CN111409861A - 一种无人机水平冲击试验装置及方法 - Google Patents

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葛宇静
王亚锋
郭亚周
刘小川
陈梅哲
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Abstract

本发明属于结构撞击动力学实验技术领域,尤其涉及一种无人机水平冲击试验装置及方法。无人机的夹持与释放方式设计巧妙且功能可靠,无人机支撑装置、无人机夹紧组件、滑动小车与缓冲装置四者之间相互配合和作用,同时又不干涉无人机发射运动轨迹。此外,缓冲装置设计原理简单有效,弹簧和橡胶块便于更换维护,经济高效,可操作性强;设置的滑动小车的返回机构等便于实验人员操作,提高了实验过程中的工作效率。

Description

一种无人机水平冲击试验装置及方法
技术领域
本发明属于结构撞击动力学实验技术领域,尤其涉及一种无人机水平冲击试验装置及方法。
背景技术
民用无人机产业飞速发展,已经广泛应用于视频拍摄、货物传输、农林植保和电力巡线等工作中,而轻小型无人机在国内外具备巨大的市场潜力与前景,成为人工智能概念的新载体。
由于民用轻小型无人机存在大量的人员密集场景和城市复杂环境下的应用场景,由于使用环境的复杂性、操作人员的宽泛性以及无人机本身的低可靠性,国内外发生了大量的由于操作失误、系统故障等引发的无人机碰撞安全问题,如无人机跌落伤人、撞击地面财产、侵犯敏感地域等,引发了公众对无人机使用安全的担忧。
针对人员和地面高价值物受轻小型无人机碰撞安全性研究,需通过试验与分析方法揭示无人机结构构型、撞击速度和撞击角度等因素对碰撞对象损伤的影响关系,建立碰撞对象的损伤等级划分方法,为提升轻小型无人机运营的公共安全性提供技术支撑。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种无人机水平冲击试验装置及方法,用于民用轻小型无人机水平撞击假人或地面高价值物的试验分析研究,从而对碰撞目标的损伤等级进行划分。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
技术方案一:
一种无人机水平冲击试验装置,所述装置包括:底座框架1、滑动导轨2、滑动小车3、高速气缸4、导向机构5、液压夹持器6、无人机支撑装置7、无人机夹紧组件8和缓冲装置9;
其中,所述底座框架1通过地脚螺栓固定,所述底座框架1的两侧设置滑动导轨2,两条滑动导轨2中间设置滑动小车3,且所述滑动小车3作为无人机的运输载体;
所述两条滑动导轨2后方设置高速气缸4;
所述滑动小车3两侧分别通过导向机构5与两条滑动导轨2滑动连接;
所述液压夹持器6与高速气缸4的发射端固定连接,用于在初始状态时夹持滑动小车3;
所述无人机支撑装置7固定安装在滑动小车3上方,用于支撑放置无人机;
所述无人机夹紧组件8固定安装在滑动小车3上,用于限制无人机在垂直方向的运动;
所述滑动导轨2的末端设置缓冲装置9,用于缓冲滑动小车3的运动。
本发明技术方案一的特点和进一步的改进为:
(1)所述装置还包括:滑动小车返回机构,用于将冲击后的滑动小车带回初始位置。
(2)所述导向机构5包括轴承5-1、螺钉5-2和安装座5-3;
所述螺钉5-2用于调节轴承5-1与滑动导轨之间的间隙;
所述安装座5-3用于将导向机构安装在滑动小车上。
(3)所述无人机夹紧组件8包括弹簧座8-1、调节帽8-2、弹簧8-3和加载杆8-4;
所述弹簧8-3安装在弹簧座8-1内,弹簧8-3两端分别与调节帽8-2和加载杆8-4连接。
(4)所述缓冲装置9包括一级缓冲弹簧9-1和二级缓冲橡胶块9-2。
(5)所述滑动小车返回机构包括伺服电机10-1、同步带10-2、轴承组件10-3;
所述伺服电机10-1驱动同步带10-2,从而将滑动小车带回初始位置。
(7)所述高速气缸4采用压缩空气作为动力源,由高速气缸的有杆腔和无杆腔之间的压差控制高速气缸活塞杆的向前推动或向后复位。
技术方案二:
一种无人机水平冲击试验方法,所述方法应用于如技术方案一所述的无人机水平冲击试验装置,所述方法包括:
发射前滑动小车与高速气缸的活塞杆紧密贴合,采用液压夹持器夹持住滑动小车;
对高速气缸的无杆腔进行充气,达到预设压力,在得到发射指令后,液压夹持器放开滑动小车,高速气缸的活塞杆推动滑动小车向前运动;
滑动小车通过导向机构沿着滑动导轨运动;
无人机平稳同步地跟随滑动小车运动;
滑动小车碰撞到缓冲装置后运动速度降低,无人机在惯性力的作用下继续向前运动,从而撞向假人或地面高价值物;
通过滑动小车返回机构将滑动小车带回初始位置,完成试验。
本发明提供了一种无人机水平冲击实验装置,用于研究民用轻小型无人机水平撞击假人或地面高价值物的试验分析研究,从而对碰撞目标的损伤等级进行划分。由于无人机形状不规则,需达到的发射速度较大,且要求发射姿态稳定,因此动力加载方式以及无人机的夹持与释放方式是关键因素。本发明提供的实验装置能够满足无人机水平冲击实验的功能要求,气压加载方式稳定,可保证实验装置的可靠性和实验重复性。无人机的夹持与释放方式设计巧妙且功能可靠,无人机支撑装置、无人机夹紧组件、滑动小车与缓冲装置四者之间相互配合和作用,同时又不干涉无人机发射运动轨迹。此外,缓冲装置设计原理简单有效,弹簧和橡胶块便于更换维护,经济高效,可操作性强;设置的滑动小车的返回机构等便于实验人员操作,提高了实验过程中的工作效率。为指导无人机的规范使用,无人机对地面人员或高价值物的碰撞安全性实验验证研究起到了非常重要的作用,因而本实验装置具有较广的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种无人机水平冲击试验装置的结构示意图;
图2为本发明实施例提供的导向机构的结构示意图;
图3为本发明实施例提供的无人机夹紧组件的结构示意图;
图4为本发明实施例提供的缓冲装置的结构示意图;
图5为本发明实施例提供的滑动小车的结构示意图;
其中,1-底座框架、2-滑动导轨、3-滑动小车、4-高速气缸、5-导向机构、6-液压夹持器、7-无人机支撑装置、8-无人机夹紧组件、9-缓冲装置、10-滑动小车返回机构、5-1轴承、5-2螺钉、5-3安装座、8-1弹簧座、8-2调节帽、8-3弹簧、8-4加载杆、9-1一级缓冲弹簧、9-2二级缓冲橡胶块、10-1伺服电机、10-2同步带、10-3轴、轴承及轴承端盖。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明实施例提供的适用于无人机水平撞击假人或地面高价值物的实验装置,如图1所示,包括:底座框架1、滑动导轨2、滑动小车3、高速气缸4、导向机构5、液压夹持器6、无人机支撑装置7、无人机夹紧组件8、缓冲装置9和滑动小车返回机构10。
其中,如图2所示,导向机构包括轴承5-1、螺钉5-2和安装座5-3。
如图3所示,无人机夹紧组件包括弹簧座8-1、调节帽8-2、弹簧8-3和加载杆8-4。
如图4所示,缓冲装置包括一级缓冲弹簧9-1和二级缓冲橡胶块9-2。
如图5所示,滑动小车返回机构包括伺服电机10-1、同步带10-2、轴、轴承及轴承端盖10-3。
无人机水平撞击假人或地面高价值物实验采用气压加载的方式进行。实验系统的底座框架通过地脚螺栓固定。底座框架两侧设有滑动导轨,两条导轨中间设有滑动小车,由滑动小车作为发射无人机的运输载体。
滑动导轨后方设有高速气缸,采用压缩空气作为实验系统动力源,由高速气缸的有杆腔和无杆腔之间的压差控制高速气缸活塞杆的向前推动或向后复位。
发射前,滑动小车与活塞杆紧密贴合,采用液压夹持器夹持住滑动小车,然后对高速气缸无杆腔进行充气,达到合适的压力,在得到发射指令后,液压夹持器放开滑动小车,活塞杆推动滑动小车向前运动。滑动小车通过导向机构沿着滑动导轨运动,该导向机构由轴承、螺钉和安装座构成,螺钉用于调节轴承与滑动导轨之间的间隙。
滑动小车上方设有无人机支撑装置,其与滑动小车之间通过螺栓固定,需根据指定无人机型号加工具有特定外形配合面的支撑装置,将无人机置于该支撑装置之中。通过无人机夹紧组件限制无人机垂直方向的运动,该夹紧组件由弹簧座、调节帽、弹簧和加载杆构成,以合适的弹簧力对无人机夹持定位,防止无人机在运动过程中晃动,从而平稳同步地跟随滑动小车运动。
滑动导轨末端设有缓冲装置,该装置含有弹簧和橡胶两级缓冲方式,滑动小车碰撞到该装置后运动速度降低,无人机在惯性力的作用下克服摩擦阻力继续向前运动,从而将无人机撞向假人或地面高价值物。
在滑动导轨下方设有滑动小车返回机构,该机构由伺服电机、同步带轮、同步带、轴、轴承及轴承端盖组成,由伺服电机驱动同步带将实验后的滑动小车返回初始位置。
本发明技术方案提出了一种无人机水平冲击实验装置,整个实验系统具有气压加载、运动轨迹控制、气缸活塞杆复位、滑动小车的夹持与释放、无人机夹持与释放控制、滑动小车拦阻以及滑动小车复位等功能。基于该实验装置能够将无人机以高达25m/s的速度沿着水平方向平稳地发射出去,撞击假人或地面高价值物,进而研究碰撞对象的损伤程度。
根据无人机外形,并考虑无人机重心,设计专用的无人机支撑装置和无人机夹紧组件。无人机支撑装置、夹紧组件、滑动小车以及缓冲装置四者之间相互配合和作用,实现无人机的夹持与释放,能够获得稳定的发射姿态。
本发明提供了一种无人机水平冲击实验装置,用于研究民用轻小型无人机水平撞击假人或地面高价值物的试验分析研究,从而对碰撞目标的损伤等级进行划分。由于无人机形状不规则,需达到的发射速度较大,且要求发射姿态稳定,因此动力加载方式以及无人机的夹持与释放方式是关键因素。本发明提供的实验装置能够满足无人机水平冲击实验的功能要求,气压加载方式稳定,可保证实验装置的可靠性和实验重复性。无人机的夹持与释放方式设计巧妙且功能可靠,无人机支撑装置、无人机夹紧组件、滑动小车与缓冲装置四者之间相互配合和作用,同时又不干涉无人机发射运动轨迹。此外,缓冲装置设计原理简单有效,弹簧和橡胶块便于更换维护,经济高效,可操作性强;设置的滑动小车的返回机构等便于实验人员操作,提高了实验过程中的工作效率。为指导无人机的规范使用,无人机对地面人员或高价值物的碰撞安全性实验验证研究起到了非常重要的作用,因而本实验装置具有较广的应用前景。

Claims (8)

1.一种无人机水平冲击试验装置,其特征在于,所述装置包括:底座框架(1)、滑动导轨(2)、滑动小车(3)、高速气缸(4)、导向机构(5)、液压夹持器(6)、无人机支撑装置(7)、无人机夹紧组件(8)和缓冲装置(9);
其中,所述底座框架(1)通过地脚螺栓固定,所述底座框架(1)的两侧设置滑动导轨(2),两条滑动导轨(2)中间设置滑动小车(3),且所述滑动小车(3)作为无人机的运输载体;
所述两条滑动导轨(2)后方设置高速气缸(4);
所述滑动小车(3)两侧分别通过导向机构(5)与两条滑动导轨(2)滑动连接;
所述液压夹持器(6)与高速气缸(4)的发射端固定连接,用于在初始状态时夹持滑动小车(3);
所述无人机支撑装置(7)固定安装在滑动小车(3)上方,用于支撑放置无人机;
所述无人机夹紧组件(8)固定安装在滑动小车(3)上,用于限制无人机在垂直方向的运动;
所述滑动导轨(2)的末端设置缓冲装置(9),用于缓冲滑动小车(3)的运动。
2.根据权利要求1所述的一种无人机水平冲击试验装置,其特征在于,所述装置还包括:滑动小车返回机构,用于将冲击后的滑动小车带回初始位置。
3.根据权利要求1所述的一种无人机水平冲击试验装置,其特征在于,所述导向机构(5)包括轴承(5-1)、螺钉(5-2)和安装座(5-3);
所述螺钉(5-2)用于调节轴承(5-1)与滑动导轨之间的间隙;
所述安装座(5-3)用于将导向机构安装在滑动小车上。
4.根据权利要求1所述的一种无人机水平冲击试验装置,其特征在于,所述无人机夹紧组件(8)包括弹簧座(8-1)、调节帽(8-2)、弹簧(8-3)和加载杆(8-4);
所述弹簧(8-3)安装在弹簧座(8-1)内,弹簧(8-3)两端分别与调节帽(8-2)和加载杆(8-4)连接。
5.根据权利要求1所述的一种无人机水平冲击试验装置,其特征在于,所述缓冲装置(9)包括一级缓冲弹簧(9-1)和二级缓冲橡胶块(9-2)。
6.根据权利要求2所述的一种无人机水平冲击试验装置,其特征在于,所述滑动小车返回机构包括伺服电机(10-1)、同步带(10-2)、轴承组件(10-3);
所述伺服电机(10-1)驱动同步带(10-2),从而将滑动小车带回初始位置。
7.根据权利要求1所述的一种无人机水平冲击试验装置,其特征在于,所述高速气缸(4)采用压缩空气作为动力源,由高速气缸的有杆腔和无杆腔之间的压差控制高速气缸活塞杆的向前推动或向后复位。
8.一种无人机水平冲击试验方法,所述方法应用于如权利要求1-7中任一项所述的无人机水平冲击试验装置,其特征在于,所述方法包括:
发射前滑动小车与高速气缸的活塞杆紧密贴合,采用液压夹持器夹持住滑动小车;
对高速气缸的无杆腔进行充气,达到预设压力,在得到发射指令后,液压夹持器放开滑动小车,高速气缸的活塞杆推动滑动小车向前运动;
滑动小车通过导向机构沿着滑动导轨运动;
无人机平稳同步地跟随滑动小车运动;
滑动小车碰撞到缓冲装置后运动速度降低,无人机在惯性力的作用下继续向前运动,从而撞向假人或地面高价值物;
通过滑动小车返回机构将滑动小车带回初始位置,完成试验。
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