CN107065915A - 一种六自由度旋翼飞行器在线调试平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种飞行器在线调试平台，一种六自由度旋翼飞行器在线调试平台，主要包括第一、二球形万向节，可伸缩连杆，安全防护单元，平台脚架底座及飞行器，旋翼式飞行器可以在调试平台上模拟真实飞行，可以做出俯仰、翻滚、偏航三种转动，水平X和Y方向及垂直Z方向上三种平动。调试平台上安装拉力传感器，实时测量飞行器飞行中所产生的拉力。通过飞行器在调试平台上的完全模拟真实飞行，完成飞行器姿态控制器的参数整定、飞行器位置控制器的参数整定、飞行器的负载能力测试及稳定性测试，借助于这种在线调试方式，实验过程将变得简单，利用该调试平台，可以避免飞行器因失控坠机而带来的经济损失和危险。
Description
技术领域
本发明渉及一种飞行器在线调试平台，更具体地说，渉及一种六自由度旋翼飞行器在线调试平台。
背景技术
大型旋翼式飞行器目前应用众多，例如：农业植保、交通运输、无人侦查等，因此，有越来越多的企业及个人参与到无人机的开发及使用中去。然而，无人机作为一种新型科技产品，其技术难度较高，使用风险极大，通常需要专业技术人员经过大量的测试才能进行使用。在测试过程中，由于飞行器本身是一个不稳定的系统，必须配备传感器、控制器等来进行反馈控制，进而使得系统稳定。在为飞行器安装控制系统时，需要做大量的实验工作，包括：飞行器机械参数选型、飞行器控制参数整定、飞行器稳定性测试、负载能力测试等。由于需要调试的参数、需要测试的项目众多，并且，通常只能在飞行过程中观测测试结果，因此，实验过程往往十分复杂、危险性大，且耗费资金巨大。
目前对于飞行器调试，有一些解决方案，但都是一种三自由度的调试平台，利用这种三自由度的调试平台，可以完成对飞行器的姿态控制的相关测试，但是，对于飞行器的位置控制测试，无法实现。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种六自由度旋翼飞行器在线调试平台。旋翼式飞行器可以在调试平台上模拟真实飞行，可以做出俯仰、翻滚、偏航三种转动，水平X和Y方向及垂直Z方向上三种平动。调试平台上安装拉力传感器，实时测量飞行器飞行中所产生的拉力。通过飞行器在调试平台上的完全模拟真实飞行，完成飞行器姿态控制器的参数整定、飞行器位置控制器的参数整定、飞行器的负载能力测试及稳定性测试，借助于这种在线调试方式，实验过程将变得简单，利用该调试平台，可以避免飞行器因失控坠机而带来的经济损失和危险。
为了实现上述发明目的，解决已有技术中所存在的问题，本发明采取的技术方案是：一种六自由度旋翼飞行器在线调试平台，主要包括第一、二球形万向节，可伸缩连杆，安全防护单元，平台脚架底座及飞行器，所述飞行器通过螺丝连接至第一球形万向节的球头部分，飞行器上安装有4根安全线缆，安全线缆的另一端分别与可伸缩连杆连接，可伸缩连杆使得飞行器可在垂直方向上自由运动，安全线缆用于限制飞行器飞离，防止飞行器意外挣脱调试平台；所述第一球形万向节的底座通过螺丝与安装在第一球形万向节上的拉力传感器连接，拉力传感器通过螺丝与可伸缩连杆连接；所述可伸缩连杆包括内、外杆两部分，其中外杆部分的底部焊接有圆盘并采用加强筋通过焊接与外杆部分固定连接，圆盘上安装有安全防护单元和开设有螺丝孔并采用螺丝通过螺丝孔与平台脚架底座连接；所述可伸缩连杆中的内杆底部通过螺丝连接至与第二球形万向节的球头部分，第二球形万向节的底座部分通过螺丝与平台脚架底座连接，用于可伸缩连杆围绕第二球形万向节转动，第二球形万向节配合第一球形万向节及可伸缩连杆，使得飞行器完成俯仰、翻滚、偏航、高度、水平X和Y方向及垂直Z方向上的六自由度运行；所述平台脚架底座安装有4根支撑脚架，每个支撑脚架末端开设有螺丝孔并分别采用螺丝通过螺丝孔与地面固定连接；所述安全防护单元，包括MCU处理器并与其分别相连的平台状态检测器、紧急故障断电控制器及无线通信模块，所述平台状态检测器，包括通过导线分别与MCU处理器相连的陀螺仪加速度计、拉力传感器及2根结构检测细铜丝，其中第一根结构检测细铜丝连接第一球形万向节的球头部分和底座，第二根结构检测细铜丝连接第二球形万向节的底座和可伸缩连杆的外杆；当因外力导致第一球形万向节、可伸缩连杆及第二球形万向节的机械结构损坏时，结构检测细铜丝断裂，无法导电，可被MCU处理器检测到，紧急故障断电控制器切断飞行器电源，进入停机状态；陀螺仪加速度计安装在平台脚架底座上，用于检测平台脚架底座是否因外力侧倾，若发生侧倾，紧急故障断电控制器切断飞行器电源，进入停机状态。
所述紧急故障断电控制器通过电源线将电源与飞行器相连。
所述平台脚架底座是一个外形呈圆柱形，内部呈圆锥形的实心金属。
本发明有益效果是：一种六自由度旋翼飞行器在线调试平台，主要包括第一、二球形万向节，可伸缩连杆，安全防护单元，平台脚架底座及飞行器，旋翼式飞行器可以在调试平台上模拟真实飞行，可以做出俯仰、翻滚、偏航三种转动，水平方向及垂直方向上三种平动。调试平台上安装拉力传感器，实时测量飞行器飞行中所产生的拉力。通过飞行器在调试平台上的完全模拟真实飞行，完成飞行器姿态控制器的参数整定、飞行器位置控制器的参数整定、飞行器的负载能力测试及稳定性测试，借助于这种在线调试方式，实验过程将变得简单，利用该调试平台，可以避免飞行器因失控坠机而带来的经济损失和危险。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明中的飞行器进行升降运动示意图。
图3是本发明中的飞行器进行平动运动示意图。
图4是本发明中的安全防护单元原理框图。
图中：1、第一球形万向节，2、可伸缩连杆，3、安全防护单元，4、第二球形万向节，5、平台脚架底座，5a、支撑脚架，6、拉力传感器，7、圆盘，7a、加强筋，8、第一结构检测细铜丝,8a、第二结构检测细铜丝，9、电源线，10、安全线缆，11、飞行器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、2、3、4所示，一种六自由度旋翼飞行器在线调试平台，主要包括第一、二球形万向节1、4，可伸缩连杆2，安全防护单元3，平台脚架底座5及飞行器11，所述飞行器11通过螺丝连接至第一球形万向节1的球头部分，飞行器11上安装有4根安全线缆10，安全线缆10的另一端分别与可伸缩连杆2连接，可伸缩连杆2使得飞行器11在垂直方向上自由运动，安全线缆10用于限制飞行器11飞离，防止飞行器11意外挣脱调试平台；所述第一球形万向节1的底座通过螺丝与安装在第一球形万向节1上的拉力传感器6连接，拉力传感器6通过螺丝与可伸缩连杆2连接；拉力传感器测量飞行器在飞行中所产生的拉力，可根据此拉力分析飞行器的负载能力。所述可伸缩连杆2包括内、外杆两部分，其中外杆部分的底部焊接有圆盘7并采用加强筋7a通过焊接与外杆部分固定连接，圆盘7上还安装有安全防护单元3和开设有螺丝孔并采用螺丝通过螺丝孔与平台脚架底座5连接；所述可伸缩连杆2中的内杆底部通过螺丝连接至与第二球形万向节4的球头部分，第二球形万向节4的底座通过螺丝与平台脚架底座5连接，用于可伸缩连杆2围绕第二球形万向节4转动，第二球形万向节4配合第一球形万向节1及可伸缩连杆2，使得飞行器11完成俯仰、翻滚、偏航、高度、水平X和Y方向及垂直Z方向上的六自由度运行；所述平台脚架底座5安装有4根支撑脚架5a，每个支撑脚架5a末端开设有螺丝孔并分别采用螺丝通过螺丝孔与地面固定连接，避免飞行器运动导致调试平台侧翻。所述安全防护单元3，包括MCU处理器并与其分别相连的平台状态检测器、紧急故障断电控制器及无线通信模块，所述平台状态检测器，包括通过导线分别与MCU处理器相连的陀螺仪加速度计、拉力传感器6及第一、二根结构检测细铜丝8、8a，其中第一根结构检测细铜丝8连接第一球形万向节1的球头部分和底座，第二根结构检测细铜丝8a连接第二球形万向节4的底座和可伸缩连杆2的外杆；当因外力导致第一球形万向节1、可伸缩连杆2及第二球形万向节4的机械结构损坏时，第一、二根结构检测细铜丝8、8a断裂，无法导电，可被MCU处理器检测到，紧急故障断电控制器切断飞行器11的电源，进入停机状态；陀螺仪加速度计安装在平台脚架底座5上，用于检测平台姿态，当平台因外力发生侧倾时，紧急故障断电控制器切断飞行器11的电源，MCU处理器配合拉力传感器6，检测飞行器11的拉力，若拉力大于设定阈值时，紧急故障断电控制器切断飞行器11的电源；无线通信模块配合MCU处理器将采集的拉力传感器数据上传给用户的电脑设备并接收用户设备发来的飞行器11的通电及断电指令；所述紧急故障断电控制器通过电源线9将电源与飞行器11相连，所述平台脚架底座5是一个外形呈圆柱形，内部呈圆锥形的实心金属。具体调试过程如下：以飞行器GPS定点悬停调试为例，首先检测调试平台的完好性，之后将飞行器通过螺丝固定在第一球形万向节的球头部分，将4根安全线缆捆绑至飞行器机臂，将飞行器摆放至接近水平的状态，之后为调试平台通电，利用无线通信模块向安全防护单元发出通电指令，之后利用航模遥控器控制飞行器，使得飞行器螺旋桨开始旋转，随着飞行器螺旋桨转速的提升，飞行器将逐渐飞起升高，并在合适的高度保持定高。在飞行器逐渐升高的过程中，飞行器将会在水平方向上产生一定的运动，飞行器本身自带的控制器会根据GPS及惯导器件的数据对飞行器水平方向上的运行进行控制，以使得飞行器实现定点悬停。在悬停测试中，由于飞行器本身自带的控制器参数并不一定合适，所以悬停效果可能较差，甚至可能出现失控的情况，但是，由于飞行器固定于调试平台上，即使出现最严重的失控问题，飞行器依然不会飞走、不会坠机造成损失。一般情况下，在悬停测试中，可以通过参数调整，使得飞行器悬停效果得到提升。同时，在悬停时，可利用此平台测试飞行器的稳定性、抗风性及负载能力等。
类似的，平台可用于飞行器的高度闭环调试，在高度闭环调试时，需要人工通过遥控器控制飞行器在水平方向上的运动，使得飞行器在水平方向上不超出平台允许的最大运动范围。在进行姿态闭环调试时，应将可伸缩连杆底部的圆盘通过螺丝与平台支架底座固定连接。
Claims (3)
1.一种六自由度旋翼飞行器在线调试平台，主要包括第一、二球形万向节，可伸缩连杆，安全防护单元，平台脚架底座及飞行器，其特征在于：所述飞行器通过螺丝连接至第一球形万向节的球头部分，飞行器上安装有4根安全线缆，安全线缆的另一端分别与可伸缩连杆连接，可伸缩连杆使得飞行器可在垂直方向上自由运动，安全线缆用于限制飞行器飞离，防止飞行器意外挣脱调试平台；所述第一球形万向节的底座通过螺丝与安装在第一球形万向节上的拉力传感器连接，拉力传感器通过螺丝与可伸缩连杆连接；所述可伸缩连杆包括内、外杆两部分，其中外杆部分的底部焊接有圆盘并采用加强筋通过焊接与外杆部分固定连接，圆盘上安装有安全防护单元和开设有螺丝孔并采用螺丝通过螺丝孔与平台脚架底座连接；所述可伸缩连杆中的内杆底部通过螺丝连接至与第二球形万向节的球头部分，第二球形万向节的底座部分通过螺丝与平台脚架底座连接，用于可伸缩连杆围绕第二球形万向节转动，第二球形万向节配合第一球形万向节及可伸缩连杆，使得飞行器完成俯仰、翻滚、偏航、高度、水平X和Y方向及垂直Z方向上的六自由度运行；所述平台脚架底座安装有4根支撑脚架，每个支撑脚架末端开设有螺丝孔并分别采用螺丝通过螺丝孔与地面固定连接；所述安全防护单元，包括MCU处理器并与其分别相连的平台状态检测器、紧急故障断电控制器及无线通信模块，所述平台状态检测器，包括通过导线分别与MCU处理器相连的陀螺仪加速度计、拉力传感器及2根结构检测细铜丝，其中第一根结构检测细铜丝连接第一球形万向节的球头部分和底座，第二根结构检测细铜丝连接第二球形万向节的底座和可伸缩连杆的外杆；当因外力导致第一球形万向节、可伸缩连杆及第二球形万向节的机械结构损坏时，结构检测细铜丝断裂，无法导电，可被MCU处理器检测到，紧急故障断电控制器切断飞行器电源，进入停机状态；陀螺仪加速度计安装在平台脚架底座上，用于检测平台脚架底座是否因外力侧倾，若发生侧倾，紧急故障断电控制器切断飞行器电源，进入停机状态。
2.根据权利要求1所述一种六自由度旋翼飞行器在线调试平台，其特征在于：所述紧急故障断电控制器通过电源线将电源与飞行器相连。
3.根据权利要求1所述一种六自由度旋翼飞行器在线调试平台，其特征在于：所述平台脚架底座是一个外形呈圆柱形，内部呈圆锥形的实心金属。
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