CN105923168B - 用于机载云台测试的旋翼机飞行模拟平台 - Google Patents

用于机载云台测试的旋翼机飞行模拟平台 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于机载云台测试的旋翼机飞行模拟平台，属于飞机飞行模拟技术领域，包括底座和设置在底座两端的四自由度平台，两端的四自由度平台上分别设有链轮主动驱动机构和链轮从动机构，链轮主动驱动机构和链轮从动机构通过链条连接，链条上面设置有相机云台支架，相机云台支架上设置有相机云台。本发明通过两个四自由度平台刚性连接可实现其由X、Z方向上的移动距离控制。因此可知，通过X、Z方向单轴机器人耦合可控制平台的俯仰角，而通过X轴转动机构控制可直接控制平台横滚角，并且可以控制旋翼机飞行俯冲和横滚颠簸环境模拟，链传动机构控制旋翼机的运动速度，降低了成本。

Description

用于机载云台测试的旋翼机飞行模拟平台
技术领域
本发明属于飞机飞行模拟技术领域，具体涉及一种用于机载云台测试的旋翼机飞行模拟平台。
背景技术
小型无人旋翼具有垂直起降、空中悬停、可沿纵轴/横轴向各个方向飞行的良好机动性，以及携带方便、隐蔽性好、启动快速、成本低等特点，在现代军事、反恐防暴和民用方面具有十分广阔的应用前景，尤其是携带机载运动双眼视觉系统后，作为一个机动灵活的低空制高点，非常适用于目前强烈需求的自动跟踪系统。
为了扩大旋翼机监测监控外界环境信息的范围，大多数小型无人旋翼机都装有两维或三维的旋转伺服机械云台。在云台控制方面，视觉系统对移动目标自动跟踪技术的研究焦点主要集中在计算机视觉与图像处理方面，主要是围绕如何提取图像特征、检测目标并进行匹配、计算目标的空间位置等。面向小型旋翼机的视觉系统与计算机视觉系统有许多相同之处，因此可以直接利用计算机视觉的研究成果，但是由于两者应用背景不同，尤其是在实时性、环境适应性、处理单元等方面存在许多不同之处，并且小型无人旋翼机在作业时容易受到外界干扰、自身姿态变化以及机体振动的影响，因此单纯通过图像处理方法来调节伺服机械云台时补偿范围小，实时性以及图像稳定性也较差。因此，基于小型无人旋翼机的低空监测监控系统迫切需要一种具有高精度、高自适应性和响应快速的机载云台及控制系统，为此，该系统也成为世界上许多机构的研究热点。
目前为了测试机载云台及其控制系统的性能，大多都是将设计好的机载云台安装在无人机上进行实际飞行测试，虽然这种方式能真实的反映无人机在实际作业中的状况，但是在机载云台研制的初步调试阶段，每次测试都要无人机进行实际飞行，这样易导致：①浪费时间，影响产品开发周期，增加研发成本；②机载云台样机的程序不稳定会增加无人机飞行控制难度，甚至造成摔机；③为了保证无人机在实际飞行中不坠机，因此不能对机载云台的极限性能测试。因此，为了便于机载云台系统的性能测试与调试，迫切需要具有模拟无人机飞行状态的实验测试系统，该系统可以模拟无人机作业飞行过程中的典型姿态。
发明内容
本发明的目的是提供一种成本较少，且可以模拟旋翼机飞行从而比较简单的完成了云台相机的测试的用于机载云台测试的旋翼机飞行模拟平台。
本发明用于机载云台测试的旋翼机飞行模拟平台，包括底座和设置在底座两端的四自由度平台，两端的四自由度平台上分别设有链轮主动驱动机构和链轮从动机构，链轮主动驱动机构和链轮从动机构通过链条连接，链条上面设置有相机云台支架，相机云台支架上设置有相机云台。
所述四自由度平台包括X轴单轴机器人、Z轴单轴机器人、X轴滑轨和Z轴滑轨，X轴单轴机器人和X轴滑轨固定在底座上，X轴单轴机器人和X轴滑轨上方通过X轴滑块连接有支撑座，轴承座上方固定有竖直支架，竖直支架的内侧与Z轴单轴机器人和Z轴滑轨固定，Z轴单轴机器人和Z轴滑轨固定通过Z轴滑块连接有Z轴滑座，Z轴滑座上设有X轴转动机构，两端的X轴转动机构分别连接链轮主动驱动机构和链轮从动机构，该四自由度平台包含4个自由度，分别为沿X、Z方向上的移动、绕X轴转动和绕Y轴的转动。沿X、Z方向上的移动分别由X轴单轴机器人和Z轴单轴机器人控制，绕X轴转动由X轴转动机构控制，而Y轴转角对应仿真平台的俯仰角，通过两个四自由度平台刚性连接可实现其由X、Z方向上的移动距离控制。因此可知，通过X、Z方向单轴机器人耦合可控制平台的俯仰角，而通过X轴转动机构控制可直接控制平台横滚角。
所述X轴转动机构包括X轴转动电机、X轴转动电机支架和Y轴转动轴承座，X轴转动电机安装在X轴转动电机支架上，X轴转动电机支架和Y轴转动轴座通过Y轴转动轴连接在Y轴转动轴承座上，Y轴转动轴承座固定在Z轴滑座上，X轴转动电机输出端通过联轴器一与X轴转动连接座连接，两端四自由度平台的X轴转动连接座分别连接链轮主动驱动机构和链轮从动机构，而通过X轴转动电机可直接控制平台横滚角，并且整个X轴转动机构均可随X轴转动轴座绕Y轴转动，从而使X轴转动电机轴线始终与链轮传动机构平行实现对仿真平台的横滚控制。
所述链轮主动驱动机构包括链轮驱动电机、联轴器二、电机传动轴、链轮传动轴和主动链轮，链轮驱动电机通过支架一安装在安装板上，链轮驱动电机输出端通过联轴器二与电机传动轴连接，电机传动轴另一端通过轴承座一安装在安装板上，电机传动轴上连接大齿轮，大齿轮通过过桥齿轮连接小齿轮，过桥齿轮设置在过桥轮轴上，过桥轮轴通过轴承座二安装在安装板上，链轮传动轴通过轴承座三安装在安装板上，主动链轮设置在链轮传动轴两端，通过齿轮传动将转矩传递给链轮传动轴，从而带动链轮转动，实现链轮传动机构的主动控制。
所述链轮从动机构包括通过轴承座四安装在安装座上的从动轮轴，从动轮轴两端设置有从动链轮，从动两轮通过链条与主动链轮连接。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
通过两个四自由度平台刚性连接可实现其由X、Z方向上的移动距离控制。因此可知，通过X、Z方向单轴机器人耦合可控制平台的俯仰角，而通过X轴转动机构控制可直接控制平台横滚角，并且可以控制旋翼机飞行俯冲和横滚颠簸环境模拟，链传动机构控制旋翼机的运动速度，降低了成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明四自由度平台的结构示意图；
图3为本发明链轮主动驱动机构结构示意图；
图中：1、底座，2、四自由度平台，2.1、X轴单轴机器人，2.2、X轴滑轨，2.3、Z轴单轴机器人，2.4、Z轴滑轨，2.5、Z轴滑座，2.6、X轴转动电机，2.7、X轴转动电机支架，2.8、支撑座，2.9、竖直支架，2.10、Y轴转动轴承座，2.11、联轴器一，2.12、Y轴转动轴座，2.13、X轴转动连接座，3、链轮主动驱动机构，3.1、链轮驱动电机，3.2、联轴器二，3.3、电机传动轴，3.4、大齿轮，3.5、过桥齿轮，3.6、过桥轮轴，3.7、小齿轮，3.8、安装板，3.9、链轮传动轴，3.10、主动链轮，4、链条，5、链轮从动机构，6、相机云台支架，7、相机云台。
具体实施方式
下面对照附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1所示的用于机载云台测试的旋翼机飞行模拟平台，包括底座1和设置在底座1两端的四自由度平台2，两端的四自由度平台2上分别设有链轮主动驱动机构3和链轮从动机构5，链轮主动驱动机构3和链轮从动机构5通过链条4连接，链条4上面设置有相机云台支架6，相机云台支架6上设置有相机云台7。
如图2所示四自由度平台2包括X轴单轴机器人2.1、Z轴单轴机器人2.3、X轴滑轨2.2和Z轴滑轨2.4，X轴单轴机器人2.1和X轴滑轨2.2固定在底座1上，X轴单轴机器人2.1和X轴滑轨2.2上方通过X轴滑块连接有支撑座2.8，轴承座上方固定有竖直支架2.9，竖直支架2.9的内侧与Z轴单轴机器人2.3和Z轴滑轨2.4固定，Z轴单轴机器人2.3和Z轴滑轨2.4固定通过Z轴滑块连接有Z轴滑座2.5，Z轴滑座2.5上设有X轴转动机构，两端的X轴转动机构分别连接链轮主动驱动机构3和链轮从动机构5。沿X、Z方向上的移动分别由X轴单轴机器人和Z轴单轴机器人控制，绕X轴转动由X轴转动机构控制，而Y轴转角对应仿真平台的俯仰角，通过两个四自由度平台刚性连接可实现其由X、Z方向上的移动距离控制。因此可知，通过X、Z方向单轴机器人耦合可控制平台的俯仰角，而通过X轴转动机构控制可直接控制平台横滚角。
如图2所示X轴转动机构包括X轴转动电机2.6、X轴转动电机支架2.7和Y轴转动轴承座2.10，X轴转动电机2.6安装在X轴转动电机支架2.7上，X轴转动电机支架2.7和Y轴转动轴座2.12通过Y轴转动轴连接在Y轴转动轴承座2.10上，Y轴转动轴承座2.10固定在Z轴滑座2.5上，X轴转动电机2.6输出端通过联轴器一2.11与X轴转动连接座2.13连接，两端四自由度平台2的X轴转动连接座2.13分别连接链轮主动驱动机构3和链轮从动机构5，而通过X轴转动电机可直接控制平台横滚角，并且整个X轴转动机构均可随X轴转动轴座绕Y轴转动，从而使X轴转动电机轴线始终与链轮传动机构平行实现对仿真平台的横滚控制。
如图3所示链轮主动驱动机构3包括链轮驱动电机3.1、联轴器二3.2、电机传动轴3.3、链轮传动轴3.9和主动链轮3.10，链轮驱动电机3.1通过支架一安装在安装板3.8上，链轮驱动电机3.1输出端通过联轴器二3.2与电机传动轴3.3连接，电机传动轴3.3另一端通过轴承座一安装在安装板3.8上，电机传动轴3.3上连接大齿轮3.4，大齿轮3.4通过过桥齿轮3.5连接小齿轮3.7，过桥齿轮3.5设置在过桥轮轴3.6上，过桥轮轴3.6通过轴承座二安装在安装板3.8上，链轮传动轴3.9通过轴承座三安装在安装板3.8上，主动链轮3.10设置在链轮传动轴3.9两端。通过齿轮传动将转矩传递给链轮传动轴，从而带动链轮转动，实现链轮传动机构的主动控制。
链轮从动机构5包括通过轴承座四安装在安装座上的从动轮轴，从动轮轴两端设置有从动链轮，从动两轮通过链条4与主动链轮3.10连接。
使用时，通过X轴单轴机器人2.1和Z轴单轴机器人2.3分别控制沿X、Z方向上的移动，调节对应仿真平台的俯仰角，然后通过X轴转动机构控制可直接控制平台横滚角，并且通过齿轮传动将转矩传递给链轮传动轴3.9，从而带动链轮转动，实现链传动机构控制旋翼机的运动速度，实现了控制旋翼机飞行俯冲和横滚颠簸环境模拟，从而方便测试相机云台性能。
本发明通过两个4自由度平台刚性连接可实现其由X、Z方向上的移动距离控制。因此可知，通过X、Z方向单轴机器人耦合可控制平台的俯仰角，而通过X轴转动机构控制可直接控制平台横滚角，并且可以控制旋翼机飞行俯冲和横滚颠簸环境模拟，链传动机构控制旋翼机的运动速度，降低了成本。

Claims (3)

1.一种用于机载云台测试的旋翼机飞行模拟平台，其特征在于包括底座(1)和设置在底座(1)两端的四自由度平台(2)，两端的四自由度平台(2)上分别设有链轮主动驱动机构(3)和链轮从动机构(5)，链轮主动驱动机构(3)和链轮从动机构(5)通过链条(4)连接，链条(4)上面设置有相机云台支架(6)，相机云台支架(6)上设置有相机云台(7)；所述四自由度平台(2)包括X轴单轴机器人(2.1)、Z轴单轴机器人(2.3)、X轴滑轨(2.2)和Z轴滑轨(2.4)，X轴单轴机器人(2.1)和X轴滑轨(2.2)固定在底座(1)上，X轴单轴机器人(2.1)和X轴滑轨(2.2)上方通过X轴滑块连接有支撑座(2.8)，轴承座上方固定有竖直支架(2.9)，竖直支架(2.9)的内侧与Z轴单轴机器人(2.3)和Z轴滑轨(2.4)固定，Z轴单轴机器人(2.3)和Z轴滑轨(2.4)固定通过Z轴滑块连接有Z轴滑座(2.5)，Z轴滑座(2.5)上设有X轴转动机构，两端的X轴转动机构分别连接链轮主动驱动机构(3)和链轮从动机构(5)；所述链轮从动机构(5)包括通过轴承座四安装在安装座上的从动轮轴，从动轮轴两端设置有从动链轮，从动两轮通过链条(4)与主动链轮(3.10)连接。
2.根据权利要求1所述的用于机载云台测试的旋翼机飞行模拟平台，其特征在于所述X轴转动机构包括X轴转动电机(2.6)、X轴转动电机支架(2.7)和Y轴转动轴承座(2.10)，X轴转动电机(2.6)安装在X轴转动电机支架(2.7)上，X轴转动电机支架(2.7)和Y轴转动轴座(2.12)通过Y轴转动轴连接在Y轴转动轴承座(2.10)上，Y轴转动轴承座(2.10)固定在Z轴滑座(2.5)上，X轴转动电机(2.6)输出端通过联轴器一(2.11)与X轴转动连接座(2.13)连接，两端四自由度平台(2)的X轴转动连接座(2.13)分别连接链轮主动驱动机构(3)和链轮从动机构(5)。
3.根据权利要求1所述的用于机载云台测试的旋翼机飞行模拟平台，其特征在于所述链轮主动驱动机构(3)包括链轮驱动电机(3.1)、联轴器二(3.2)、电机传动轴(3.3)、链轮传动轴(3.9)和主动链轮(3.10)，链轮驱动电机(3.1)通过支架一安装在安装板(3.8)上，链轮驱动电机(3.1)输出端通过联轴器二(3.2)与电机传动轴(3.3)连接，电机传动轴(3.3)另一端通过轴承座一安装在安装板(3.8)上，电机传动轴(3.3)上连接大齿轮(3.4)，大齿轮(3.4)通过过桥齿轮(3.5)连接小齿轮(3.7)，过桥齿轮(3.5)设置在过桥轮轴(3.6)上，过桥轮轴(3.6)通过轴承座二安装在安装板(3.8)上，链轮传动轴(3.9)通过轴承座三安装在安装板(3.8)上，主动链轮(3.10)设置在链轮传动轴(3.9)两端。
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