【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及旋翼无人机领域，具体涉及一种基于气压式力传感的旋翼无人机升力反馈系统。
技术介绍
1、现有的旋翼无人机升力反馈控制技术使用商用的拉力传感器测量旋翼产生的升力，该种传感器价格高，在研发阶段会增加投入的成本；重量大，会增加无人机的带载负担，影响无人机的续航时间，面向大范围远距离和长时间作业的情况该种类型的传感器便不适用；高动态负载下结构强度差，商用的拉力传感器只能承受静态的扭矩，旋翼旋转时因螺旋桨动不平衡及外部扰动，会产生随圆周旋转的振动带来高频扭矩和弯矩，从而容易导致力传感器内部结构损坏无法进行旋翼升力的测量。
技术实现思路
1、本专利技术技术所解决的问题是：针对现有旋翼无人机升力反馈控制技术测力方式的不足，设计低成本、轻重量的气压式力传感器来直接测量旋翼产生的升力，提出一种基于气压式力传感的旋翼无人机升力反馈系统，解决了用于测量旋翼升力的力传感器成本高、重量大、无法承受动态负载的问题。
2、本专利技术设计了一种基于气压式力传感的旋翼无人机升力反馈系统，设计低成本、轻重量的气压式力传感器，使用该传感器直接测量旋翼产生的升力，并通过合理的安装方式减小扭矩的影响；以期望升力和气压式力传感器的输出信号的差值作为旋翼升力反馈系统的输入量，通过设计力反馈控制器以实现旋翼升力的精确控制，有效提升旋翼无人机机动能力。
3、本专利技术技术的解决方案为：一种基于气压式力传感的旋翼无人机升力反馈系统，采用低成本、轻重量的气压式力传感器(主流商用力传感器成本：几千至几
4、本专利技术采用如下技术方案：一种气压式力传感器，包括依次设置的顶盖、力传感模块和pcb板；其中：
5、所述顶盖，作为气压式力传感器的受力面，设于力传感模块上；所述受力面将外部施加的力传递给橡胶模块使其产生形变；
6、所述力传感模块，包括多个对称分布的橡胶模块，所述橡胶模块通过在pcb板上进行浇筑形成；所述橡胶模块内部设置气压计，橡胶模块产生的形变量通过气压计的气孔传递至气压计内部的膜片，从而改变气压计的输出；
7、所述pcb板，用于设置气压计以及与气压计连接的集成电路，用于根据气压计的输出得到测量力。
8、所述气压式力传感器安装在电机和底座之间，具体如下：
9、用于连接电机与气压式力传感器的连接板、与pcb板之间沿周向设有多个直线轴承，每个直线轴承内均穿设有光杆螺丝，每根光杆螺丝带螺纹的上下端分别与连接板及顶盖相连，每根光杆螺丝穿过直线轴承的部分为光杆，pcb板通过穿过顶盖的螺丝与无人机底座固接，使旋翼产生升力时拉动气压式力传感器的顶盖，进而压缩橡胶模块使传感器输出升力的测量值；
10、pcb板的上表面设有与直线轴承数量相同、一一对应的多个法兰盘组，每个法兰盘组均具有两个分别固定在pcb板上的法兰盘，直线轴承套设在两个法兰盘中间，且固接在pcb板上，以通过直线轴承将滑动摩擦转换为滚动摩擦减小扭矩对升力测量的影响。
11、所述橡胶模块内部设置两个气压计，所述气压计的气孔朝向顶盖；两个气压计轴心重合，且气孔的一侧均向橡胶模块边缘设置。
12、所述橡胶模块为2n个，以广义力传感器的轴心为中心均匀分布。
13、所述顶盖和pcb板平行设置。
14、所述橡胶模块为采用聚氨酯橡胶在设有气压计的pcb板上进行浇筑得到的立方体；等待橡胶凝固后，将顶盖安装于橡胶模块的顶部，作为广义力传感器的受力面。
15、所述气压计的开孔内设有压敏膜片。
16、一种基于气压式力传感的旋翼无人机升力反馈系统，包括：
17、气压式力传感器，用于采集旋翼产生的升力f得到升力测量力值；
18、滤波器，用于对升力测量值进行滤波，将滤波后的升力fb作为单轴升力反馈系统的反馈信号；
19、力反馈控制器，用于将反馈信号与期望升力fd作差得到的升力偏差fe，作为力反馈控制器的输入信号，通过力反馈控制器输出调节量σ至无人机动力系统，使动力系统通过电子调速器调整电机的转速，进而带动旋翼旋转产生升力。
20、一种基于气压式力传感的旋翼无人机升力反馈方法，包括以下步骤：
21、气压式力传感器采集旋翼产生的升力f得到升力测量值fm，并进行滤波；
22、将滤波后的升力fb作为单轴升力反馈系统的反馈信号，用于与期望升力fd作差得到升力偏差fe，作为力反馈控制器的输入信号，使力反馈控制器输出调节量σ，通过电子调速器通过调整电机的转速，带动旋翼旋转产生升力。
23、所述气压式力传感器采集旋翼产生的升力，包括以下步骤：
24、当气压式力传感器顶盖承受所施加的力，力传感模块受到力，橡胶模块产生的形变量通过气压计输出得到测量力，具体如下：
25、
26、式中，f表示测量力，l表示单个橡胶模块的长度，w表示单个橡胶模块的宽度，k表示每单位法向应力对应的气压计读数，通过标定获得；ci表示第i个气压计的读数。
27、与现有技术相比本专利技术的有益效果是：气压式力传感器的制作成本低且具有轻重量的特点，能够增加旋翼无人机的续航能力，减轻负载压力；其灵活的结构设计与安装方式能够减小动态扭矩的影响，提高升力反馈系统的控制准确性和鲁棒性。
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1.一种气压式力传感器，其特征在于，包括依次设置的顶盖、力传感模块和PCB板；其中：
2.根据权利要求1所述的一种气压式力传感器，其特征在于，所述气压式力传感器安装在电机和底座之间，具体如下：
3.根据权利要求1所述的一种基于气压式力传感的广义力传感器，其特征在于，所述橡胶模块内部设置两个气压计，所述气压计的气孔朝向顶盖；两个气压计轴心重合，且气孔的一侧均向橡胶模块边缘设置。
4.根据权利要求1所述的一种基于气压式力传感的广义力传感器，其特征在于，所述橡胶模块为2n个，以广义力传感器的轴心为中心均匀分布。
5.根据权利要求1所述的一种基于气压式力传感的广义力传感器，其特征在于，所述顶盖和PCB板平行设置。
6.根据权利要求1所述的一种基于气压式力传感的广义力传感器，其特征在于，所述橡胶模块为采用聚氨酯橡胶在设有气压计的PCB板上进行浇筑得到的立方体；等待橡胶凝固后，将顶盖安装于橡胶模块的顶部，作为广义力传感器的受力面。
7.根据权利要求1所述的一种基于气压式力传感的广义力传感器，其特征在于，所述气压计的开孔内
8.一种基于气压式力传感的旋翼无人机升力反馈系统，其特征在于，包括：
9.一种基于气压式力传感的旋翼无人机升力反馈方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种基于气压式力传感的旋翼无人机升力反馈方法，其特征在于，所述气压式力传感器采集旋翼产生的升力，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种气压式力传感器，其特征在于，包括依次设置的顶盖、力传感模块和pcb板；其中：
2.根据权利要求1所述的一种气压式力传感器，其特征在于，所述气压式力传感器安装在电机和底座之间，具体如下：
3.根据权利要求1所述的一种基于气压式力传感的广义力传感器，其特征在于，所述橡胶模块内部设置两个气压计，所述气压计的气孔朝向顶盖；两个气压计轴心重合，且气孔的一侧均向橡胶模块边缘设置。
4.根据权利要求1所述的一种基于气压式力传感的广义力传感器，其特征在于，所述橡胶模块为2n个，以广义力传感器的轴心为中心均匀分布。
5.根据权利要求1所述的一种基于气压式力传感的广义力传感器，其特征在于，所述顶盖和pcb板平行设置。
【专利技术属性】
技术研发人员：何玉庆，杨丽英，常彦春，蒋涵，黄朝雄，李思梁，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：
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