CN104677380A - 一种组合导航实验平台 - Google Patents

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Abstract

本发明属于车辆自动化及智能化技术领域，具体地说是一种组合导航实验平台。包括轨道、实验车、组合导航数据采集装置，其中组合导航数据采集装置设置于实验车上，所述实验车滑动连接于所述轨道上，所述实验车在所述轨道上运行、并通过数据采集装置实现GPS数据和位姿数据自动采集和存储。本发明具有通信接口规范、硬件集成度高、功能扩展方便和适合各种组合导航算法的测试实验等优点。

Description

一种组合导航实验平台
技术领域
本发明属于车辆自动化及智能化技术领域，具体地说是一种组合导航实验平台。该组合导航实验平台主要用于车辆组合导航算法测试与验证。
背景技术
目前单一的导航系统难以满足实际要求，把两种或多种导航系统组合起来，应用最优估计理论，形成最优导航系统，使组合后的导航系统在精度和可靠性上都有所提高。
组合导航算法的优劣是组合导航系统成功的关键。目前，为了验证组合导航算法的性能，通常需要先进行纯数学仿真以验证算法性能，再对算法进行工程实现，经实际跑车实验，检验其在实际情况下的性能。这样既浪费了研制成本和延缓了开发周期，又不能满足精度的要求。因此，研制一种精度高、操作简单的组合导航实验平台是很有必要的。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种组合导航实验平台。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种组合导航实验平台，包括轨道、实验车、组合导航数据采集装置，其中组合导航数据采集装置设置于实验车上，所述实验车滑动连接于所述轨道上，所述实验车在所述轨道上运行、并通过数据采集装置实现GPS数据和位姿数据自动采集和存储。
所述轨道包括直导轨、弯导轨、对接块、支座及轨枕，其中直导轨和弯导轨之间通过对接块连接，所述直导轨和弯导轨通过支座固定于轨枕上。
所述直导轨和弯导轨与支座连接处设有承接块，所述支座上设有U形豁口，所述承接块插设于U形豁口内、并通过螺栓将承接块与支座连接。
所述轨枕两侧与支座连接处沿轨枕的长度方向设有用于调整支座固定位置的椭圆孔。所述直导轨和弯导轨均为空心圆管。
所述实验车包括车体、控制器及手持遥控器，其中车体滑动连接于轨道上，所述控制器设置于车体上；所述手持遥控器用于向所述控制器发送无线指令，所述控制器用于根据指令对车体进行相应控制。
所述车体包括底架、导航轮、前连接板、直流电机、传动机构、后连接板、盖板及电机连接板，其中盖板连接于底架的上方，所述底架的下方依次连接有前连接板、电机连接板和后连接板，所述导航轮活动连接于前连接板上、并与所述轨道滑动连接，所述传动机构固定于后连接板上，所述直流电机固定于电机连接板上、并与控制器电连接，所述直流电机的输出端通过同步带与传动机构传动连接。
所述导航轮包括螺杆、三角架及至少两个转动轮，其中螺杆的一端固定于三角架的一侧面上，所述三角架的另外两个侧面对称设有转动轮，所述转动轮与三角架转动连接，所述螺杆的另一端穿过前连接板中间设有的椭圆孔、并与螺母连接。
所述传动机构包括轴承座、驱动轮、传动轴、轮轴、垫座、同步轮及联轴器，其中传动轴的两端通过联轴器分别与一个传动轴连接，所述传动轴转动安装于轴承座上，所述轴承座通过垫座安装于后连接板上，每个传动轴上均连接有驱动轮，所述驱动轮与所述轨道滑动连接。
所述数据采集装置包括GPS接收机、惯性测量单元和数据采集单元，其中GPS接收机和惯性测量单元分别提供所述实验车所在位置的GPS数据和实验车的位姿数据，所述数据采集单元采集并存储所述实验车所在位置的GPS数据和实验车的位姿数据以便分析。
本发明的优点及有益效果是：
本发明具有通信接口规范、硬件集成度高、功能扩展方便和适合各种组合导航算法的测试实验等优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中轨道的组成示意图；
图3是本发明中轨道车的结构示意图；
图4是本发明中导航轮的结构示意图；
图5是本发明中轨道车传动机构的结构示意图；
图6是本发明中弯导轨的结构示意图；
图7是本发明中支座的结构示意图。
其中：1为手持遥控器，2为控制器，3为车体，4为轨道，5为直导轨，6为对接快，7为弯导轨，7a为不锈钢空心管，7b托座，7c为托座通孔，8为支座，8a为支座第一通孔，8b为U形豁口，8c为支座第二通孔，9为轨枕，10为底架，11为导航轮，12为前连接板，12a为椭圆孔，13为直流电机，14为传动机构，14a为轴承座，14b为驱动轮，14c为传动轴，14d为轮轴，14e为垫座，14f为同步轮，14g联轴器，15为后连接板，16为盖板，17为电机连接板，18为螺母。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
如图1所示，本发明包括轨道、实验车、组合导航数据采集装置，其中组合导航数据采集装置设置于实验车上，所述实验车滑动连接于轨道上，所述实验车在导轨上运行、并通过数据采集装置实现GPS数据和位姿数据自动采集和存储。
如图2、6、7所示，所述轨道包括直导轨5、弯导轨7、对接块6、支座8及轨枕9，其中直导轨5和弯导轨7之间通过对接块6连接，可以减少导轨之间对接的缝隙。所述直导轨5和弯导轨7通过支座8固定于轨枕9上。所述直导轨5和弯导轨7底部与支座8连接处焊接有承接块7b，所述承接块7b上设有托座通孔7c。所述支座8上沿长度方向设有U形豁口8b，所述U形豁口8b的两侧壁上设有同轴的支座第二通孔8c。所述承接块7b插设于U形豁口8b内、并通过螺栓贯穿支座第二通孔8c和托座通孔7c将导轨与支座8连接，最后采用螺母紧固。在支座8两翼的方形法兰上设有支座第一通孔8a，支座8通过支座第一通孔8a与轨枕9固定连接，所述轨枕9两侧与支座8连接处沿轨枕9的长度方向设有用于调整支座8固定位置的椭圆孔，通过该椭圆孔进而调整两轨道之间的距离。每段弯导轨7所对应的圆心角为45度，通过多段弯导轨7对接可以连接成90°、135°、180°的组合弯轨，直导轨5、弯导轨7之间也可以任意组合，组合后可以形成直线、回形和蛇形等导轨。所述支座8具有一定的高度，这种高度使车体3距离地面的距离加大，这样车体3下面的各种部件不会与轨枕9产生干涉。
所述直导轨5和弯导轨7可采用不锈钢空心管7a，不锈钢空心管7a的外径为32mm，壁厚为2mm。采用空心管可以减小轨道的重量，方便搬运和组合。
所述实验车包括车体3、控制器2及手持遥控器1，其中车体3滑动连接于轨道上，所述控制器2设置于车体3上。所述手持遥控器1用于向所述控制器2发送无线指令，所述控制器2用于根据指令对车体3进行相应控制。所述实验车具有三种基本控制功能：1)启停控制：控制器2无线接收手持遥控器1的启停指令，根据接收的指令实现对车体3的控制，使车体3沿着轨道启动和停止；2)方向控制：控制器2无线接收手持遥控器1的方向指令，根据接收的指令实现对车体3的方向控制；3)速度控制：采用PWM脉宽调速方式，支持12V/24V直流电机接入。
控制器2能够接入12v-24v的电压，满足不同类型的直流电机，输出功率可达500w。采用PWM脉宽调速方式，具有最高、最低速限定调整功能，只要通过控制器2面板上的旋钮，就能调整实验车的速度。控制器2能够接收手持遥控器1指令，根据指令实现轨道车的前进、后退和停止，手持遥控器1和控制器2之间最大遥控距离为50m。
如图3所示，所述车体3包括底架10、导航轮11、前连接板12、直流电机13、传动机构14、后连接板15、盖板16及电机连接板17，其中盖板16设置于底架10的上方，所述盖板16的四个角上设有与整个盖板面垂直的固定片，固定片上有通孔用来和底架10的固定。底架10呈长方形，其底部和两侧加工内螺孔能够分别与前连接板12、后连接板15、电机连接板17和盖板16固定。所述底架10的下方依次连接有前连接板12、电机连接板17和后连接板15，前连接板12中间设有椭圆孔12a，所述导航轮11与该椭圆孔12a活动连接。所述传动机构14固定于后连接板15上，所述直流电机13固定于电机连接板17上、并与控制器2电连接，所述直流电机13的输出端通过同步带与传动机构14传动连接。直流电机13通过同步带将动力送到传动机构14上，进而带动车体3运动。传动机构14利用螺栓固定在两块后连接板15上。
如图4所示，所述导航轮11包括螺杆、三角架及四个转动轮，其中螺杆的一端固定于三角架的一侧面上，所述三角架的另外两个侧面对称设有两组转动轮，所述转动轮与三角架转动连接，所述螺杆的另一端穿过前连接板12中间设有的椭圆孔12a、并与螺母18连接。椭圆孔12a不仅可以调整导航轮11的轮距而且使导航轮11绕螺杆轴线转动任意角度，这样实验车在运动时按照轨道的形状灵活转向。
如图5所示，所述传动机构14包括轴承座14a、驱动轮14b、传动轴14c、轮轴14d、垫座14e、同步轮14f及联轴器14g，所述传动机构14通过垫座14e上的通孔与后连接板15固定。垫座14e呈U字形，其两边的凸台上设有内螺孔用来固定轴承座14a。轮轴14d插入到两个轴承座14a的内孔中，并用轴承座14a的内孔的顶丝紧固，使轮轴14d与内孔固定。轮轴14d一端利用自身的轴肩顶在轴承座14a上，另一端采用螺母紧固，以防止轮轴14d的轴向移动。驱动轮14b和同步轮14f都采用了平键联结的方式，这种联结方式适用于高速、承受冲击的场合。同步轮14f的两侧分别为弹性挡圈和传动轴14c的轴肩联，两者的作用也是防止同步轮14f的轴向移动。连轴器14g连接了传动轴14c和轮轴14d，连接后动力从传动轴14c传递到两边的轮轴14d，最后使驱动轮14b转动。
所述数据采集装置包括GPS接收机、惯性测量单元和数据采集单元，其中GPS接收机和惯性测量单元分别提供所述实验车所在位置的GPS数据和实验车的位姿数据，所述数据采集单元采集并存储所述实验车所在位置的GPS数据和实验车的位姿数据以便分析。
本发明的工作原理是：
本发明中轨道4根据所需要的形状进行组合，然后摆放在水平地面上，不平行地面处的轨道通过楔形块找平。手持遥控器1发出控制指令，当控制器2接收到指令后控制车体3上的直流电机14转动。直流电机又通过同步带使传动机构运转进而使车体3在轨道上按照手持遥控器1的指令运动。由于导航轮12可以转动任意角度，因此车体3能够在轨道4上实现转弯。

Claims (10)

1.一种组合导航实验平台，其特征在于：包括轨道、实验车、组合导航数据采集装置，其中组合导航数据采集装置设置于实验车上，所述实验车滑动连接于所述轨道上，所述实验车在所述轨道上运行、并通过数据采集装置实现GPS数据和位姿数据自动采集和存储。
2.按权利要求1所述的组合导航实验平台，其特征在于：所述轨道包括直导轨(5)、弯导轨(7)、对接块(6)、支座(8)及轨枕(9)，其中直导轨(5)和弯导轨(7)之间通过对接块(6)连接，所述直导轨(5)和弯导轨(7)通过支座(8)固定于轨枕(9)上。
3.按权利要求2所述的组合导航实验平台，其特征在于：所述直导轨(5)和弯导轨(7)与支座(8)连接处设有承接块(7b)，所述支座(8)上设有U形豁口(8b)，所述承接块(7b)插设于U形豁口(8b)内、并通过螺栓将承接块(7b)与支座(8)连接。
4.按权利要求2所述的组合导航实验平台，其特征在于：所述轨枕(9)两侧与支座(8)连接处沿轨枕(9)的长度方向设有用于调整支座(8)固定位置的椭圆孔。
5.按权利要求2-4任一项所述的组合导航实验平台，其特征在于：所述直导轨(5)和弯导轨(7)均为空心圆管。
6.按权利要求1所述的组合导航实验平台，其特征在于：所述实验车包括车体(3)、控制器(2)及手持遥控器(1)，其中车体(3)滑动连接于轨道上，所述控制器(2)设置于车体(3)上；所述手持遥控器(1)用于向所述控制器(2)发送无线指令，所述控制器(2)用于根据指令对车体(3)进行相应控制。
7.按权利要求6所述的组合导航实验平台，其特征在于：所述车体(3)包括底架(10)、导航轮(11)、前连接板(12)、直流电机(13)、传动机构(14)、后连接板(15)、盖板(16)及电机连接板(17)，其中盖板(16)连接于底架(10)的上方，所述底架(10)的下方依次连接有前连接板(12)、电机连接板(17)和后连接板(15)，所述导航轮(11)活动连接于前连接板(12)上、并与所述轨道滑动连接，所述传动机构(14)固定于后连接板(15)上，所述直流电机(13)固定于电机连接板(17)上、并与控制器(2)电连接，所述直流电机(13)的输出端通过同步带与传动机构(14)传动连接。
8.按权利要求7所述的组合导航实验平台，其特征在于：所述导航轮(11)包括螺杆、三角架及至少两个转动轮，其中螺杆的一端固定于三角架的一侧面上，所述三角架的另外两个侧面对称设有转动轮，所述转动轮与三角架转动连接，所述螺杆的另一端穿过前连接板(12)中间设有的椭圆孔(12a)、并与螺母(18)连接。
9.按权利要求7所述的组合导航实验平台，其特征在于：所述传动机构(14)包括轴承座(14a)、驱动轮(14b)、传动轴(14c)、轮轴(14d)、垫座(14e)、同步轮(14f)及联轴器(14g)，其中传动轴(14c)的两端通过联轴器(14g)分别与一个传动轴(14c)连接，所述传动轴(14c)转动安装于轴承座(14a)上，所述轴承座(14a)通过垫座(14e)安装于后连接板(15)上，每个传动轴(14c)上均连接有驱动轮(14b)，所述驱动轮(14b)与所述轨道滑动连接。
10.按权利要求1所述的组合导航实验平台，其特征在于：所述数据采集装置包括GPS接收机、惯性测量单元和数据采集单元，其中GPS接收机和惯性测量单元分别提供所述实验车所在位置的GPS数据和实验车的位姿数据，所述数据采集单元采集并存储所述实验车所在位置的GPS数据和实验车的位姿数据以便分析。
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