角速度数据绘制角速度幅频曲线，即可通过差异化的波峰分析获得无人机机臂的固有频率点及带宽。

本申请公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本申请公开的上述技术即可得知。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种无人机机臂的检测装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种无人机机臂的检测装置的结构示意图；

图3a为本申请实施例提供的夹持机构的结构示意图；

图3b为本申请实施例提供的夹持机构的爆炸结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种无人机机臂的检测方法的流程示意图；

图5为本申请实施例提供的获得振动检测信息的流程示意图；

图6为本申请实施例提供的另一种获得振动检测信息的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或点连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的联通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。

本申请实施例提供了一种无人机机臂的检测装置及检测方法，可以应用于无人机机臂的固有频率检测中，识别无人机机臂的固有频率点、带宽及振型等；该无人机机臂的检测装置通过振动台输出预设频率和预设加速度的振动，可定制化振动数据，如正弦扫频、余弦扫频、定频分析等；夹持机构安装在振动台上并固定安装无人机机臂，从而将振动台的振动传导至无人机机臂，然后通过无人机机臂及振动台上的数据采集机构采集机臂响应数据和振动台振源数据，通过分析获得无人机机臂的固有频率及振型；从而，该无人机机臂的检测装置不必通过仿真模拟及飞行测试即可检测并识别出无人机机臂的固有频率，实现检测便捷的技术效果，从而降低检测成本，并缩短无人机的开发周期。

请参见图1，图1为本申请实施例提供的一种无人机机臂的检测装置的结构示意图，该无人机机臂的检测装置包括激振机构10、夹持机构20和数据采集机构30，无人机40包括无人机机臂41。

示例性地，激振机构10包括振动台11，振动台11用于输出预设频率和预设加速度的振动。

示例性地，振动台11能够输出不同频率、不同加速度的振动，并可以定制化振动数据，如正弦扫频、余弦扫频、定频分析等；从而，通过振动台11可以输出符合检测要求的振动数据，方便进行无人机机臂41的固有频率检测。

示例性地，夹持机构20安装在振动台11上，无人机机臂41与夹持机构20固定安装，夹持机构20与振动台11紧固连接。

示例性地，无人机40可以是四旋翼无人机，具有四个无人机机臂41；无人机40也可以是三旋翼无人机，具有三个无人机机臂41；应理解，无人机40的机臂数量仅作为示例而非限定，无人机40也可以包括其他数量的无人机机臂41。

示例性地，数据采集机构30包括多个惯性测量单元31，多个惯性测量单元31分别安装在振动台11、无人机机臂41上。

示例性地，惯性测量单元31包括三轴加速度计及三轴陀螺仪，能够测试被测物体三个轴向的加速度以及三个轴向的角速度数据。

示例性地，惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置。一般的，一个IMU包含了三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺，加速度计检测物体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号，而陀螺检测载体相对于导航坐标系的角速度信号，测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态；在导航及测试领域中，惯性测量单元有着很重要的应用价值。

示例性地，该无人机机臂的检测装置通过振动台11输出预设频率和预设加速度的振动，可定制化振动数据，如正弦扫频、余弦扫频、定频分析等；夹持机构20安装在振动台11上并固定安装无人机机臂41，从而将振动台11的振动传导至无人机机臂41，然后通过无人机机臂41及振动台11上的数据采集机构采集机臂响应数据和振动台振源数据，通过分析获得无人机机臂的固有频率及振型；从而，该无人机机臂的检测装置不必通过仿真模拟及飞行测试即可检测并识别出无人机机臂的固有频率，实现检测便捷的技术效果，从而降低检测成本，并缩短无人机的开发周期。

在一些实施场景中，若存在无人机机臂41的固有频率在桨频范围内，并且激振加速度明显增大，则会造成无人机40的飞行姿态控制难度的增加，严重时甚至会导致无人机机臂41、无人机机身强度的破坏，严重影响无人机40飞行时的稳定性及安全性；通过本申请实施例提供的无人机机臂的检测装置，可以检测并识别出无人机机臂的固有频率，从而可以检验无人机机臂41是否满足设计要求，以及确定无人机机臂41的改善方向，从而保证无人机40飞行时的稳定性及安全性。

请参见图2，图2为本申请实施例提供的另一种无人机机臂的检测装置的结构示意图。

示例性地，数据采集机构30包括第一惯性测量单元311和第二惯性测量单元312，无人机机臂41包括第一机臂411和第二机臂412，第一惯性测量单元311安装在第一机臂411上，第二惯性测量单元312安装在第二机臂412上。

示例性地，第一惯性测量单元311和第二惯性测量单元分别用于测量第一机臂411和第二机臂412上的机臂响应数据，其中机臂响应数据即无人机机臂41的振动响应信息，包括三轴加速度数据和三轴角速度数据。

示例性地，数据采集机构30还包括第三惯性测量单元313，第三惯性测量单元313安装在振动台11上。

示例性地，第三惯性测量单元313用于测量振动台11上的振动台振源数据，同样包括三轴加速度数据和三轴角速度数据。

示例性地，第一惯性测量单元311、第二惯性测量单元312和第三惯性测量单元313的其中一个方向轴处于竖直状态。

示例性地，在保证第一惯性测量单元311、第二惯性测量单元312和第三惯性测量单元313的其中一个方向轴处于竖直状态时，即要求第一惯性测量单元311、第二惯性测量单元312和第三惯性测量单元313的长、宽、高三面处于与自然空间坐标系垂直或平行的状态，从而使各个惯性测量单元的测试数据保持一致性。

请参见图3a和图3b，图3a为本申请实施例提供的夹持机构的结构示意图，图3b为本申请实施例提供的夹持机构的爆炸结构示意图。

示例性地，夹持机构20包括第一支架21和第二支架22，第一支架21固定安装在振动台11上，第二支架22和第一支架21固定安装，无人机机臂41安装在第一支架和第二支架之间。

示例性地，第一支架21和第二支架22可以固定安装无人机机臂41，将无人机机臂机臂41悬空，并使无人机机臂41的根部(无人机机臂41和无人机机身的连接处)与振动台11刚性连接，使振动台11的振动可以传导至无人机机臂上。

在一些实施方式中，夹持机构20也可以是其他形式，能够通过固定结构，将无人机机臂41悬空，无人机机臂41的根部能够与振动台11刚性连接即可。

示例性地，夹持机构20还包括第一螺钉，第一螺钉穿过第一支架21的螺孔，并将第一支架21固定安装在振动台11上。

示例性地，通过第一螺钉紧固安装第一支架21在振动台11上，方便安装及拆卸。

示例性地，夹持机构20还包括第二螺钉23，第二螺钉23穿过第二支架22的螺孔，并将第二支架22固定安装在第一支架21上。

示例性地，通过第二螺钉23紧固安装第二支架22在第一支架21上，方便安装及拆卸。

在一些实施方式中，第一支架21通过螺钉固定在振动台上，第二支架22通过螺钉固定在第一支架21上；无人机机臂41固定在第一支架21与第二支架22支架之间，通过螺钉拧紧；第一惯性测量单元311通过胶水固定在所述第一机臂411上，且第一惯性测量单元311靠近第一机臂411的电机端，第二惯性测量单元312通过胶水固定在所述第二机臂412上，且第二惯性测量单元312靠近第二机臂412的电机端，第三惯性测量单元313通过胶水固定在振动台11上。

请参见图4，图4为本申请实施例提供的一种无人机机臂的检测方法的流程示意图，该无人机机臂的检测方法包括如下步骤：

S100：根据无人机的桨频，激励振动台输出预设的扫频振动，扫频振动的频率不大于无人机的桨频。

S200：接收数据采集机构发送的机臂响应数据和振动台振源数据。

S300：处理机臂响应数据和振动台振源数据，获得无人机机臂的振动检测信息，振动检测信息包括固有频率点、带宽和固有频率点的振型。

示例性地，通过振动台输出预设频率和预设加速度的振动，可定制化振动数据，如正弦扫频、余弦扫频、定频分析等；夹持机构安装在振动台上并固定安装无人机机臂，从而将振动台的振动传导至无人机机臂，然后通过无人机机臂及振动台上的数据采集机构采集机臂响应数据和振动台振源数据，通过分析获得无人机机臂的固有频率及振型；从而，该无人机机臂的检测装置不必通过仿真模拟及飞行测试即可检测并识别出无人机机臂的固有频率，实现检测便捷的技术效果，从而降低检测成本，并缩短无人机的开发周期。

请参见图5，图5为本申请实施例提供的获得振动检测信息的流程示意图。

示例性地，S300：处理机臂响应数据和振动台振源数据，获得无人机机臂的振动检测信息的步骤，包括：

S311：分析机臂响应数据和振动台振源数据，获得三轴加速度数据；

S312：根据三轴加速度数据绘制加速度幅频曲线；

S313：通过加速度幅频曲线中差异化的波峰，获得无人机机臂的固有频率点及带宽。

示例性地，通过分析机臂响应数据和振动台振源数据并获得其中的三轴加速度数据，再根据三轴加速度数据绘制加速度幅频曲线，即可通过差异化的波峰分析获得无人机机臂的固有频率点及带宽。

请参见图6，图6为本申请实施例提供的另一种获得振动检测信息的流程示意图。

示例性地，S300：处理机臂响应数据和振动台振源数据，获得无人机机臂的振动检测信息的步骤，包括：

S321：分析机臂响应数据和振动台振源数据，获得三轴角速度数据；

S322：根据三轴角速度数据绘制角速度幅频曲线；

S323：通过角速度幅频曲线中差异化的波峰，获得无人机机臂的固有频率点及带宽。

示例性地，通过分析机臂响应数据和振动台振源数据并获得其中的三轴角速度数据，再根据三轴角速度数据绘制角速度幅频曲线，即可通过差异化的波峰分析获得无人机机臂的固有频率点及带宽。

示例性地，通过三轴角速度数据和三轴加速度数据可分别获得无人机机臂的固有频率点及带宽，两者可相互印证，保证无人机机臂的固有频率点及带宽的准确性。

在一些实施方式中，无人机机臂的检测方法的详细流程示意如下：

(1)确定此多旋翼无人机的桨频，例如无人机40的桨频可设置为500HZ；

(2)通过振动台11，输入恒定大小的加速度，0-500HZ的扫频激励；

(3)通过第一惯性测量单元311、第二惯性测量单元312分别采集第一机臂411和第二机臂412的机臂响应数据，通过第三惯性测量单元313采集振动台11的振动台振源数据；

(4)分析第一惯性测量单元311、第二惯性测量单元312的三轴加速度数据与第三惯性测量单元313的三轴加速度数据，绘制三个惯性测量单元的三轴加速度数据的幅频曲线，通过第一惯性测量单元311、第二惯性测量单元312和第三惯性测量单元313差异化的波峰，计算第一机臂411、第二机臂412的固有频率点及带宽；

(5)分析第一惯性测量单元311、第二惯性测量单元312的三轴角速度数据与第三惯性测量单元313的三轴角速度数据，绘制三个惯性测量单元的三轴角速度数据的幅频曲线，通过第一惯性测量单元311、第二惯性测量单元312和第三惯性测量单元313差异化的波峰，计算第一机臂411、第二机臂412的固有频率点及带宽；

(6)通过结合第一惯性测量单元311、第二惯性测量单元312的加速度数据及角速度数据，分析固有频率点的振型。

从而，通过上述方式即可分析出无人机机臂的固有频率及振型，若存在机臂的固有频率在桨频范围内，并且激振加速度明显增大，则会造成飞机姿态控制难度的增加或机臂、机身强度的破坏，通过以上识别出机臂的固有频率，可以检验机臂是否满足设计要求，以及确定机臂的改善方向。

在本申请所有实施例中，“大”、“小”是相对而言的，“多”、“少”是相对而言的，“上”、“下”是相对而言的，对此类相对用语的表述方式，本申请实施例不再多加赘述。

应理解，说明书通篇中提到的“在本实施例中”、“本申请实施例中”或“作为一种可选的实施方式”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在本实施例中”、“本申请实施例中”或“作为一种可选的实施方式”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定特征、结构或特性可以以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

在本申请的各种实施例中，应理解，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的必然先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应与权利要求的保护范围为准。