CN108932892A - 一种四旋翼无人机科研与教学试验台的机械系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种四旋翼无人机科研与教学试验台的机械系统，其核心是将可多自由度运动的四旋翼无人机转换成只进行滚转运动的单自由度的无人机试验台，机械系统包括四旋翼无人机和铝型材机架，四旋翼无人机部分由螺旋桨、无刷电机、管夹、碳纤管、上下中心板、中心轴、角度编码器、编码器托架组成；碳纤管一端由管夹和螺栓与中心板固联，另一端通过管夹和螺栓与无刷电机相联，螺旋桨安装于无刷电机上，中心轴与下中心板固联，中心轴通过调心轴承装置与铝型材机架固联，调心轴承装置由立式轴承座和调心轴承组成。铝型材机架由若干根30×30的铝型材通过角件、T型螺栓和螺母连接组成。该试验台能够解决当前多旋翼无人机研制工作中最迫切的问题。
Description
技术领域
本发明涉及无人机领域，具体涉及一种用于科研与教学的四旋翼无人机试验台。
背景技术
人类飞天的梦想与生俱来，旋翼飞行器的研究更是历史悠久，非共轴双旋翼直升机在现代直升机中属于研究较早的，目前美国在非共轴双旋翼直升机领域的研究积累最为扎实。虽然现在我国国内，也有不少企业在做旋翼无人机的研制，但核心技术并没有创新，大多都是仿形设计，难以获知数学模型具体参数，导致研究无法深入和创新、理论研究与工程实践严重脱节、新兴理论无法通过实验验证判断其正确性、查明问题的严重缺陷。
本发明的四旋翼无人机科研与教学试验台通过提供用于调试、试验的无人机和开源飞控软件以及用于安全保护和数据测量的试验台，可以方便地学习和掌握四旋翼无人机飞控技术；采用圆光栅为无人机姿态响应提供精确且不受噪声干扰的准确数据，实时显示控制算法的动态响应性能指标；采用相应软件对无人机系统进行系统辨识和在线建模，对控制系统的数学模型、整定参数和校正结果进行实时显示。该试验台自动为用户提供研究所需的数学模型，能够解决当前多旋翼无人机研制工作中最迫切的问题。由于社会的巨大需求，基于我国政府的大力支持，多旋翼无人机科研与教学试验台的应用，存在巨大的市场。未来，在各行各业中无人机的应用无疑是越来越广泛的。
发明内容
本发明的目的是解决当前多旋翼无人机研究中遇到的难以获知数学模型具体参数，导致研究无法深入和创新、理论研究与工程实践严重脱节、新兴理论无法通过实验验证判断正确性、查明问题的严重缺陷，为此发明了四旋翼无人机科研与教学试验台。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
四旋翼无人机科研与教学试验台的机械系统，其特征在于：机械系统包括四旋翼无人机和铝型材机架两部分；
其中四旋翼无人机由螺旋桨、YH2212自锁无刷电机、管夹、450mm轴距碳纤管、上下中心板、中心轴、角度编码器、编码器托架组成；接通电源，给测控系统输入脉冲信号，由遥控器遥控四旋翼无人机，使其绕中心轴在小角度范围内转动，经过一段响应时间，最终调整到平衡状态；所述的角度编码器与中心轴通过角度编码器的芯轴固连在一起，随中心轴同角度转动，将采集到的角度信号通过解码器转换为数字信号传输到显示器上；
其中铝型材机架由长度为150、250、320、800mm的30×30mm的铝型材通过90°、135°角件和T型螺栓、M6螺母连接组成；在机架上安装有用于安装四旋翼无人机的一对调心轴承装置；所述的调心轴承装置，由3D打印的立式轴承座和调心轴承通过过渡配合组成，调心轴承能够有效的减小四旋翼无人机单自由度转动时的阻尼，降低对PID响应参数的影响，从而更加精确的进行参数整定，该装置通过T型螺栓、螺母固定于铝型材机架上。
本发明的有益效果为：
(1)本发明所涉及的四旋翼无人机科研与教学试验台通过提供用于调试、试验的无人机和开源飞控软件以及用于安全保护和数据测量的试验台，可以方便地学习和掌握多旋翼无人机飞控技术；
(2)采用圆光栅为无人机姿态响应提供精确且不受噪声干扰准确数据，实时显示控制算法的动态响应性能指标；
(3)采用相应软件对无人机系统进行系统辨识和在线建模，对控制系统的数学模型、整定参数和校正结果进行实时显示。
附图说明
图1为四旋翼无人机科研与教学试验台的结构示意图；
图2为四旋翼无人机科研与教学试验台整体布局图；
图中：1.螺旋桨，2.YH2212自锁无刷电机，3.管夹，4.碳纤管，5.角度编码器，6.编码器托架，7.中心轴，8. 135°角件，9.铝型材，10.T型螺栓，11. 90°角件，12偏心轴承，13.立式轴承座，14.M6螺母，15.M3螺栓，16上中心板，17.MPU-6050，18.电源线，19.开关，20.电源，21.解码板，22.计算机，23.主控芯片，24.信号线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步阐述。
本发明的四旋翼无人机科研与教学试验台，试验流程是：首先将自主开发的程序通过J-link下载到主控芯片(23)中，然后给测控系统供电，打开遥控器，无刷电机(2)带动螺旋桨(1)转动，调整四旋翼无人机姿态，使其绕中心轴在小角度范围内转动，经过一段响应时间，最终调整到平衡状态；在调整过程中，角度编码器(5)随由一对调心轴承(12)装置支撑的中心轴(7)同角度转动，将采集到的角度信号通过解码器(21)转换为数字信号传输到显示器(22)上，实时显示控制算法的动态响应性能指标，可以方便地学习和掌握四旋翼无人机飞控技术，加深对无人机姿态调整机理、参数整定的研究和理解。
上面以具体实施例予以说明本发明的结构与工作原理，本发明并不局限于以上实施例，根据上述的说明内容，凡在本发明精神与原则之上所作的任何修改、同等替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种四旋翼无人机科研与教学试验台的机械系统，其特征在于：机械系统包括四旋翼无人机和铝型材机架两部分；
其中四旋翼无人机由螺旋桨、YH2212自锁无刷电机、管夹、450mm轴距碳纤管、上下中心板、中心轴、角度编码器、编码器托架组成；接通电源，给测控系统输入脉冲信号，由遥控器遥控四旋翼无人机，使其绕中心轴在小角度范围内转动，经过一段响应时间，最终调整到平衡状态；所述的角度编码器与中心轴通过角度编码器的芯轴固连在一起，随中心轴同角度转动，将采集到的角度信号通过解码器转换为数字信号传输到显示器上；
其中铝型材机架由长度为150、250、320、800mm的30×30mm的铝型材通过90°、135°角件和T型螺栓、M6螺母连接组成；在机架上安装有用于安装四旋翼无人机的一对调心轴承装置；所述的调心轴承装置，由3D打印的立式轴承座和调心轴承通过过渡配合组成，调心轴承能够有效的减小四旋翼无人机单自由度转动时的阻尼，降低对PID响应参数的影响，从而更加精确的进行姿态调整的参数整定，该装置通过T型螺栓、螺母固定于铝型材机架上。
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| CN (1) | CN108932892A (zh) |
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| CN110097812A (zh) * | 2019-05-10 | 2019-08-06 | 哈尔滨工业大学 | 一种双旋翼天平实验装置 |
| CN110379285A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-10-25 | 西安交通大学 | 一种四棱锥立体倒立摆装置及控制方法 |
| CN113341181A (zh) * | 2021-04-25 | 2021-09-03 | 深圳供电局有限公司 | 基于无人机局部放电检测用挂架 |
| RU2804156C1 (ru) * | 2023-06-21 | 2023-09-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Испытательный стенд для настройки беспилотных летательных аппаратов мультироторного типа |
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2017
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
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