(10)申请公布号

(43)申请公布日

(21)申请号 201510504096.X

(22)申请日 2015.08.17

B64F 5/00(2006.01)

(71)申请人 华南农业大学

地址 510642 广东省广州市天河区五山路

483 号

(72)发明人 周志艳 陈盛德 王辉 罗锡文

臧英 姜锐 兰玉彬 齐兴源

(74)专利代理机构 广东广信君达律师事务所

44329

代理人 罗伟富 杨晓松

(54) 发明名称

一种多旋翼无人飞行器性能测试平台及方法

(57) 摘要

本发明公开了一种多旋翼无人飞行器性能测

试平台及方法，所述测试平台包括底座、立柱、顶

架、性能测试仪器和计算处理中心；所述立柱的

底部通过球头万向轴承连接在底座上，该立柱的

顶部通过球头万向轴承连接在顶架上；所述顶架

通过弹性拉索悬挂在外部刚性体上；所述多旋翼

无人飞行器的机架上设有套在立柱上的套环 ；所

述性能测试仪器包括设置在多旋翼无人飞行器上

的用于测量多旋翼无人飞行器飞行姿态信息及工

况信息的机上测试仪器和设置在测试平台上的用

于测量多旋翼无人飞行器的外部响应信息的地面

测试仪器；所述计算处理中心包括数据采集单元

和数据分析单元。本发明的测试平台不仅结构简

单，灵活性好，而且还可以准确测试出飞行器的多

种性能指标。

(51)Int.Cl.

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利申请

权利要求书3页 说明书9页 附图2页

CN 105083588 A

2015.11.25

CN 105083588 A

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1.一种多旋翼无人飞行器性能测试平台，其特征在于，包括底座、立柱、顶架、性能测试

仪器和计算处理中心，此外还包括环绕在四周的外部围网；其中：

所述立柱的底部通过球头万向轴承连接在底座上，该立柱的顶部通过球头万向轴承连

接在顶架上；所述顶架通过弹性拉索悬挂在外部刚性体上；所述多旋翼无人飞行器的机架

上设有套环，该套环套在所述立柱上形成滑动结构；

所述外部围网包括围网支架和柔性织网；

所述性能测试仪器包括设置在多旋翼无人飞行器上的用于测量多旋翼无人飞行器飞

行姿态信息及工况信息的机上测试仪器，以及设置在所述测试平台上的用于测量多旋翼无

人飞行器的外部响应信息的地面测试仪器；其中，所述机上测试仪器包括运动姿态传感器

及工况传感器；所述地面测试仪器包括电流传感器、拉力传感器、测距传感器、水平仪以及

影像设备，其中，所述电流传感器用于测量多旋翼无人飞行器电控系统的工作电流，该电流

传感器设置在电源供电线路中；所述拉力传感器用于测量多旋翼无人飞行器的升力，该拉

力传感器的下端连接在底座上，上端连接在多旋翼无人飞行器的机身上；所述测距传感器

用于测量多旋翼无人飞行器的飞行高度，该测距传感器设置于底座上；所述水平仪用于测

量平台的水平情况，该水平仪设置于底座水平面上；所述影像设备用于摄制测试过程并记

录多旋翼无人飞行器各关键部件的热像，该影像设备设置于外部围网支架上；

所述计算处理中心包括数据采集单元和数据分析单元，数据采集单元用于将性能测试

仪器中采集到的测试信号发送给数据分析单元；所述数据分析单元用于根据数据采集单元

获取的测试信号进行运算和存储，获得多旋翼无人飞行器性能测试结果。

2.根据权利要求 1 所述的多旋翼无人飞行器性能测试平台，其特征在于，所述底座的

上侧设有下滑动装置，该下滑动装置包括沿径向设置在底座上的下滑轨以及设置在下滑轨

上的下滑块，所述立柱的下端通过球头万向轴承连接在下滑块上；当下滑块调节到确定位

置后，该下滑块通过螺丝固定在下滑轨上；

所述顶架的下侧设有上滑动装置，该上滑动装置包括沿径向设置在顶架上的上滑轨以

及设置在上滑轨上的上滑块，所述立柱的上端通过球头万向轴承连接在上滑块上；当上滑

块调节到确定位置后，该上滑块通过设螺丝固定在上滑轨上。

3.根据权利要求 2 所述的多旋翼无人飞行器性能测试平台，其特征在于，所述底座的

中部设有重力块。

4.根据权利要求 1 所述的多旋翼无人飞行器性能测试平台，其特征在于，所述立柱的

上下两端设有上限位销和下限位销，所述上限位销和下限位销之间的立柱表面设有刻度。

5.根据权利要求 4 所述的多旋翼无人飞行器性能测试平台，其特征在于，所述上限位

销和下限位销由套设在立柱上的圆环状阻尼器构成。

6.根据权利要求 1 所述的多旋翼无人飞行器性能测试平台，其特征在于，所述运动姿

态传感器是全球定位系统定位传感器或陀螺仪或航姿参考系统或惯性测量单元，用于测量

多旋翼无人飞行器的运动姿态参数，该运动姿态参数包括位置、速度、高度、航向和倾角 ；所

述工况传感器是工作温度传感器、转速传感器或振动传感器中的一种或多种。

7.一种应用权利要求1～6中任一项所述的多旋翼无人飞行器性能测试平台实现的多

旋翼无人飞行器载荷性能测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.将安装好套环的多旋翼无人飞行器套在测试平台的立柱上，将拉力传感器连接于飞

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行器机身的重心垂直轴上；

b. 接通飞行器及测试平台电源，遥控多旋翼无人飞行器飞行至合适的高度，绷紧机身

与拉力传感器的连接绳索，然后逐渐加大遥控油门至油门最大值；

c. 数据采集单元根据设定的频率记录多旋翼无人飞行器从起飞到油门推至最大值期

间：遥控器油门开度，拉力传感器、电流传感器、测距传感器输出的数据以及各关键部件的

热像，并发送至数据分析单元处理，数据分析单元经载荷性能分析计算得出无人飞行器的

载荷性能参数并生成相应的性能参数报告；

所述载荷性能参数包括额定载荷和极限载荷，其中：

所述额定载荷是指：当绷紧机身与拉力传感器的连接绳索后，逐渐加大油门开度，同时

电流 I 也在增加，当 V供电电压 *I单个电机电流＝ P单个电机额定功率时，记录此时拉力传感器的读数 F 为

该飞行器的额定载荷值；

所述极限载荷是指：当绷紧机身与拉力传感器的连接绳索后，逐渐加大油门至 100％，

持续运转一定的时间后若飞行器未出现异常，记录持续时间及此时拉力传感器的读数 F 为

该飞行器的极限载荷值。

8.一种应用权利要求1～6中任一项所述的多旋翼无人飞行器性能测试平台实现的多

旋翼无人飞行器抗风性能测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.将安装好套环的多旋翼无人飞行器套在测试平台的立柱上，给被测飞行器添加适当

的载荷，并将测试平台及飞行器移至风洞试验段中；

b. 接通飞行器及测试平台电源，遥控多旋翼无人飞行器飞行至合适的高度，让其处于

定高自稳飞行状态；

c.由小到大逐步调整风洞试验段中的风速，使被测的多旋翼无人飞行器置于不同等级

风速的风洞环境中飞行；

d. 数据采集单元根据设定的频率记录多旋翼无人飞行器从起飞到测试结束期间 ：遥

控器油门开度，电流传感器、测距传感器、机上运动姿态传感器和工况传感器输出的数据以

及各关键部件的热像，并发送至数据分析单元处理，数据分析单元经抗风性能分析计算得

出飞行器的抗风性能参数并生成相应的性能参数报告；

所述抗风性能计算方法为：当风速等级为k(k是明确的风速等级)时，机上运动姿态传

感器输出无人飞行器的机身倾斜角度为 αk，通过不断增加风速等级至 n，无人飞行器最终

会由于倾斜角度 αn过大而失去平衡，即被测无人飞行器的最大抗风等级为 n-1 ；且对比在

不同等级风速时电流传感器所得的电流值 I 及其他传感器所得的与稳定状态时相比的偏

移值 S 来综合分析无人飞行器在不同等级风速时其抗风性能的好坏，电流值 I 越小和偏移

值 S越小，抗风能力越强。

9.一种应用权利要求1～6中任一项所述的多旋翼无人飞行器性能测试平台实现的多

旋翼无人飞行器稳定性能测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

a. 将安装好套环的多旋翼无人飞行器套在测试平台的立柱上；

b. 接通飞行器及测试平台电源，连接好机上运动姿态传感器，遥控多旋翼无人飞行器

飞行至合适的高度，让其处于定高自稳飞行状态；

c.用外力给多旋翼无人飞行器施加外部扰动激励信号，并同步记录扰动激励信号的输

入时间和强度；

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d. 数据采集单元根据设定的频率记录扰动激励信号输入后多旋翼无人飞行器机上运

动姿态传感器和工况传感器输出的数据以及各关键部件的热像，并发送至数据分析单元处

理，数据分析单元结合飞行器抗扰动恢复达到稳态的时间，经稳定性能分析计算得出飞行

器的稳定性能参数并生成相应的性能参数报告；

所述稳定性能的计算方法为：在被测无人飞行器的一侧加以不同程度的扰动信号 R，

无人飞行器机身会发生摇晃及倾斜，最终会因为扰动信号过大导致倾斜角度过大而失去平

衡，当无人飞行器失去平衡时的扰动信号 Rk即为被测无人飞行器的极限扰动值，对比机上

运动姿态传感器输出的由扰动信号 R1、R2、……、Rk-1引起的无人飞行器摇晃的幅度值 A及

恢复平衡的时间值T来分析被测无人飞行器稳定性能的好坏，在某一等级的扰动信号R下，

飞行器摇晃的幅度值 A越小和恢复平衡的时间 T越小，表示飞行器的稳定性能越好。

10.一种应用权利要求 1～ 6中任一项所述的多旋翼无人飞行器性能测试平台实现的

多旋翼无人飞行器可靠性能测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.将安装好套环的多旋翼无人飞行器套在测试平台的立柱上，给被测飞行器添加适当

的载荷；

b. 根据不同的可靠性指标测试需求，设定不同的可靠性验证试验，将飞行器置于相应

的验证试验测试环境中；

c. 接通飞行器及测试平台电源，遥控多旋翼无人飞行器飞行至合适的高度，让其处于

定高自稳飞行状态；

d. 数据采集单元根据设定的频率记录不同验证试验测试环境中多旋翼无人飞行器机

上运动姿态传感器及工况传感器输出的数据以及各关键部件的热像，并发送至数据分析单

元处理，数据分析单元结合飞行器的平均无故障工作间隔时间、飞行任务成功率、可靠度、

累积失效概率，经可靠性能分析计算得出飞行器的可靠性能参数并生成相应的性能参数报

告。

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一种多旋翼无人飞行器性能测试平台及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种测试设备及方法，具体涉及一种多旋翼无人飞行器性能测试平台

及方法。

背景技术

[0002] 近年来，多旋翼无人飞行器以其安全、体积小、应用灵活、作业效率高等优点被广

泛应用于军事、科研、民用等各个领域，无人飞行器无论在民用领域还是军事领域都有着广

阔的市场和应用前景，尤其在极为危险、恶劣的环境中更显示出了其应用价值。

[0003] 多旋翼无人飞行器出现后，它的寿命平均值并不高。随着多旋翼无人飞行器系统

功能的扩展，机载设备越来越先进、复杂、昂贵，由于系统性能先进，造价昂贵，就要求无人

飞行器的服役时间也要逐渐增加，对无人飞行器的性能、寿命要求将越来越严格。同时，多

旋翼无人飞行器的应用正逐步扩展到民用和科学研究领域。一般而言，民用用户要求性能

高，造价低。如果没有科学的可以依据的设计数据，没有一定的性能指标和寿命指标，可靠

性与寿命指标过低，民用用户势必无法认同，这样将阻碍无人飞行器向民用市场的扩展。现

在无人飞行器市场竞争极为激烈，国内目前有近百家单位在研制生产无人飞行器。在系统

性能差不多的情况下，用户必然倾向于长寿命、可靠性高、稳定性能好的无人飞行器。因此，

为取得最优的性价比效益，对无人飞行器的载荷性能、抗风性能、稳定性能、寿命性能等性

能参数进行测试就显得尤为必要。

[0004] 目前，无人飞行器性能测试平台所采用的测试技术还不够成熟，在实际应用中并

不多见，而且在已有的无人飞行器性能测试平台中还存在两大主要问题：一是现有的无人

飞行器性能测试平台功能不够全面，现有的无人飞行器性能测试平台中并没有某一种平台

是适于测试无人飞行器的综合性能的，而是只针对无人飞行器的某一种性能的测试而研制

的，这就导致用户的参考指标不够全面，难于选择；二是现有的无人飞行器性能测试平台给

出的参考参数不够准确，现有的无人飞行器性能测试平台所测试的参数均是在无人飞行器

工作在理想的环境中所得出的性能参数，而在现实作业中环境变化性很大，载荷、风力、振

动等因素对无人飞行器性能均会产生很大影响，这将导致用户对无人飞行器的选择产生偏

差。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多旋翼无人飞行器性能测试平

台，该测试平台不仅结构简单，灵活性好，而且还可以准确测试出多旋翼无人飞行器的多种

性能指标，有很强的实用性和指导意义。

[0006] 本发明的另外一个目的在于提供一种应用上述多旋翼无人飞行器性能测试平台

实现的多旋翼无人飞行器性能测试方法，该性能测试方法包括载荷性能测试方法、抗风性

能测试方法、稳定性能测试方法以及可靠性能测试方法。

[0007] 本发明的目的通过以下的技术方案实现：

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[0008] 一种多旋翼无人飞行器性能测试平台，其特征在于，包括底座、立柱、顶架、性能测

试仪器和计算处理中心，此外还包括环绕在四周的外部围网；其中：

[0009] 所述立柱的底部通过球头万向轴承连接在底座上，该立柱的顶部通过球头万向轴

承连接在顶架上；所述顶架通过弹性拉索悬挂在外部刚性体上；所述多旋翼无人飞行器的

支架上设有套环，该套环套在所述立柱上形成滑动结构；

[0010] 所述外部围网包括围网支架和柔性织网，用于整个测试平台的安全防护；所述性

能测试仪器包括设置在多旋翼无人飞行器上的用于测量多旋翼无人飞行器飞行姿态信息

及工况信息的机上测试仪器，以及设置在所述测试平台上的用于测量多旋翼无人飞行器的

外部响应信息的地面测试仪器；其中，所述机上测试仪器包括运动姿态传感器及工况传感

器；所述地面测试仪器包括电流传感器、拉力传感器、测距传感器、水平仪以及影像设备，其

中，所述电流传感器用于测量多旋翼无人飞行器电控系统的工作电流，该电流传感器设置

在电源供电线路中；所述拉力传感器用于测量多旋翼无人飞行器的升力，该拉力传感器的

下端连接在底座上，上端连接在多旋翼无人飞行器的机身上；所述测距传感器用于测量多

旋翼无人飞行器的飞行高度，该测距传感器设置于底座上；所述水平仪用于测量平台的水

平情况，该水平仪设置于底座平面上；所述影像设备用于摄制测试过程并记录多旋翼无人

飞行器各关键部件的热像，该影像设备设置于外部围网支架上；

[0011] 所述计算处理中心包括数据采集单元和数据分析单元，数据采集单元用于将性能

测试仪器中采集到的测试信号发送给数据分析单元；所述数据分析单元用于根据数据采集

单元获取的测试信号进行运算和存储，获得多旋翼无人飞行器性能测试结果。

[0012] 本发明的一个优选方案，其中，所述底座的上侧设有下滑动装置，该下滑动装置包

括沿径向设置在底座上的下滑轨以及设置在下滑轨上的下滑块，所述立柱的下端通过球头

万向轴承连接在下滑块上；当下滑块调节到确定位置后，该下滑块通过螺丝固定在下滑轨

上；

[0013] 所述顶架的下侧设有上滑动装置，该上滑动装置包括沿径向设置在顶架上的上滑

轨以及设置在上滑轨上的上滑块，所述立柱的上端通过球头万向轴承连接在上滑块上 ；当

上滑块调节到确定位置后，该上滑块通过螺丝固定在上滑轨上。

[0014] 上述优选方案中，通过设置下滑动装置和上滑动装置，可以根据多旋翼无人飞行

器的形状和机臂的长短来调节立杆的位置，使得本发明的测试平台可以适用于对不同尺寸

的多旋翼无人飞行器进行测试。

[0015] 优选地，所述底座的中部设有重力块，以降低整个测试平台的重心，增加其稳定

性；所述底座上设有安装孔，用于将下滑动装置固定于底座上，且底座上设有不同角度的安

装孔，可根据需要调整下滑动装置的安装位置以适应不同种类的多旋翼无人机，如四旋翼、

六旋翼或八旋翼等等。

[0016] 本发明的一个优选方案，其中，所述立柱的上下两端设有上限位销和下限位销，所

述上限位销和下限位销之间的立柱表面设有刻度。所述上限位销和下限位销分别用于限定

多旋翼无人飞行器的飞行高度上限和起飞位置；所述刻度用于指示多旋翼无人飞行器的高

程位置。

[0017] 优选地，所述上限位销和下限位销由套设在立柱上的圆环状阻尼器构成，用于给

多旋翼无人飞行器到达最高位和最低位时起到缓冲减震作用。

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[0018] 本发明的一个优选方案，其中，所述运动姿态传感器是全球定位系统定位传感器

或陀螺仪或航姿参考系统或惯性测量单元，用于测量多旋翼无人飞行器的运动姿态参数，

该运动姿态参数包括位置、速度、高度、航向和倾角；所述工况传感器是工作温度传感器、转

速传感器或振动传感器中的一种或多种。

[0019] 本发明的一个优选方案，其中，所述立柱为由轻质刚性材料制成的圆杆，数量为一

根或一根以上，若为一根以上时，各立柱之间保持平行。

[0020] 一种应用上述多旋翼无人飞行器性能测试平台实现的多旋翼无人飞行器载荷性

能测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

[0021] a. 将安装好套环的多旋翼无人飞行器套在测试平台的立柱上，将拉力传感器连接

于飞行器机身的重心垂直轴上；

[0022] b. 接通飞行器及测试平台电源，遥控多旋翼无人飞行器飞行至合适的高度，绷紧

机身与拉力传感器的连接绳索，然后逐渐加大遥控油门至油门最大值；

[0023] c. 数据采集单元根据设定的频率记录多旋翼无人飞行器从起飞到油门推至最大

值期间：遥控器油门开度，拉力传感器、电流传感器、测距传感器输出的数据以及各关键部

件的热像，并发送至数据分析单元处理，数据分析单元经载荷性能分析计算得出无人飞行

器的载荷性能参数并生成相应的性能参数报告；

[0024] 所述载荷性能参数包括额定载荷和极限载荷，其中：

[0025] 所述额定载荷是指：当绷紧机身与拉力传感器的连接绳索后，逐渐加大油门开度，

同时电流 I 也在增加，当 V供电电压 *I单个电机电流＝ P单个电机额定功率时，记录此时拉力传感器的读数

F为该飞行器的额定载荷值；

[0026] 所述极限载荷是指：当绷紧机身与拉力传感器的连接绳索后，逐渐加大油门至

100％，持续运转一定的时间后若飞行器未出现异常，记录持续时间及此时拉力传感器的读

数 F为该飞行器的极限载荷值。

[0027] 一种应用上述多旋翼无人飞行器性能测试平台实现的多旋翼无人飞行器抗风性

能测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

[0028] a. 将安装好套环的多旋翼无人飞行器套在测试平台的立柱上，给被测飞行器添加

适当的载荷，并将测试平台及飞行器移至风洞试验段中；

[0029] b. 接通飞行器及测试平台电源，遥控多旋翼无人飞行器飞行至合适的高度，让其

处于定高自稳飞行状态；

[0030] c. 由小到大逐步调整风洞试验段中的风速，使被测的多旋翼无人飞行器置于不同

等级风速的风洞环境中飞行；

[0031] d. 数据采集单元根据设定的频率记录多旋翼无人飞行器从起飞到测试结束期间：

遥控器油门开度，电流传感器、测距传感器、机上运动姿态传感器和工况传感器输出的数据

以及各关键部件的热像，并发送至数据分析单元处理，数据分析单元经抗风性能分析计算

得出飞行器的抗风性能参数并生成相应的性能参数报告；

[0032] 所述抗风性能计算方法为：当风速等级为k(k是明确的风速等级)时，机上运动姿

态传感器输出无人飞行器的机身倾斜角度为 αk，通过不断增加风速等级至 n，无人飞行器

最终会由于倾斜角度 αn过大而失去平衡，即被测无人飞行器的最大抗风等级为 n-1 ；且对

比在不同等级风速时电流传感器所得的电流值 I 及其他传感器所得的与稳定状态时相比

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的偏移值 S 来综合分析无人飞行器在不同等级风速时其抗风性能的好坏，电流值 I 越小和

偏移值 S越小，抗风能力越强。

[0033] 一种应用上述多旋翼无人飞行器性能测试平台实现的多旋翼无人飞行器稳定性

能测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

[0034] a. 将安装好套环的多旋翼无人飞行器套在测试平台的立柱上；

[0035] b. 接通飞行器及测试平台电源，连接好机上运动姿态传感器，遥控多旋翼无人飞

行器飞行至合适的高度，让其处于定高自稳飞行状态；

[0036] c. 用外力给多旋翼无人飞行器施加外部扰动激励信号，例如载荷中药箱的浪涌、

随机风等，并同步记录扰动激励信号的输入时间和强度；

[0037] d. 数据采集单元根据设定的频率记录扰动激励信号输入后多旋翼无人飞行器机

上运动姿态传感器及工况传感器输出的数据以及各关键部件的热像，并发送至数据分析单

元处理，数据分析单元结合飞行器抗扰动恢复达到稳态的时间，经稳定性能分析计算得出

飞行器的稳定性能参数并生成相应的性能参数报告；

[0038] 所述稳定性能的计算方法为：在被测无人飞行器的一侧加以不同程度的扰动信号

R，无人飞行器机身会发生摇晃及倾斜，最终会因为扰动信号过大导致倾斜角度过大而失去

平衡，当无人飞行器失去平衡时的扰动信号 Rk即为被测无人飞行器的极限扰动值，对比机

上运动姿态传感器输出的由扰动信号 R1、R2、……、Rk-1引起的无人飞行器摇晃的幅度值 A

及恢复平衡的时间值 T 来分析被测无人飞行器稳定性能的好坏，在某一等级的扰动信号 R

下，飞行器摇晃的幅度值 A越小和恢复平衡的时间 T越小，表示飞行器的稳定性能越好。

[0039] 一种应用上述多旋翼无人飞行器性能测试平台实现的多旋翼无人飞行器可靠性

能测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

[0040] a. 将安装好套环的多旋翼无人飞行器套在测试平台的立柱上，给被测飞行器添加

适当的载荷 ；

[0041] b. 根据不同的可靠性指标测试需求，设定不同的可靠性验证试验 ( 包括 ：高温测

试、高湿测试、高温高湿测试、盐雾测试、振动测试、淋雨测试、粉尘测试、药液挥发物腐蚀性

测试、满载测试等 )，将飞行器置于相应的验证试验测试环境中；

[0042] c. 接通飞行器及测试平台电源，遥控多旋翼无人飞行器飞行至合适的高度，让其

处于定高自稳飞行状态；

[0043] d. 数据采集单元根据设定的频率记录不同验证试验测试环境中多旋翼无人飞行

器机上运动姿态传感器和工况传感器输出的数据以及各关键部件的热像，并发送至数据分

析单元处理，数据分析单元结合飞行器的平均无故障工作间隔时间、飞行任务成功率、可靠

度、累积失效概率，经可靠性能分析计算得出飞行器的可靠性能参数并生成相应的性能参

数报告。例如：

[0044] 高温可靠性能测试的测试方法为：将测试平台及飞行器置于 40℃左右的高温环

境中并搭载一定的载荷持续飞行 20min 左右，通过计算总飞行次数中的失败次数来评估其

高温环境下的可靠度，即 U＝ 1- 失败飞行次数 /总飞行次数；

[0045] 满载可靠性测试的测试方法为：将测试平台及飞行器在正常飞行环境中搭载额定

载荷 ( 即额定功率 ) 飞行，通过计算统计无人飞行器的平均故障间隔时间来评估其满载测

试下的可靠性能。

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[0046] 其余可靠性能测试参照上述方法来进行，方法原则是在设定的测试条件下结合飞

行器的平均无故障工作间隔时间来进行评估。

[0047] 本发明的工作原理是：

[0048] 本发明的多旋翼无人飞行器性能测试平台中，利用底座、立柱和顶架将多旋翼无

人飞行器限定在特定的位置进行各种飞行状态模拟，由于所述立柱的上下两端与顶架、底

座通过万向轴承连接，使得立柱可以在空间上灵活地摆动，所述多旋翼无人飞行器通过套

环可滑动地连接在立柱上，使得多旋翼无人飞行器的模拟飞行可尽可能地接近真实环境；

利用性能测试仪器对测试状态下的各个参数进行检测，并利用计算处理中心对检测到的数

据进行分析获得性能测试结果。

[0049] 本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：

[0050] 1. 由于所述立柱的上下两端与顶架、底座通过万向轴承连接，使得立柱可以在空

间上灵活地摆动，多旋翼无人飞行器通过套环可滑动地连接在立柱上进行模拟真实飞行，

飞行试验环境更接近于真实环境；测试出的关于无人飞行器的各个性能指标更准确可靠，

具有更好的参考价值。此外，底座和顶架上设有滑动装置，立柱连接在滑动装置上，这种结

构可使测试平台能够灵活地适应各种尺寸和结构的多旋翼飞行器的安装和测试，使测试平

台具有很宽的适应性。

[0051] 2. 本发明通过获取各个位置处传感器的信号并进行处理，就能得出关于无人飞行

器的载荷性能、抗风性能、稳定性能、可靠性能等多种性能参数，实现了无人飞行器性能指

标参考的全面性，更有利于用户的选择。

[0052] 3. 本发明测试平台的优选方案中，立柱的上下两端设有上限位销和下限位销，限

位销由套设在立柱上的圆环状阻尼器构成，这种带有阻尼器上下限位销，可避免无人飞行

器在测试中因过载或意外等情况所致的坠毁事故，极大地减少了损失，从而降低了测试成

本。

[0053] 4. 本发明测试平台设有环绕在四周的外部围网，用于整个测试平台的安全防护，

即可保护测试中的飞行器免受外部干扰，又可避免测试过程中飞行器发生射桨等危险故障

时对附近测试工作人员的安全威胁。

[0054] 5. 本发明地面测试仪器的影像设备包括能记录温度变化情况的热像仪，该仪器安

装于外部围网的支架上，可全面记录飞行器各部件的温度实时变化情况，更有利于对测试

过程中各部件的工作状态进行全面准确地评估。

附图说明

[0055] 图 1 为本发明的多旋翼无人飞行器性能测试平台的一个具体实施方式的结构示

意图。

[0056] 图 2为本发明的多旋翼无人飞行器性能测试平台的底座平面示意图。

[0057] 图 3为图 1所示多旋翼无人飞行器性能测试平台的工作流程图。

具体实施方式

[0058] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限

于此。

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[0059] 实施例 1

[0060] 参见图 1和图 2，本发明的多旋翼无人飞行器 4性能测试平台包括底座 3、立柱 2、

顶架 1、性能测试仪器和计算处理中心，此外还包括环绕在四周的外部围网；其中：

[0061] 所述立柱 2 的底部通过球头万向轴承 303 连接在底座 3 上，该立柱 2 的顶部通过

球头万向轴承103连接在顶架1上；所述顶架1通过弹性拉索104悬挂在外部刚性体上，所

述弹性拉索 104 用于在测试初始时保持立柱垂直；顶架 1 为中空支架；所述多旋翼无人飞

行器 4的支架上设有套环 203，该套环 203 套在所述立柱 2上形成滑动结构。

[0062] 所述外部围网包括围网支架和柔性织网，用于整个测试平台的安全防护。

[0063] 参见图 3，所述性能测试仪器包括设置在多旋翼无人飞行器 4 上的用于测量多旋

翼无人飞行器飞行姿态信息及工况信息的机上测试仪器，以及设置在所述测试平台上的用

于测量多旋翼无人飞行器的外部响应信息的地面测试仪器。其中，所述机上测试仪器包括

运动姿态传感器 ZYX-S2 及工况传感器；所述地面测试仪器包括电流传感器 XA-1-100A、拉

力传感器 PST-20KG、测距传感器、水平仪以及影像设备 FLIR T-400，其中，所述电流传感器

XA-1-100A 用于测量多旋翼无人飞行器电控系统的工作电流，该电流传感器 XA-1-100A 设

在电源供电线路上；所述拉力传感器 PST-20KG 用于测量多旋翼无人飞行器的升力，该拉力

传感器 PST-20KG 的下端连接在底座 3 上，上端连接在多旋翼无人飞行器的机身上；所述测

距传感器用于测量多旋翼无人飞行器的飞行高度，该测距传感器设置于底座 3 上；所述水

平仪用于测量平台的水平情况，该水平仪设置于底座 3 平面上；所述影像设备 FLIR T-400

用于摄制测试过程并记录多旋翼无人飞行器各关键部件的热像，该影像设备FLIR T-400设

置于外部围网支架上。

[0064] 所述计算处理中心包括数据采集单元 (ART USB2831) 和数据分析单元 (Labview

软件 )，数据采集单元 (ART USB2831) 用于将性能测试仪器中采集到的测试信号发送给数

据分析单元 ；所述数据分析单元(Labview软件)用于根据数据采集单元(ART USB2831)获

取的测试信号进行运算和存储，获得多旋翼无人飞行器性能测试结果。

[0065] 参见图 1和图 2，所述底座 3的上侧设有下滑动装置，该下滑动装置包括沿径向设

置在底座 3 上的下滑轨 301 以及设置在下滑轨 301 上的下滑块 302，所述立柱 2 的下端通

过球头万向轴承303连接在下滑块302上；当下滑块302调节到确定位置后，可以通过拧紧

下滑块 302 上表面的螺丝使其固定在下滑轨 301 上的确定位置；所述下滑轨 301 为双轴心

导轨。所述顶架 1 的下侧设有上滑动装置，该上滑动装置包括沿径向设置在顶架 1 上的上

滑轨101以及设置在上滑轨101上的上滑块102，所述立柱2的上端通过球头万向轴承103

连接在上滑块102上；当上滑块102调节到确定位置后，可以通过拧紧上滑块102上的螺丝

使其固定在上滑轨 101 上的确定位置。通过设置下滑动装置和上滑动装置，可以根据多旋

翼无人飞行器 4 的形状和机臂的长短来调节立杆 2 的位置，使得本发明的测试平台可以适

用于对不同尺寸的多旋翼无人飞行器进行测试。

[0066] 参见图1和图2，所述底座3的中部设有重力块304，以降低整个测试平台的重心，

增加其稳定性；所述底座3上设有安装孔305，用于将下滑动装置固定于底座3上，且底座3

上设有不同角度的安装孔 305，可根据需要调下整滑动装置的固定位置以适应不同种类的

多旋翼无人机，如四旋翼、六旋翼或八旋翼等等。

[0067] 参见图 1，所述立柱的上下两端设有上限位销 201 和下限位销 202，所述上限位销

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201 和下限位销 202 之间的立柱 2表面设有刻度。所述上限位销 201 和下限位销 202 分别

用于限定多旋翼无人飞行器 4 的飞行高度上限和起飞位置；所述刻度用于指示多旋翼无人

飞行器 4的高程位置。所述上限位销 201和下限位销 202由套设在立柱 2上的圆环状阻尼

器构成，用于给多旋翼无人飞行器 6到达最高位和最低位时起到缓冲减震作用。

[0068] 参见图 3，所述运动姿态传感器是全球定位系统定位传感器或陀螺仪 ZYX-S2 或航

姿参考系统或惯性测量单元，用于测量多旋翼无人飞行器的运动姿态参数，该运动姿态参

数包括位置、速度、高度、航向和倾角；所述工况传感器是工作温度传感器 PT100、转速传感

器或振动传感器中的一种或多种。

[0069] 参见图 3，所述计算处理中心是计算机，数据采集单元 (ART USB2831) 和数据分析

单元 (Labview 软件 ) 安装于计算机中。数据采集单元 (ART USB2831) 的输入接口通过有

线或无线方式与性能测试仪器的输出接口连接；数据采集单元 (ART USB2831) 采集到的信

号发送给数据分析单元 (Labview 软件 ) 处理和储存；数据分析单元 (Labview 软件 ) 由数

据通讯协议栈、系统自检模块、数据同步采集模块、数据转换存储模块、数据处理分析模块、

性能参数成图输出模块及系统维护模块组成。

[0070] 所述立柱 2为由轻质刚性材料制成的圆杆，数量为多根，各立柱之间保持平行。

[0071] 参见图 1 ～图 3，本发明的应用上述多旋翼无人飞行器性能测试平台实现的多旋

翼无人飞行器载荷性能测试方法，包括如下步骤：

[0072] a. 将安装好套环 203 的多旋翼无人飞行器 4套在测试平台的立柱 2上，将拉力传

感器 PST-20KG 连接于飞行器机身的重心垂直轴上；

[0073] b. 接通飞行器及测试平台电源，遥控多旋翼无人飞行器 4 飞行至合适的高度，绷

紧机身与拉力传感器 PST-20KG 的连接绳索，然后逐渐加大遥控油门至油门最大值；

[0074] c.数据采集单元(ART USB2831)根据设定的频率记录多旋翼无人飞行器4从起飞

到油门推至最大值期间：遥控器油门开度，拉力传感器 PST-20KG、电流传感器 XA-1-100A、

测距传感器输出的数据以及各关键部件的热像，并发送至数据分析单元(Labview软件)处

理，数据分析单元(Labview软件)经载荷性能分析计算得出无人飞行器的载荷性能参数并

生成相应的性能参数报告；

[0075] 所述载荷性能参数包括额定载荷和极限载荷，其中：

[0076] 所述额定载荷是指：当绷紧机身与拉力传感器 PST-20KG 的连接绳索后，逐渐加大

油门开度，同时电流I也在增加，当V供电电压 *I单个电机电流＝ P单个电机额定功率时，记录此时拉力传感

器 PST-20KG 的读数 F为该飞行器的额定载荷值；

[0077] 所述极限载荷是指：当绷紧机身与拉力传感器 PST-20KG 的连接绳索后，逐渐加大

油门至 100％，持续运转一定的时间后若飞行器未出现异常，记录持续时间及此时拉力传感

器 PST-20KG 的读数 F为该飞行器的极限载荷值。

[0078] 参见图1～图3，本发明的应用上述多旋翼无人飞行器4性能测试平台实现的多旋

翼无人飞行器 4抗风性能测试方法，包括如下步骤：

[0079] a. 将安装好套环 203 的多旋翼无人飞行器 4套在测试平台的立柱 2上，给被测飞

行器添加适当的载荷，并将测试平台及飞行器移至风洞试验段中；

[0080] b. 接通飞行器及测试平台电源，遥控多旋翼无人飞行器飞行至合适的高度，让其

处于定高自稳飞行状态；

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[0081] c. 由小到大逐步调整风洞试验段中的风速，使被测的多旋翼无人飞行器置于不同

等级风速的风洞环境中飞行；

[0082] d. 数据采集单元 (ART USB2831) 根据设定的频率记录多旋翼无人飞行器从起

飞到测试结束期间：遥控器油门开度，电流传感器 XA-1-100A、测距传感器、机上运动姿态

传感器 ZYX-S2 和工况传感器输出的数据以及各关键部件的热像，并发送至数据分析单元

(Labview软件)处理，数据分析单元(Labview软件)经抗风性能分析计算得出飞行器的抗

风性能参数并生成相应的性能参数报告；

[0083] 所述抗风性能计算方法为：当风速等级为 k(k 是明确的风速等级 ) 时，机上运动

姿态传感器 ZYX-S2 输出无人飞行器的机身倾斜角度为αk，通过不断增加风速等级至 n，无

人飞行器最终会由于倾斜角度 αn过大而失去平衡，即被测无人飞行器的最大抗风等级为

n-1 ；且对比在不同等级风速时电流传感器XA-1-100A所得的电流值I及其他传感器所得的

与稳定状态时相比的偏移值 S 来综合分析无人飞行器在不同等级风速时其抗风性能的好

坏，电流值 I越小和偏移值 S越小，抗风能力越强。

[0084] 参见图1～图3，本发明的应用上述多旋翼无人飞行器6性能测试平台实现的多旋

翼无人飞行器 4稳定性能测试方法，包括如下步骤：

[0085] a. 将安装好套环 203 的多旋翼无人飞行器 4套在测试平台的立柱 2上；

[0086] b. 接通飞行器及测试平台电源，连接好机上运动姿态传感器 ZYX-S2，遥控多旋翼

无人飞行器飞行至合适的高度，让其处于定高自稳飞行状态；

[0087] c. 用外力给多旋翼无人飞行器施加外部扰动激励信号，例如载荷中药箱的浪涌、

随机风等，并同步记录扰动激励信号的输入时间和强度；

[0088] d. 数据采集单元 (ART USB2831) 根据设定的频率记录扰动激励信号输入后多旋

翼无人飞行器 4 机上运动姿态传感器 ZYX-S2 和工况传感器输出的数据以及各关键部件的

热像，并发送至数据分析单元(Labview软件 )处理，数据分析单元(Labview软件 )结合飞

行器抗扰动恢复达到稳态的时间，经稳定性能分析计算得出飞行器的稳定性能参数并生成

相应的性能参数报告；

[0089] 所述稳定性能的计算方法为：在被测无人飞行器的一侧加以不同程度的扰动信号

R，无人飞行器机身会发生摇晃及倾斜，最终会因为扰动信号过大导致倾斜角度过大而失去

平衡，当无人飞行器失去平衡时的扰动信号 Rk即为被测无人飞行器的极限扰动值，对比机

上运动姿态传感器输出的由扰动信号 R1、R2、……、Rk-1引起的无人飞行器摇晃的幅度值 A

及恢复平衡的时间值 T 来分析被测无人飞行器稳定性能的好坏，在某一等级的扰动信号 R

下，飞行器摇晃的幅度值 A越小和恢复平衡的时间 T越小，表示飞行器的稳定性能越好。

[0090] 参见图1～图3，本发明的应用上述多旋翼无人飞行器4性能测试平台实现的多旋

翼无人飞行器 4可靠性能测试方法，包括如下步骤：

[0091] a. 将安装好套环 203 的多旋翼无人飞行器 4套在测试平台的立柱上，给被测飞行

器添加适当的载荷；

[0092] b. 根据不同的可靠性指标测试需求，设定不同的可靠性验证试验 ( 包括 ：高温测

试、高湿测试、高温高湿测试、盐雾测试、振动测试、淋雨测试、粉尘测试、药液挥发物腐蚀性

测试、满载测试等 )，将飞行器置于相应的验证试验测试环境中；

[0093] c. 接通飞行器及测试平台电源，遥控多旋翼无人飞行器 4 飞行至合适的高度，让

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其处于自稳定高飞行状态；

[0094] d. 数据采集单元 (ART USB2831) 根据设定的频率记录不同验证试验测试环境中

多旋翼无人飞行器4机上运动姿态传感器ZYX-S2和工况传感器FLIR T400输出的数据以及

各关键部件的热像，并发送至数据分析单元 (Labview 软件 )处理，数据分析单元 (Labview

软件 ) 结合飞行器的平均无故障工作间隔时间、飞行任务成功率、可靠度、累积失效概率，

经可靠性能分析计算得出飞行器的可靠性能参数并生成相应的性能参数报告。例如：

[0095] 高温可靠性能测试的测试方法为：将测试平台及飞行器置于 40℃左右的高温环

境中并搭载一定的载荷持续飞行 20min 左右，通过计算总飞行次数中的失败次数来评估其

高温环境下的可靠度，即 U＝ 1- 失败飞行次数 /总飞行次数；

[0096] 满载可靠性测试的测试方法为：将测试平台及飞行器在正常飞行环境中搭载额定

载荷 ( 即额定功率 ) 飞行，通过计算统计无人飞行器的平均故障间隔时间来评估其满载测

试下的可靠性能。

[0097] 其余可靠性能测试参照上述方法来进行，方法原则是在设定的测试条件下结合飞

行器的平均无故障工作间隔时间来进行评估。

[0098] 实施例 2

[0099] 本实施例的多旋翼无人飞行器性能测试平台除以下特征外同实施例 1：多旋翼无

人飞行器的抗风性能指标的角度传感器可以替换为测距传感器，数据采集单元通过采集安

装在立柱 2 上的测距传感器的位移信号来测量立柱 2 的摆动幅度，从而来测得无人机的抗

风性能指标。

[0100] 上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其

他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等

效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

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图 1

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图 2

图 3

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