CN109795715B - 一种通用型飞行器三自由度和单自由度姿态综合调试平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通用型飞行器三自由度和单自由度姿态综合调试平台，包括单自由度转动部件和三自由度转动部件，所述三自由度转动部件设置在固定支撑柱的顶部，包括球形万向节和连接部件Ⅰ，所述球形万向节安装在所述固定支撑柱的顶部，所述连接部件Ⅰ固接在所述球形万向节上；所述单自由度转动部件包括水平设置的转轴和连接部件Ⅱ，所述连接部件Ⅱ位置可调地固定在所述转轴上，所述转轴由所述固定支撑柱和滑动支撑柱支撑，所述滑动支撑柱固定在滑动底座上，所述滑动底座位置可调地固装在两根底部导轨上。本发明可用于对不同尺寸型号飞行器的三自由度及单自由度姿态进行调试，并且结构简单，搭建方便，可折叠，占用空间小，调试方便，使用安全。

Description

一种通用型飞行器三自由度和单自由度姿态综合调试平台

技术领域

本发明涉及一种飞行器姿态调试平台，特别是一种通用型飞行器三自由度和单自由度姿态综合调试平台。

背景技术

如今，四旋翼已经被广泛应用到生活和工程中的各个方面，例如空中航拍、地图勘探、农业服务和货物搬运等。四旋翼是一个典型的非线性、欠驱动和强耦合的系统，因为在三维空间飞行中其具有六个自由度却只有四个实际输出。对于四旋翼来说，自身姿态稳定是满足其它任务需要的最基本的要求。在四旋翼的研制和使用过程中，通常都需要首先经过姿态飞行控制参数的调试，并且在实际调试过程中，四旋翼姿态调试往往是从单自由度调试扩展到三自由度调试。尤其是在开发测试新的飞行控制算法或加装其它设备模块时，姿态调试往往是最首要的工作。

在对四旋翼进行姿态调试时，采用样机直接进行室外自由飞行测试的方法不可取。由于样机不稳定性极高，室外自由飞行测试很容易引发坠机事故，人身危险系数较高且会大大增加经济成本和时间成本。部分研究机构利用相关计算机分析软件进行纯数字仿真试验的方法来模拟四旋翼的飞行，对四旋翼的飞行姿态进行调试。这样的方法虽然高效经济，但由于其难以体现四旋翼实际飞行过程中复杂多变的环境，仿真试验结果的可靠性大大降低。

目前，大部分的四旋翼姿态调试方法存在很大的缺陷且无法满足对不同尺寸型号的四旋翼进行单自由度单独调试和三自由度单独调试的需要。例如采用绳子悬空四旋翼进行调试时，由于绳子是柔性约束，当桨叶转速过大时，很容易倾翻，损伤四旋翼。采用人手抓持四旋翼进行调试时，桨叶旋转时产生的推力和风力较大，既不能准确感知测试效果又极易引发危险。所以设计一种通用型四旋翼三自由度和单自由度姿态综合调试平台是非常有意义和作用巨大的。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种能够方便、安全地调试不同尺寸型号飞行器三自由度及单自由度姿态的通用型平台。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种通用型飞行器三自由度和单自由度姿态综合调试平台，包括单自由度转动部件和三自由度转动部件，所述三自由度转动部件设置在固定支撑柱的顶部，包括球形万向节和连接部件Ⅰ，所述球形万向节安装在所述固定支撑柱的顶部，所述连接部件Ⅰ固接在所述球形万向节上；所述单自由度转动部件包括水平设置的转轴和连接部件Ⅱ，所述连接部件Ⅱ位置可调地固定在所述转轴上，所述转轴由所述固定支撑柱和滑动支撑柱支撑，所述滑动支撑柱固定在滑动底座上，所述滑动底座位置可调地固装在两根底部导轨上。

在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：

所述转轴设有周向限位结构。

所述周向限位结构包括一根横穿所述转轴的销钉和两根固定在所述固定支撑柱上的底部水平挡杆。

在每根所述底部水平挡杆上设有一根与其垂直的竖向挡杆。

所述底部导轨采用分段连接结构，相邻的两个分段之间采用铰链连接。

所述连接部件Ⅱ设有套筒滑块，所述套筒滑块位置可调地固装在所述转轴上，在所述套筒滑块上固定有法兰盘Ⅱ。

所述销钉通过两个分设在所述转轴两侧的开口销与所述转轴连接。

所述固定支撑柱设有固定底座，所述固定底座的两侧分别与两根所述底部导轨的内侧固接。

所述转轴通过轴承支承在所述固定支撑柱上。

所述连接部件Ⅰ为法兰盘Ⅰ。

本发明具有的优点和积极效果是：

1)通过合理调整滑动支撑柱与固定支撑柱之间的距离以及套筒滑块在转轴上的相对位置，可实现对不同尺寸型号的飞行器的姿态进行调试；

2)在现有技术中，飞行器调试往往是从单自由度调试扩展到三自由度调试，本发明可同时实现对飞行器的单自由度姿态调试和三自由度姿态调试，更加接近实际情况，可提高调试结果的可靠性。

3)能够减小飞行器的研发和调试成本，避免采用样机直接进行飞行调试而发生意外事故，本发明可实现对飞行器进行室内调试，且平台可以可靠的重复利用，调试使用方便，使用安全，经济高效。

4)结构简单，外观简洁，平台主体用标准工业铝型材和相应紧固件便可搭建完成，易于单体搭建和批量生产。

5)底部导轨采用铰链连接，可折叠，结构紧凑，占用空间小。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的固定支撑柱与转轴连接的局部放大图；

图3为采用本发明调试飞行器三自由度姿态的立体结构示意图；

图4为采用本发明调试飞行器单自由度姿态的立体结构示意图；

图5为本发明未使用时处于折叠状态的立体结构示意图。

图中：1-1-固定支撑柱，1-2-固定底座，2-盲孔，3-底部导轨，4-铰链，5-紧定螺钉，6-1-滑动支撑柱，6-2-滑动底座，7-通孔，8-转轴，9-套筒滑块，10-1-法兰盘Ⅰ，10-2-法兰盘Ⅱ，11-紧定螺钉，12-球形万向节，13-L型限位杆，13-1-底部水平挡杆，13-2-竖向挡杆，14-销钉，15-开口销，16-通孔，17-深沟球轴承，18-飞行器。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图5，一种通用型飞行器三自由度和单自由度姿态综合调试平台，包括单自由度转动部件和三自由度转动部件，所述三自由度转动部件设置在固定支撑柱1-1的顶部，包括球形万向节12和连接部件Ⅰ，所述球形万向节12安装在所述固定支撑柱1-1的顶部，所述连接部件Ⅰ固接在所述球形万向节12上；所述单自由度转动部件包括水平设置的转轴8和连接部件Ⅱ，所述连接部件Ⅱ位置可调地固定在所述转轴8上，所述转轴8由所述固定支撑柱1-1和滑动支撑柱6-1支撑，所述滑动支撑柱6-1固定在滑动底座6-2上，所述滑动底座6-2位置可调地固装在两根底部导轨3上。

在本实施例中，为了防止飞行器18失控大幅度旋转，所述转轴8设有周向限位结构。在本实施例中，所述周向限位结构包括一根横穿所述转轴8的销钉14和两根固定在所述固定支撑柱1-1上的底部水平挡杆13-1，用于限制转轴8顺时针和逆时针转动的角度，进而限制飞行器18顺时针和逆时针转动的角度，防止飞行器18失控大幅度旋转。更进一步的具体结构为：在每根所述底部水平挡杆13-1上设有一根与其垂直的竖向挡杆13-2，用于限制转轴8的轴向位置，防止转轴8从固定支撑柱1的支承盲孔内滑落。为了方便拆卸，所述销钉14通过两个分设在所述转轴8两侧的开口销15与所述转轴8连接。上述转轴8的周向限位结构和轴向限位结构可以有多种，并不限于本实施例中的具体结构，本实施例中的具体结构是示意性的，不是限制性的。

在本实施例中，为了方便存放和运输，减小综合调试平台的体积，所述底部导轨3采用分段连接结构，相邻的两个分段之间采用铰链4连接，以方便拆卸后折叠存放。

在本实施例中，所述连接部件Ⅱ设有套筒滑块9，所述套筒滑块9位置可调地固接在所述转轴8上，在所述套筒滑块8上固定有法兰盘Ⅱ10-2，用于与飞行器18连接。所述连接部件Ⅰ为法兰盘Ⅰ10-1，与所述球形万向节12固接，用于连接飞行器18。

在本实施例中，所述固定支撑柱1-1设有固定底座1-2，所述固定底座1-2的两侧分别与两根所述底部导轨3的内侧固接，结构稳定，便于实现。

在本实施例中，所述转轴8通过轴承17支撑在所述固定支撑柱1-1上，结构简单，便于实现。

下面结合具体实施例对本发明进行更加详细的说明，请参阅图1～图5，一种通用型飞行器三自由度和单自由度姿态综合调试平台，一对底部导轨3分别是由两根短导轨呈直线组合通过铰链4连接而成，两根短导轨可绕铰链4的转轴旋转折叠。两根底部导轨平行放置且对称固定连接在固定底座1-2的两侧。

所述固定支撑柱1-1与滑动支撑柱6-1平行放置且两者同时垂直于底部导轨3。滑动底座6-2通过公差与底部导轨3间隙配合，使滑动底座6-2在底部导轨3上作相对滑动。滑动底座6-2采用紧定螺钉5来调整在底部导轨3上的相对位置。

三自由度转动部件主要包括一个球形万向节12，安装在固定支撑柱1-1的顶部。单自由度转动部件主要包括水平设置的一根转轴8和一个套筒滑块9。三自由度转动部件及单自由度转动部件分别带有一个法兰盘，在姿态调试过程中可与飞行器机身的法兰盘固定连接。套筒滑块9通过公差与转轴8间隙配合，使套筒滑块9在转轴8上作相对滑动，套筒滑块9采用紧定螺钉11来调整在转轴8上的相对位置。

固定支撑柱1-1和滑动支撑柱6-1在相应高度位置上分别开有平行于底部导轨方向的一个盲孔2和一个通孔7。在固定支撑柱的盲孔2内安装有深沟球轴承17，深沟球轴承17的外圈与固定支撑柱的盲孔2过渡配合。在转轴8上与深沟球轴承17配合的一端开有一个通孔16，转轴通孔16与带有两个对称通孔15的销钉14间隙配合。可采用两个较小的开口销钉来固定上述销钉14与转轴8的相对位置，以防止销钉14从转轴8的通孔16中滑落。固定支撑柱盲孔2周边的相应位置上对称设有两个L型限位杆13。所述L型限位杆13是由底部水平挡杆13-1和竖向挡杆13-2构成的，L型限位杆13与销钉14组合对转轴8在平行于底部导轨3的方向上的移动自由度和转动自由度进行约束，以防止转轴8从固定支撑柱盲孔2内滑落以及飞行器失控随转轴8大幅度旋转。

请参阅图3，在使用本发明进行飞行器的三自由度姿态调试时，将飞行器18固定连接在三自由度转动部件带有的法兰盘Ⅰ10-1上，安装在固定支撑柱1-1上的球形万向节12约束了法兰盘Ⅰ10-1和飞行器18的移动，限制了飞行器18在空间飞行中的三个移动自由度，只保留了三个转动自由度，从而可以方便、安全的对飞行器的三自由度姿态进行调试。

请参阅图4，在使用本发明进行飞行器的单自由度姿态调试时，将转轴18平行设置，并采用固定支撑柱1-1和滑动支撑柱6-1支撑，转轴8与固定支撑柱盲孔2内的深沟球轴承17以及滑动支撑柱6-1上的通孔7间隙配合、转动连接。根据所要调试的飞行器的尺寸型号，调整和固定滑动底座6-2在底部导轨3上的相对位置，调整和固定套筒滑块9在转轴8上的相对位置。然后将飞行器18固定连接在单自由度转动部件带有的法兰盘Ⅱ10-2上。上述单自由度转动部件限制了飞行器在空间飞行中的三个移动自由度和两个转动自由度，只保留了随转轴8转动的自由度，从而可以方便、安全的对飞行器的单自由度姿态进行调试。

本发明可用于四旋翼和六旋翼等多种飞行器调试。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种通用型飞行器三自由度和单自由度姿态综合调试平台，其特征在于，包括单自由度转动部件和三自由度转动部件，所述三自由度转动部件设置在固定支撑柱的顶部，包括球形万向节和连接部件Ⅰ，所述球形万向节安装在所述固定支撑柱的顶部，所述连接部件Ⅰ固接在所述球形万向节上；所述单自由度转动部件包括水平设置的转轴和连接部件Ⅱ，所述连接部件Ⅱ位置可调地固定在所述转轴上，所述转轴由所述固定支撑柱和滑动支撑柱支撑，所述滑动支撑柱固定在滑动底座上，所述滑动底座位置可调地固装在两根底部导轨上；所述转轴设有周向限位结构；所述周向限位结构包括一根横穿所述转轴的销钉和两根固定在所述固定支撑柱上的底部水平挡杆；在每根所述底部水平挡杆上设有一根与其垂直的竖向挡杆；所述固定支撑柱和所述滑动支撑柱在相应高度位置上分别开有平行于所述底部导轨方向的一个盲孔和一个通孔，所述转轴与固定支撑柱盲孔内的深沟球轴承以及所述滑动支撑柱上的通孔间隙配合、转动连接。

2.根据权利要求1所述的通用型飞行器三自由度和单自由度姿态综合调试平台，其特征在于，所述底部导轨采用分段连接结构，相邻的两个分段之间采用铰链连接。

3.根据权利要求1所述的通用型飞行器三自由度和单自由度姿态综合调试平台，其特征在于，所述连接部件Ⅱ设有套筒滑块，所述套筒滑块位置可调地固装在所述转轴上，在所述套筒滑块上固定有法兰盘Ⅱ。

4.根据权利要求1所述的通用型飞行器三自由度和单自由度姿态综合调试平台，其特征在于，所述销钉通过两个分设在所述转轴两侧的开口销与所述转轴连接。

5.根据权利要求2所述的通用型飞行器三自由度和单自由度姿态综合调试平台，其特征在于，所述固定支撑柱设有固定底座，所述固定底座的两侧分别与两根所述底部导轨的内侧固接。

6.根据权利要求1所述的通用型飞行器三自由度和单自由度姿态综合调试平台，其特征在于，所述连接部件Ⅰ为法兰盘Ⅰ。