CN107063235B - 一种无人机调试平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无人机调试平台，包括顶部固定板、X轴滚轮、X轴导轨、Y轴滚轮、Y轴导轨、高架基座、Z轴固定杆、4自由度连接装置，顶部固定板的底部安装有X轴滚轮，X轴滚轮沿X轴导轨水平移动，从而实现顶部固定板沿X轴方向的水平移动；X轴导轨的下方安装有Y轴滚轮，Y轴滚轮沿Y轴导轨水平移动，从而实现顶部固定板沿Y轴方向的水平移动；Y轴导轨的两端固定在高架基座上；顶部固定板的上部连接有4自由度连接装置；Z轴固定杆固定于4自由度连接装置中；Z轴固定杆的下方安装有球头关节轴承并通过球头关节轴承连接固定被调试无人机。本发明用于对无人机系统的自稳性能和运动性能进行调试，同时确保试验安全。

Description

一种无人机调试平台

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体地，涉及一种无人机调试平台。

背景技术

无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为：无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机等。

无人机在航拍、快递、灾后搜救、数据采集等领域，无人机都已经崭露头角。虽然在监管等层面，无人机发展依然存在瓶颈，但从目前来看，无人机产业链的蓬勃发展，已经是不争的事实。

目前我国无人机的测试设备存在一些突出问题，如缺乏统一的规划、功能单一化，标准化、系列化和通用化程度低等。这就要求现代化的无人机综合性能测试系统能够满足更全面的试验需要：在无人机研制阶段，能够对无人机飞行控制率进行有效的检测和评估；在飞行准备阶段，可以对飞行控制系统进行方便及全面的功能性检测；在飞行结束后，可以对飞行中的故障进行事后分析、模拟和故障归零；在后续改进过程中，可以对修改后的飞行控制系统进行测试和验证。

现有的调试平台方案存在调试平台功能单一、调试平台影响无人机传感器测量、无人机在调试平台上可移动范围小的问题。

经检索：

一种多旋翼无人机飞控调试保护装置(201510210148.2)，公开一种多旋翼无人机飞控调试保护装置，用于对多旋翼无人机飞控系统的自稳性能进行调试，同时确保试验安全；一种六自由度无人机姿态控制测试装置(201510719079.8)，公开一种六自由度无人机姿态控制测试装置；一种无人机姿态控制测试装置(201510718505.6)，提供一种无人机姿态控制测试装置，该装置总计六个空间自由度，即俯仰、偏航、横滚、前后、左右、升降；一种外置边框的无人机姿态控制测试装置(201510719090.4)，提供一种外置边框的无人机姿态控制测试装置，该发明通过将无人机模块固定在装置的安装模块来实现机身的俯仰、偏航、滚转三个旋转自由度的全向飞行姿态的综合仿真。

上述专利所涉及的调试装置都是基于无人机底部连接的调试平台，由于通常无人机底部需要装多种传感器，比如：超声波传感器，视觉传感器。超声波传感器用于测量无人机高度，如果下方有连接装置，可能会影响超声波测量结果。下视的视觉传感器是安装在无人机底部的一种摄像头，基于图像识别技术测量无人机参数，若其视野内有连接装置，可能会影响视觉传感器测量结果。

上述4个专利所涉及的调试装置均不包含平台导轨。水平方向的导轨能够增大无人机调试水平移动范围，这是以上两种装置所不具备的。垂直方向的导轨能够增大无人机调试垂直方向移动范围，以上两种专利所涉及的调试装置的方法是连接杆的上下方向移动，杆的长度限制无人机的调试范围；若增加过长的杆可能影响无人机正常运行。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种无人机调试平台，用于对无人机系统的自稳性能和运动性能进行调试，同时确保试验安全。

为实现以上目的，本发明提供一种无人机调试平台，包括：顶部固定板，X轴滚轮，X轴导轨，Y轴滚轮，Y轴导轨，高架基座，Z轴固定杆，4自由度连接装置；其中：

所述顶部固定板的底部安装有若干所述X轴滚轮；所述X轴滚轮与所述X轴导轨配合，X轴滚轮沿所述X轴导轨水平移动，从而实现所述顶部固定板沿X轴方向的水平移动；所述X轴导轨的下方安装有若干所述Y轴滚轮；所述Y轴滚轮与所述Y轴导轨配合，所述Y轴滚轮沿所述Y轴导轨水平移动，从而实现所述顶部固定板沿Y轴方向的水平移动；所述Y轴导轨的两端固定在所述高架基座上；所述顶部固定板的上部连接有所述4自由度连接装置；所述Z轴固定杆固定于所述4自由度连接装置中；所述Z轴固定杆的下方安装有球头关节轴承并通过所述球头关节轴承连接固定被调试无人机。

优选地，所述4自由度连接装置包括：X轴轴承，X轴角度编码器，Y轴轴承，Y轴角度编码器，Z轴直线轴承，固定基座，4自由度连接装置骨架；其中：

所述X轴轴承的两端固定在所述固定基座上；所述固定基座固定在所述顶部固定板的上部；所述4自由度连接装置骨架连接固定在所述X轴轴承的中部位置；所述X轴角度编码器连接固定于所述X轴轴承的一端；所述4自由度连接装置骨架上固定有所述Y轴轴承、所述Y轴角度编码器和所述Z轴直线轴承，且所述Z轴直线轴承中穿过所述Z轴固定杆；

所述4自由的连接装置骨架上固定有X轴轴承、X轴角度编码器、Y轴轴承和Y轴角度编码器，用于调试被调试无人机在前、后、左、右4个方向的移动，同时通过X轴角度编码器和Y轴角度编码器的测量得出Z轴固定杆的偏转位姿；所述Z轴直线轴承中穿过Z轴固定杆，Z轴固定杆固定在4自由度连接装置中，同时Z轴固定杆下方通过球头关节轴承固定被调试无人机，用于调试被调试无人机在上、下2个方向的移动；所述调试平台与被调试无人机的连接位置在被调试无人机的顶部，不会对在被调试无人机前、后、左、右、上、下6个方向上安装的传感器产生干扰。

优选地，所述X轴导轨安装有位置编码器，用于测量顶部固定板在X轴方向上的位置；

所述位置编码器采用磁栅式位置编码器，所述磁栅式位置编码器具有精度高、成本低且便于安装和使用的特点。

优选地，所述X轴滚轮的数量不少于四个。

优选地，所述X轴导轨的数量不少于两条，X轴滚轮的设置位置视X轴导轨的数量和位置确定。

更优选地，每条所述X轴导轨的下方至少设置有两个Y轴滚轮。

优选地，所述Y轴导轨上安装有位置编码器，用于测量Y轴导轨在Y轴方向上的位置，也即顶部固定板在Y轴方向上的位置；

所述位置编码器采用磁栅式位置编码器，所述磁栅式位置编码器具有精度高、成本低且便于安装和使用的特点。

优选地，所述Y轴导轨的数量不少于两条，Y轴滚轮的设置位置视Y轴导轨的数量和位置确定。

本发明中，通过增加所述X轴导轨、Y轴导轨、X轴滚轮、Y轴滚轮的数量，能够有效提高所述调试平台的稳定性和载荷。

优选地，所述Z轴固定杆在4自由度连接装置的上、下方分别设置有固定限位装置，所述固定限位装置用于限制所述Z轴固定杆的上下移动范围，从而使被调试无人机在限位范围内自由移动。

优选地，所述Z轴固定杆上还设置有惯性测量模块，所述惯性测量模块用于测量所述Z轴固定杆的姿态。

优选地，所述高架基座设有底部支撑架，底部支撑架分别设置于Y轴导轨的两端；所述底部支撑架为可变长度的支撑架，底部支撑架的伸长和缩短用于调节Y轴导轨的高度，也即顶部固定板的高度。

优选地，所述高架基座设有顶部悬挂绳索，绳索分别悬挂于Y轴导轨的两端；所述绳索为可调节长度的绳索，绳索的伸长和缩短用于调节Y轴导轨的高度，也即顶部固定板的高度。

优选地，所述调试平台还设置有参与被调试无人机调试的上位机，所述上位机与被调试无人机之间进行有线或者无线数据通讯，其中：

有线数据通讯的方式，是指：通过设置数据线连接上位机与被调试无人机，通过数据线实现上位机与被调试无人机之间的有线数据通讯；

无线数据通讯的方式，是指：分别在上位机、被调试无人机上设置无线电台，通过无线电台实现上位机与被调试无人机之间的无线数据通讯。

本发明所述的被调试无人机可以是多旋翼无人机，所述多旋翼无人机包括：四旋翼无人机、六旋翼无人机、八旋翼无人机、三旋翼无人机等；或者是固定翼无人机，所述固定翼无人机包括：普通布局无人机、飞翼无人机等；或者是垂直起降无人机，所述垂直起降无人机包括：倾转旋翼无人机、倾转机身式无人机等。

本发通过设置固定限位装置使被调试无人机在限位范围内自由移动，同时所述平台与被调试无人机的连接位置在被调试无人机的顶部，不会对在被调试无人机前、后、左、右、下5个方向上安装的传感器产生干扰。使用所述平台调试被调试无人机时，对于被调试无人机性能参数来说，使用所述平台仅相当于在被调试无人机的顶部加了一个Z轴固定杆的负重，其他结构在不超出限位范围时均不会对被调试无人机产生作用力。所述平台在运行时，通过X轴角度编码器和Y轴角度编码器的测量得出Z轴固定杆的偏转位姿；所述平台自动控制顶部固定板沿着X轴导轨水平移动，和X轴导轨沿着Y轴导轨水平移动，从而使得Z轴固定杆趋于竖直状态。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明能够在调试无人机时，对被调试无人机起到有效保护作用，减少无人机控制系统不完善对无人机盲目调试造成的损失；本发明能够对被调试无人机的部分参数进行测量和采集，辅助验证被调试无人机机载控制系统参数测量的准确性；在使用本发明进行无人机调试时，可以使用本发明的对无人机的测量结果参与无人机控制，使得在机载测量系统不完备时调试者仍然有可能完成无人机控制算法的验证工作；本发明与被调试无人机的连接装置在无人机顶部，有效减小对无人机下方的传感器测量结果造成影响。

本发明所具有的平台导轨，可以有效增大无人机的调试范围，水平方向的导轨能够增大无人机调试水平移动范围，垂直方向的导轨能够增大无人机调试垂直方向移动范围。本发明的调试平台较之传统功能单一的调试平台，具有丰富的功能，能在该平台上对无人机进行较为全面的调试。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一优选实施例的整体结构示意图；

图2为本发明一优选实施例的4自由度连接装置结构示意图；

图3、图4分别为本发明无人机调试平台的高架基座可选结构示意图；

图5为本发明一优选实施例的有线通讯方式示意图；

图6为本发明一优选实施例的无线通讯方式示意图；

图中：

顶部固定板1，X轴滚轮2，X轴导轨3，Y轴滚轮4，Y轴导轨5，高架基座6，Z轴固定杆7，4自由度连接装置8，球头关节轴承9，固定限位装置10，被调试无人机11，X轴轴承12，X轴角度编码器13，Y轴轴承14，Y轴角度编码器15，Z轴直线轴承16，固定基座17，4自由度连接装置骨架18，绳索19，位置编码器20，惯性测量模块21，上位机22，数据线23，无线电台24，底部支撑架25。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，一种无人机调试平台，包括：顶部固定板1，X轴滚轮2，X轴导轨3，Y轴滚轮4，Y轴导轨5，高架基座6，Z轴固定杆7，4自由度连接装置8，球头关节轴承9，固定限位装置10，被调试无人机11；其中：

顶部固定板1的下方固定有若干X轴滚轮2，若干X轴滚轮2对称设置于顶部固定板1的底部两侧；X轴导轨3为两条平行导轨，X轴滚轮2可沿X轴导轨3水平移动；X轴导轨3的下方固定有若干Y轴滚轮4，若干Y轴滚轮4对称设置于两条平行的X轴导轨3的下方；Y轴导轨5为两条平行导轨，Y轴滚轮4可沿Y轴导轨5水平移动；两条Y轴导轨5的两端分别固定在高架基座6上；顶部固定板1上固定有4自由度连接装置8；Z轴固定杆7固定在4自由度连接装置8中，Z轴固定板7的下方通过球头关节轴承9连接固定被调试无人机11；Z轴固定杆7在4自由度连接装置8的上下方设有固定限位装置10，固定限位装置10用于限制Z轴固定杆7的上下移动范围。

如图2所示，作为一优选的实施方式，所述4自由度连接装置8包括：X轴轴承12，X轴角度编码器13，Y轴轴承14，Y轴角度编码器15，Z轴直线轴承16，固定基座17，4自由度连接装置骨架18；其中：

X轴轴承12的两端分别固定在固定基座17上；所述固定基座17固定在所述顶部固定板1的上部；X轴角度编码器13设置在X轴轴承12的一端；4自由度连接装置骨架18固定在X轴轴承12的中部位置；4自由度连接装置骨架18上固定有Y轴轴承14、Y轴角度编码器15、Z轴直线轴承16，且Z轴直线轴承16中穿过Z轴固定杆7。

所述4自由的连接装置骨架18上固定有X轴轴承12、X轴角度编码器13、Y轴轴承14和Y轴角度编码器15，用于调试被调试无人机11在前、后、左、右4个方向移动，同时通过X轴角度编码器13和Y轴角度编码器15的测量得出Z轴固定杆7的偏转位姿。

所述Z轴直线轴承16中穿过Z轴固定杆7，Z轴固定杆7固定在4自由度连接装置8中，Z轴固定杆7下方通过球头关节轴承9固定被调试无人机11，用于调试被调试无人机11在上、下2个方向移动。

作为一优选的实施方式，所述被调试无人机11可以是多旋翼无人机，多旋翼无人机包括：四旋翼无人机、六旋翼无人机、八旋翼无人机、三旋翼无人机。

作为一优选的实施方式，所述被调试无人机11可以是固定翼无人机，固定翼无人机包括：普通布局无人机、飞翼无人机。

作为一优选的实施方式，所述被调试无人机11可以是垂直起降无人机，垂直起降无人机包括：倾转旋翼无人机、倾转机身式无人机。

作为一优选的实施方式，所述X轴滚轮2的数量不少于四个。

作为一优选的实施方式，每条所述X轴导轨3的下方至少设置有两个Y轴滚轮4。

通过增加X轴导轨3、Y轴导轨5、X轴滚轮2、Y轴滚轮4的数量，能够有效提高所述调试平台的稳定性和载荷。

如图1所示，作为一优选的实施方式，在所述X轴导轨3上安装位置编码器20，用于测量顶部固定板1在X轴方向上的位置。

如图1所示，作为一优选的实施方式，在所述Y轴导轨5上安装位置编码器20，用于测量Y轴导轨5在Y轴方向上的位置，也即顶部固定板1在Y轴方向上的位置。

作为优选的，所示位置编码器20采用磁栅式位置编码器。所述磁栅式位置编码器具有精度高、成本低且便于安装和使用的特点。

如图2所示，作为一优选的实施方式，在所述Z轴固定杆7上安装惯性测量模块21，用于测量Z轴固定杆7的姿态。

如图3所示，作为一优选的实施方式，所述高架基座6采用底部支撑架25的方式，底部支撑架25分别设置于两Y轴导轨5的两端；所述底部支撑架25为可变长度的支撑架，底部支撑架25的伸长和缩短用于调节Y轴导轨5的高度，也即顶部固定板1的高度。

如图4所示，作为一优选的实施方式，所述高架基座6采用顶部悬挂绳索19的方式，绳索19分别悬挂于两Y轴导轨5的两端；所述绳索19为可调节长度的绳索，绳索19的伸长和缩短用于调节Y轴导轨5的高度，也即顶部固定板1的高度。

作为一优选的实施方式，所述无人机调试平台还设置有上位机22参与调试，所述上位机22与被调试无人机11进行数据通讯；其中：

如图5所示，所述上位机22与被调试无人机11采用有线的方式通讯，即所述上位机22通过数据线23与被调试无人机11连接，通过数据线23实现上位机22与被调试无人机11之间的数据通讯；

如图6所示，所述上位机22与被调试无人机11采用无线的方式通讯，即分别在所述上位机22、被调试无人机11上设置无线电台24，通过无线电台24实现上位机22与被调试无人机11之间的数据通讯。

所述调试平台可以使被调试无人机11在限位范围内自由移动，同时所述调试平台与被调试无人机11的连接位置在被调试无人机11的顶部，不会对在被调试无人机11前、后、左、右、下5个方向上安装的传感器产生干扰。

使用所述调试平台调试被调试无人机11时，对于被调试无人机11性能参数来说，使用所述调试平台仅相当于在被调试无人机11的顶部加了一个Z轴固定杆7的负重，其他结构在不超出限位范围时均不会对被调试无人机11产生作用力。

所述调试平台在运行时，通过X轴角度编码器13和Y轴角度编码器15的测量得出Z轴固定杆7的偏转位姿；所述调试平台自动控制顶部固定板1沿着X轴导轨3水平移动，和X轴导轨3沿着Y轴导轨5水平移动，从而使得Z轴固定杆7趋于竖直状态。

在其他实施例里，可以缺省X轴角度编码器13和Y轴角度编码器15。另外，可以增加X轴导轨3或Y轴导轨5数量。这些可以根据实际需要设置，对于本发明的实质没有影响。

本发明能够安全方便的对无人机的自稳定性能和运动性能进行调试；本发明解决了现有调试平台安装方案影响无人机传感器、无人机在调试平台上调试运动范围小等问题；本发明在保护被调试无人机安全的同时还能够实时测量无人机的位置信息。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种无人机调试平台，其特征在于，包括：顶部固定板，X轴滚轮，X轴导轨，Y轴滚轮，Y轴导轨，高架基座，Z轴固定杆，以及4自由度连接装置；其中：

所述顶部固定板的底部安装有若干所述X轴滚轮，所述X轴滚轮沿所述X轴导轨水平移动，实现所述顶部固定板沿X轴方向的水平移动；所述X轴导轨的下方安装有所述Y轴滚轮；所述Y轴滚轮沿所述Y轴导轨水平移动，实现所述顶部固定板沿Y轴方向的水平移动；所述Y轴导轨的两端固定在所述高架基座上，所述顶部固定板的上部连接有所述4自由度连接装置，所述Z轴固定杆固定于所述4自由度连接装置中，所述Z轴固定杆的下方安装有球头关节轴承并通过所述球头关节轴承连接固定被调试无人机。

2.根据权利要求1所述的一种无人机调试平台，其特征在于，所述X轴导轨安装有位置编码器，用于测量顶部固定板在X轴方向上的位置。

3.根据权利要求1所述的一种无人机调试平台，其特征在于，所述X轴滚轮的数量不少于四个，所述X轴导轨的数量不少于两条，每条所述X轴导轨的下方至少设置有两个Y轴滚轮；所述Y轴导轨的数量不少于两条。

4.根据权利要求1所述的一种无人机调试平台，其特征在于，所述Y轴导轨上安装有位置编码器，用于测量Y轴导轨在Y轴方向上的位置，即顶部固定板在Y轴方向上的位置。

5.根据权利要求1所述的一种无人机调试平台，其特征在于，所述Z轴固定杆在所述4自由度连接装置的上、下方分别设置有固定限位装置，所述固定限位装置用于限制所述Z轴固定杆的上下移动范围，从而使被调试无人机在限位范围内自由移动。

6.根据权利要求5所述的一种无人机调试平台，其特征在于，所述Z轴固定杆上还设置有惯性测量模块，所述惯性测量模块用于测量所述Z轴固定杆的姿态。

7.根据权利要求1所述的一种无人机调试平台，其特征在于，所述高架基座设有底部支撑架，所述底部支撑架分别设置于Y轴导轨的两端；

所述底部支撑架为可变长度的支撑架，底部支撑架的伸长和缩短用于调节Y轴导轨的高度，即顶部固定板的高度。

8.根据权利要求1所述的一种无人机调试平台，其特征在于，所述高架基座设有顶部悬挂绳索，所述绳索分别悬挂于Y轴导轨的两端；

所述绳索为可调节长度的绳索，绳索的伸长和缩短用于调节Y轴导轨的高度，即顶部固定板的高度。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种无人机调试平台，其特征在于，所述4自由度连接装置包括：X轴轴承，X轴角度编码器，Y轴轴承，Y轴角度编码器，Z轴直线轴承，固定基座，以及4自由度连接装置骨架；其中：

所述X轴轴承的两端固定在所述固定基座上；所述固定基座固定在所述顶部固定板的上部；所述4自由度连接装置骨架连接固定在所述X轴轴承的中部位置；所述X轴角度编码器连接固定于所述X轴轴承的一端；所述4自由度连接装置骨架上固定有所述Y轴轴承、所述Y轴角度编码器和所述Z轴直线轴承，且所述Z轴固定杆穿过所述Z轴直线轴承；

所述4自由的连接装置骨架上固定有X轴轴承、X轴角度编码器、Y轴轴承和Y轴角度编码器，用于调试被调试无人机在前、后、左、右4个方向的移动，同时通过X轴角度编码器和Y轴角度编码器的测量得出Z轴固定杆的偏转位姿；所述Z轴直线轴承中穿过Z轴固定杆，Z轴固定杆固定在4自由度连接装置中，同时Z轴固定杆下方通过球头关节轴承固定被调试无人机，用于调试被调试无人机在上、下2个方向的移动；所述调试平台与被调试无人机的连接位置在被调试无人机的顶部，不会对在被调试无人机前、后、左、右、上、下6个方向上安装的传感器产生干扰。

10.根据权利要求9所述的一种无人机调试平台，其特征在于，所述调试平台还设置有参与被调试无人机调试的上位机，所述上位机与被调试无人机之间进行有线或者无线数据通讯。