CN108423193A - 无人机飞行模拟系统及安全测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无人机飞行模拟系统及安全测试系统，模拟系统包括平移机构；位姿模拟机构，在平移机构的带动下往复平移；位姿模拟机构包括底板、位姿调节组件及承载板，底板设于平移机构上，承载板与底板远离平移机构的一侧相对间隔设置，位姿调节组件设于底板和承载板之间，位姿调节组件带动承载板相对底板摆动。通过位姿调节组件使无人机变换不同位姿，并通过平移机构带动位姿模拟机构往复平移，模拟无人机动态过程，最后通过位姿传感器获得承载板的实时位姿，得到无人机动态性能。

Description

无人机飞行模拟系统及安全测试系统

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及无人机飞行模拟系统及安全测试系统。

背景技术

随着无人机技术的飞速发展及市场需求的日益增长，低空、低成本的民用无人机越来越多地被用于航拍、农林、安防、电力等行业。由于民用无人机技术门槛低，市场前景又巨大，缺乏统一制造要求，不仅一些从事航空相关配套的企业大力发展无人机，许多航模企业也可通过购买零件来完成无人机的组装，缺乏有效的方法与技术对无人机产品进行测试与评估，从而导致无人机安全事故频频发生。所以需要通过模拟无人机的飞行，对无人机飞行过程的安全性能进行评估。

对无人机进行安全性能评估，模拟无人机的飞行过程时，一般采取的方式为将无人机固定在试验台上，如此只能测试无人机的静态性能，无法全面了解无人机飞行的安全性。

发明内容

基于此，有必要针对传统的无人机实验无法全面了解无人机飞行安全性的问题，提供一种无人机飞行模拟系统。

还有必要提供一种带有上述无人机飞行模拟系统的无人机安全测试系统。

一种无人机飞行模拟系统，包括

平移机构；

位姿模拟机构，设于所述平移机构上并在所述平移机构的带动下往复平移；所述位姿模拟机构包括底板、位姿调节组件及承载板，所述底板设于所述平移机构上，所述承载板与所述底板远离所述平移机构的一侧相对间隔设置，所述位姿调节组件设于所述底板和所述承载板之间，所述位姿调节组件带动所述承载板相对所述底板摆动；以及

位姿传感器，设于所述承载板上用于检测所述承载板的实时位姿。

上述无人机飞行模拟系统中，包括两种工作状态。第一种工作状态下，无人机处于停止工作的静止状态，位姿调节组件可以带动承载板相对底板摆动，同步带动放置于承载板上的无人机处于不同的位姿，模拟无人机飞行时的位姿。第二种工作状态下，无人机处于工作状态自动变换位姿，位姿调节组件带动承载板跟随无人机的姿态进行摆动，在承载板跟随无人机位姿变换的过程中，承载板虽然与无人机相连，但不会限制无人机位姿的自由变换。即允许无人机自由变换位姿的同时通过承载板固定无人机，防止无人机在试验过程中坠机。如此采用两种工作状态中的任意一种使无人机变换不同的位姿，并通过平移机构带动位姿模拟机构往复平移，便可模拟无人机往复飞行及悬停等动态过程，最后通过位姿传感器获得承载板及承载板上无人机的实时位姿，得到无人机的动态性能，通过安全性评估软件便可评估无人机飞行的安全性水平。

在其中一个实施例中，所述位姿调节组件包括伸缩件、球铰及虎克铰，所述球铰设于所述伸缩件的一端并与所述承载板连接，所述虎克铰设于所述伸缩件的另一端并与所述底板连接，所述伸缩件可选择地伸长或缩短。

在其中一个实施例中，还包括模拟控制器，所述模拟控制器用于控制所述位姿调节组件运动。

在其中一个实施例中，所述位姿调节组件包括多个，多个所述位姿调节组件沿所述承载板的周向间隔设置，所述模拟控制器控制每个所述位姿调节组件中所述伸缩件的伸缩量。

在其中一个实施例中，所述模拟控制器根据无人机的飞行任务得到预定位姿，并控制所述位姿调节组件带动所述承载板摆动至所述预定位姿。

在其中一个实施例中，所述模拟控制器根据无人机飞行时所述承载板的所述实时位姿控制所述承载板与所述无人机同步摆动。

在其中一个实施例中，所述平移机构包括导轨及驱动组件，所述底板与所述驱动组件连接，并在所述驱动组件的带动下沿所述导轨滑动。

在其中一个实施例中，还包括高低温试验箱，所述高低温试验箱包括第一箱体及设于所述第一箱体上的温控单元，所述温控单元用于升高和降低所述第一箱体内的温度，所述平移机构、所述位姿模拟机构及所述位姿传感器均收容于所述第一箱体内。

在其中一个实施例中，还包括台风淋雨箱，所述台风淋雨箱包括第二箱体以及分别设于所述第二箱体顶壁和侧壁上的淋雨单元和吹风单元，所述淋雨单元和所述吹风单元分别向所述第二箱体内淋雨和吹风，所述平移机构、所述位姿模拟机构及所述位姿传感器均收容于所述第二箱体内。

一种无人机安全测试系统，包括上述无人机飞行模拟系统、无人机、电气参数传感器及安全测试控制器，所述电气参数传感器设于所述无人机上用于获取无人机的电气参数，所述安全测试控制器根据所述电气参数及所述实时位姿判断所述无人机的安全性水平。

附图说明

图1为本发明一实施例中无人机飞行模拟系统的结构示意图；

图2为本发明一实施例中无人机飞行安全测试系统的示意图；

图3为图1所示无人机飞行模拟系统的一种环境模拟示意图；

图4为图1所示无人机飞行模拟系统的另一种环境模拟示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1及图2所示，本发明一实施例中的无人机飞行模拟系统100包括平移机构10、位姿模拟机构30及位姿传感器50，位姿模拟机构30设于平移机构 10上并在平移机构10的带动下沿第一方向往复平移。

平移机构10包括沿第一方向纵长延伸的导轨12及驱动组件14，位姿模拟机构30与驱动组件14连接，并在驱动组件14的带动下沿导轨12滑动。如此通过驱动组件14对位姿模拟机构30施加平移的驱动力，同时通过导轨12引导位姿模拟机构30沿水平方向运动，实现位姿模拟机构的往复平移。具体地，驱动组件14包括驱动件和与驱动件连接的传动件，驱动件为电机，传动件为与滚珠丝杠。

位姿模拟机构30包括底板32、位姿调节组件34及承载板36。底板32设于平移机构10上，具体与平移机构10中的驱动组件14连接，并沿导轨12滑动。承载板36与底板32远离平移机构10的一侧相对间隔设置，用于承载进行试验的无人机。位姿调节组件34设于底板32和承载板36之间，且位姿调节组件34带动承载板36相对底板32摆动。位姿传感器50设于承载板36上，用于检测承载板36的实时位姿。

模拟无人机飞行的动态过程时，包括两种工作状态。第一种工作状态下，无人机处于停止工作的静止状态，位姿调节组件34可以带动承载板36相对底板32摆动，同步带动放置于承载板36上的无人机处于不同的位姿，模拟无人机飞行时的位姿。第二种工作状态下，无人机处于工作状态自动变换位姿，位姿调节组件34带动承载板36跟随无人机的位姿进行摆动，在承载板36跟随无人机位姿变换的过程中，承载板36虽然与无人机相连，但不会限制无人机位姿的自由变换。即允许无人机自由变换位姿的同时通过承载板36固定无人机，防止无人机在试验过程中坠机。如此采用两种工作状态中的任意一种使无人机变换不同的位姿，并通过平移机构10带动位姿模拟机构30往复平移，便可模拟无人机往复飞行及悬停等动态过程，最后通过位姿传感器50获得承载板36及承载板36上无人机的实时位姿，得到无人机的动态性能，通过安全性评估软件便可评估无人机飞行的安全性水平。

在一个实施例中，无人机为多旋翼无人机，多旋翼无人机自身自由变换位姿，位姿调节组件34带动承载板36跟随多旋翼无人机的姿态进行摆动。可以理解地。在其他一些实施例中，无人机也可以为固定翼无人机，固定翼无人机处于停止工作状态，位姿调节组件34带动承载板36及设于承载板36上的固定翼无人机相对底板32摆动。

具体地，位姿模拟机构30中的位姿调节组件34包括伸缩件341、球铰343 及虎克铰345，球铰343设于伸缩件341的一端并与承载板36铰接，虎克铰345 设于伸缩件341的另一端并与底板32铰接，伸缩件341可选择地伸长或缩短。通过球铰343连接伸缩件341的一端与承载板36，承载板36可在三维空间内任意转动具有三个自由度，虎克铰345具有两个自由度，伸缩件341具有一个伸缩自由度，如此承载板36总共具有六个自由度，承载板36可以相对底板多方位摆动。可选地，伸缩件341为气缸、液压缸等。

无人机飞行模拟系统100还包括模拟控制器20，模拟控制器20用于控制位姿调节组件34运动。位姿调节组件34运动时便可带动承载板36摆动，即通过模拟控制器20控制位姿调节组件34运动，进而达到控制承载板36相对底板32 摆动的目的。

并且，位姿调节组件34包括多个，多个位姿调节组件34沿承载板34的周向间隔设置，以从承载板34周向的多个位置调节承载板34的位姿，使承载板 34摆动时更加灵活。同时，模拟控制器20控制每个位姿调节组件34中伸缩件 341的伸缩量，以使承载板36自由摆动。也就是说，承载板34的周向间隔设置的多个姿态调整组件34在模拟控制器20的控制下产生相应的伸缩量，可以对承载板34周向不同的位置施加推拉力，进而可以全方位调整承载板34的位姿。

在第一种工作状态下，承载板36上的无人机处于停止工作状态，模拟控制器20根据无人机的飞行任务得到预定位姿，并控制位姿调节组件34带动承载板36摆动至预定位姿。模拟控制器20根据预先存入的无人机飞行任务得到剖面的各个预定位姿，然后通过控制位姿调节组件34使承载板34及设于承载板34上的无人机调整至各个预定位姿。

在第二种工作状态下，模拟控制器20根据无人机飞行时承载板36的实时位姿控制承载板36与无人机同步摆动。也就是说，承载板36上的无人机自由变换位姿时，位姿传感器50检测承载板36的实时位姿，同时模拟控制器20实时调整承载板36的姿态，使承载板36与无人机同步摆动，进而达到承载板36 随动的目的。如此可以测试无人机的动态性能，又能避免无人机动态飞行时发生摔机而毁坏。

具体地，在第一工作状态和第二种工作状态下，伸缩件341根据模拟控制器20指定的位姿来伸长或缩短，在伸缩杆341伸缩的过程中，带动其两端的球铰343及虎克铰345适应性转动，进而带动承载板36全方位调整位姿，便可全方位模拟承载板上无人机飞行时的位姿，以获取无人机的动态性能。

如图3所示，在一个实施例中，无人机飞行模拟系统100还包括高低温试验箱70，高低温试验箱70包括第一箱体72及设于第一箱体72上的温控单元 74，温控单元74用于升高和降低第一箱体72内的温度，平移机构10、位姿模拟机构30及位姿传感器50均收容于第一箱体72内。通过高低温试验箱70提供一个多种温度的试验环境，平移机构10、位姿模拟机构30及位姿传感器50 均收容于第一箱体72内，在承载板36上放置无人机，对无人机进行飞行模拟的同时可以使无人机处于多种温度的试验环境内，可以对无人机飞行过程中的环境适应能力进行测试。

如图4所示，在一个实施例中，无人机飞模拟系统100还包括台风淋雨箱 90，台风淋雨箱90包括第二箱体92以及分别设于第二箱体92顶壁和侧壁上的淋雨单元94和吹风单元96，淋雨单元94和吹风单元96分别向第二箱体92内淋雨和吹风。平移机构10、位姿模拟机构30及位姿传感器50均收容于第二箱体92内。通过台风淋雨箱90提供台风和淋雨的试验环境，平移机构10、位姿模拟机构30及位姿传感器50均收容于第二箱体92内，在承载板36上放置无人机，对无人机进行飞行模拟的同时可以使无人机处于台风及淋雨的试验环境内，可以对无人机飞行过程中的环境适应能力进行测试。

基于上述无人机飞行模拟系统100，本发明还提供一种无人机安全测试系统200，该无人机安全测试系统200包括上述无人机飞行模拟系统100、无人机210、电气参数传感器230及安全测试控制器250，电气参数传感器230设于无人机 210上用于获取无人机的电气参数，安全测试控制器250根据电气参数及实时位姿判断无人机的安全性水平。即，通过电气参数传感器23获得无人机飞行时的电气参数，通过位姿传感器50获得无人机飞行时的实时位姿，将得到的参数进行分析便可判断出无人机飞行过程中的安全性水平，防止无人机发生安全事故。具体地，电气参数包括电流、电压及电机转速等，位姿传感器50包括六力矩传感器。

进一步地，安全测试控制器250根据实时位姿得到无人机的倾斜参数，并根据倾斜参数判断无人机的安全性水平。其中，倾斜参数包括水平方向的倾斜角及竖直方向的仰俯角。如此，通过各个方向的倾斜程度，判断及评估无人机的安全性能。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种无人机飞行模拟系统，其特征在于，包括

平移机构；

位姿模拟机构，设于所述平移机构上并在所述平移机构的带动下沿第一方向往复平移；所述位姿模拟机构包括底板、位姿调节组件及承载板，所述底板设于所述平移机构上，所述承载板与所述底板远离所述平移机构的一侧相对间隔设置，所述位姿调节组件设于所述底板和所述承载板之间，所述位姿调节组件带动所述承载板相对所述底板摆动；以及

位姿传感器，设于所述承载板上用于检测所述承载板的实时位姿。

2.根据权利要求1所述的无人机飞行模拟系统，其特征在于，所述位姿调节组件包括伸缩件、球铰及虎克铰，所述球铰设于所述伸缩件的一端并与所述承载板铰接，所述虎克铰设于所述伸缩件的另一端并与所述底板铰接，所述伸缩件可选择地伸长或缩短。

3.根据权利要求2所述的无人机飞行模拟系统，其特征在于，还包括模拟控制器，所述模拟控制器用于控制所述位姿调节组件运动。

4.根据权利要求3所述的无人机飞行模拟系统，其特征在于，所述位姿调节组件包括多个，多个所述位姿调节组件沿所述承载板的周向间隔设置，所述模拟控制器控制每个所述位姿调节组件中所述伸缩件的伸缩量。

5.根据权利要求3或4所述的无人机飞行模拟系统，其特征在于，所述模拟控制器根据无人机的飞行任务得到预定位姿，并控制所述位姿调节组件带动所述承载板摆动至所述预定位姿。

6.根据权利要求3或4所述的无人机飞行模拟系统，其特征在于，所述模拟控制器根据无人机飞行时所述承载板的所述实时位姿控制所述承载板与所述无人机同步摆动。

7.根据权利要求1所述的无人机飞行模拟系统，其特征在于，所述平移机构包括沿所述第一方向纵长延伸的导轨及驱动组件，所述底板与所述驱动组件连接，并在所述驱动组件的带动下沿所述导轨滑动。

8.根据权利要求1所述的无人机飞行模拟系统，其特征在于，还包括高低温试验箱，所述高低温试验箱包括第一箱体及设于所述第一箱体上的温控单元，所述温控单元用于升高和降低所述第一箱体内的温度，所述平移机构、所述位姿模拟机构及所述位姿传感器均收容于所述第一箱体内。

9.根据权利要求1所述的无人机飞行模拟系统，其特征在于，还包括台风淋雨箱，所述台风淋雨箱包括第二箱体以及分别设于所述第二箱体顶壁和侧壁上的淋雨单元和吹风单元，所述淋雨单元和所述吹风单元分别向所述第二箱体内淋雨和吹风，所述平移机构、所述位姿模拟机构及所述位姿传感器均收容于所述第二箱体内。

10.一种无人机安全测试系统，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的无人机飞行模拟系统、无人机、电气参数传感器及安全测试控制器，所述电气参数传感器设于所述无人机上用于获取无人机的电气参数，所述安全测试控制器根据所述电气参数及所述实时位姿评估所述无人机的安全性水平。