CN112014137A - 一种虚实融合的智能无人设备可靠性试验平台及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种虚实融合的智能无人设备可靠性试验平台及试验方法，主要是采用虚实融合技术模拟外部自然环境与功能任务，用于智能无人设备的可靠性试验；所述虚实融合的智能无人设备可靠性试验平台包括任务场景模拟器、振动试验台、温湿度试验箱、六自由度姿态控制平台和数据交互单元等五大模块。所述振动试验台、温湿度试验箱、六自由度姿态控制平台和数据交互单元组成实际测试台架。所述虚实融合的智能无人设备可靠性试验平台可应用于无人机、无人车和无人船、无人潜航器等智能无人设备整机及其附属设备的可靠性试验。解决了当前智能无人设备的可靠性试验测试环境条件要求苛刻、资金投入大、不可控因素多、耗费人力物力庞大的问题。

Description

一种虚实融合的智能无人设备可靠性试验平台及试验方法

技术领域

本发明属于可靠性工程技术领域，涉及智能无人设备的可靠性试验，具体涉及一种虚实融合的智能无人设备可靠性试验平台及试验方法。

背景技术

随着现代化设备、机械产品和电子设备向信息化、一体化和多功能化发展，对于产品的可靠性需求也日益迫切。作为衡量产品质量的重要指标，可靠性技术在智能无人设备应用需求的推动下，越来越重要。仅在自然环境下开展可靠性试验，不仅无法保证试验的安全性，还会耗费庞大的人力物力。

本发明提供了一种虚实融合的智能无人设备可靠性试验平台。根据智能无人设备实际使用的季节、气候和轨迹（地面状况、空域状况、海域状况）的不同，从实际测试环境中提取影响受试智能无人设备可靠性的关键因素（例如温度、湿度、振动、姿态、任务目标位置等），将受试智能无人设备置于实际测试台架上，利用实际测试台架的振动试验台、温湿度试验箱和六自由度姿态控制平台模拟智能无人设备在实际工作中的振动、温度、湿度、姿态等。虚拟测试场景建模包括静态测试场景的建模（温度、湿度、天气、振动、轨迹（地面状况、空域状况、海域状况））和动态测试场景的建模（可移动任务目标）。任务场景模拟器中的后台控制计算机将虚拟测试场景中实时加载的应力参数数据和姿态信息实时传输到数据交互单元中的数据交互控制器上，数据交互控制器驱动实际测试台架对受试智能无人设备进行多种应力加载。

所述虚实融合的智能无人设备可靠性试验平台，不仅能够保证智能无人设备复杂应用场景的模拟以及试验中的安全性，还能重复测试提高试验效率、大大节省装备在实际可靠性试验中的试验成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种虚实融合的智能无人设备可靠性试验平台及试验方法，解决当前智能无人设备的可靠性试验环境条件要求苛刻、资金投入大、不可控因素多、耗费人力物力庞大的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括：主要由任务场景模拟器和实际测试台架组成；

其中实际测试台架又由振动试验台、温湿度试验箱、六自由度姿态控制平台和数据交互单元四大模块构成；

振动试验台与数据交互单元通讯连接，

温湿度试验箱置于所述振动试验台的工作面上方，温湿度试验箱、六自由度姿态控制平台与数据交互单元通讯连接，

实际测试台架设置于室内，主要功能是用于受试智能无人设备的室内实际测试；

受试智能无人设备固定安装在六自由度姿态控制平台上；

任务场景模拟器由显示屏幕与后台控制计算机构成，虚拟受试无人设备显示在显示屏幕中。

数据交互单元包括安装于受试智能无人设备上的姿态传感器、速度传感器、湿度传感器以及应变传感器；姿态传感器、速度传感器、湿度传感器通常安装或固定于智能无人设备的舱体内部或智能无人设备机体的上方或者下方，应变传感器通常安装于智能无人设备容易发生受力或者变形的部位；

所述姿态传感器用于测量智能无人设备的姿态角；

所述速度传感器用于测量智能无人设备的速度；

所述湿度传感器用于测量智能无人设备的湿度；

所述应变传感器用于测量智能无人设备关键部位的变形状况；

还包括数据交互控制器，用于与各个设备进行数据联通和信息交换，并接收所述后台控制计算机的实时指令。

所述的振动试验台为标准三轴振动台，其底座固定安装于水平面上，振动试验台与数据交互单元中的数据交互控制器通讯连接，数据交互控制器通过有线线缆或者无线通讯对振动试验台上的控制器发出实时信号指令，驱动振动试验台按照数据交互控制器发出的频谱运动。

所述的温湿度试验箱与数据交互单元中的数据交互控制器通讯连接，数据交互控制器通过有线线缆或者无线通讯对温湿度试验箱上的控制器发出实时信号指令，驱动温湿度试验箱。

所述的六自由度姿态控制平台主要包括六支作动筒、十二只万向铰链、上平台面、下平台面和六自由度姿态控制平台控制器；

平台下台面通过螺栓连接固定安装于所述的振动试验台的顶面，所述六支万向铰链的两端分别连接所述六支作动筒和所述下平台面，所述另六支万向铰链的两端用于连接所述六支作动筒和所述上平台面；

所述六自由度姿态控制平台控制器与数据交互单元中的数据交互控制器通讯连接；六自由度姿态控制平台控制器控制作动筒、十二只万向铰链、上平台面、下平台面的运动。

所述上平台面上还包括若干试验样品夹持结构，用以夹持受试智能无人设备。

本发明包括以下步骤，参照图：

步骤1，根据受试智能无人设备实际使用的季节、气候和轨迹，包括但不限于地面状况、空域状况、海域状况的不同，从实际测试环境中提取影响受试智能无人设备可靠性的关键因素，包括但不限于温度、湿度、振动、姿态、任务目标位置；

步骤2，根据受试智能无人设备的典型应用场景在任务场景模拟器中构建包含温度、湿度、振动、轨迹、天气、目标特性的可靠性试验剖面，并将虚拟受试智能无人设备显示在场景显示屏幕上；

步骤3，将受试智能无人设备置于实际测试台架上，将数据交互单元的姿态传感器、温度传感器、湿度传感器以及应变传感器安装到智能无人设备的对应位置上；

步骤4，开始测试，虚拟受试智能无人设备在虚拟场景中按照预定的路径与任务进行工作，并将工作过程中的温度、湿度、振动、姿态参数实时传输至数据交互单元，交由数据交互单元控制整个实际测试台架和智能无人设备，并据此由六自由度姿态控制平台对受试智能无人设备加载真实的环境应力与姿态控制；

步骤5，实际测试台架和受试智能无人设备接收到数据交互单元实时传输的测试参数后实施相应的真实环境应力加载和姿态变化；

步骤6，数据交互单元将实时数据回传给后台控制计算机，并在场景显示屏幕中显示虚拟智能无人设备的运动状态。

本发明的有益效果在于，在对受试智能无人设备进行可靠性试验时，首先根据智能无人设备的典型应用场景在任务场景模拟器中构建包含温度、湿度、振动、路径、天气、目标特性的可靠性试验剖面。然后将受试智能无人设备安装于六自由度姿态控制平台的上台面上，使用试验样品夹持结构紧固。数据交互单元的各传感器安装于受试智能无人设备的对应位置。测试开始时，受试智能无人设备在虚拟场景中按照预定的路径与任务进行工作，并将工作过程中的温度、湿度、振动、姿态等参数实时传输至实际测试台架，实际测试台架上的数据交互单元再将指令分配给振动试验台、温湿度试验箱和六自由度姿态控制平台。各执行机构接到指令后据此对受试智能无人设备加载真实的环境应力与姿态控制。所述虚实融合的智能无人设备可靠性试验平台不仅能够针对智能无人设备实际使用的季节、气候和轨迹（地面状况、空域状况、海域状况）的不同因地制宜实时测试，还能根据智能无人设备的典型应用场景在任务场景模拟器中对受试智能无人设备目标识别和目标打击能力进行检验，测试智能无人设备在真实外界环境中可靠性能。

附图说明

图1为本发明的整体原理图。

图2为本发明的结构图。

图3为六自由度姿态控制平台结构图。

图4为数据交互单元安装实施例一的主视图。

图5为数据交互单元安装实施例一的仰视图。

图6为数据交互单元安装实施例二的立体图。

图7为数据交互单元安装实施例二的仰视图。

图8为本发明的测试流程图。

具体实施方式

下面结合附图1至8对本发明做进一步详细的说明。

本发明主要由任务场景模拟器1和实际测试台架10组成；

其中实际测试台架10又由振动试验台2、温湿度试验箱3、六自由度姿态控制平台4和数据交互单元5四大模块构成；

振动试验台2与数据交互单元5通讯连接，

温湿度试验箱3置于所述振动试验台2的工作面上方，温湿度试验箱3、六自由度姿态控制平台4与数据交互单元5通讯连接，

实际测试台架10设置于室内，主要功能是用于受试智能无人设备6的室内实际测试；

受试智能无人设备6固定安装在六自由度姿态控制平台4上；

任务场景模拟器1由显示屏幕11与后台控制计算机12构成，虚拟受试无人设备7显示在显示屏幕11中。

数据交互单元5包括安装于受试智能无人设备6上的姿态传感器51、速度传感器52、湿度传感器53以及应变传感器54。根据智能无人设备6的不同外形，传感器的安装位置也不相同。姿态传感器51、速度传感器52、湿度传感器53通常安装或固定于智能无人设备6的舱体内部或智能无人设备机体的上方或者下方，采用胶体或螺栓固定。例如无人潜航器、无人机等内部空间较小的智能无人装备可以安装于机体的上方或者下方，采用胶体固定，无人车辆、无人船可以安装于舱体内部，也可以安装于上方或者下方。应变传感器54通常安装于智能无人设备6容易发生受力或者变形的部位，例如无人机的机翼、无人车辆的车悬架、无人船的船体等部位，采用胶体固定；

所述姿态传感器51用于测量智能无人设备6的姿态角；

所述速度传感器52用于测量智能无人设备的速度；

所述湿度传感器53用于测量智能无人设备6的湿度；

所述应变传感器54用于测量智能无人设备6关键部位的变形状况；

还包括数据交互控制器55，用于与各个设备进行数据联通和信息交换，并接收所述后台控制计算机12的实时指令。

所述的振动试验台2为标准三轴振动台，其底座固定安装于水平面上，振动试验台2与数据交互单元5中的数据交互控制器55通讯连接，数据交互控制器51通过有线线缆或者无线通讯对振动试验台2上的控制器发出实时信号指令，驱动振动试验台2按照数据交互控制器51发出的频谱运动。

所述的温湿度试验箱3与数据交互单元5中的数据交互控制器55通讯连接，数据交互控制器55通过有线线缆或者无线通讯对温湿度试验箱3上的控制器发出实时信号指令，驱动温湿度试验箱3。

所述的六自由度姿态控制平台4主要包括六支作动筒41、十二只万向铰链42、上平台面43、下平台面44和六自由度姿态控制平台控制器45；

平台下台面44通过螺栓连接固定安装于所述的振动试验台2的顶面，所述六支万向铰链42的两端分别连接所述六支作动筒41和所述下平台面44，所述另六支万向铰链42的两端用于连接所述六支作动筒41和所述上平台面43；

所述六自由度姿态控制平台控制器45与数据交互单元5中的数据交互控制器55通讯连接，六自由度姿态控制平台控制器45控制作动筒41、十二只万向铰链42、上平台面43、下平台面44的运动。

所述上平台面上43还包括若干试验样品夹持结构46，用以夹持受试智能无人设备6。

本发明包括以下步骤，参照图3：

步骤1，根据受试智能无人设备6实际使用的季节、气候和轨迹，包括但不限于地面状况、空域状况、海域状况的不同，从实际测试环境中提取影响受试智能无人设备6可靠性的关键因素，包括但不限于温度、湿度、振动、姿态、任务目标位置；

步骤2，根据受试智能无人设备6的典型应用场景在任务场景模拟器1中构建包含温度、湿度、振动、轨迹、天气、目标特性的可靠性试验剖面，并将虚拟受试智能无人设备7显示在场景显示屏幕11上；

步骤3，将受试智能无人设备6置于实际测试台架10上，将数据交互单元5的姿态传感器51、温度传感器52、湿度传感器53以及应变传感器54安装到智能无人设备6的对应位置上；

步骤4，开始测试，虚拟受试智能无人设备7在虚拟场景中按照预定的路径与任务进行工作，并将工作过程中的温度、湿度、振动、姿态参数实时传输至数据交互单元5，交由数据交互单元5控制整个实际测试台架10和智能无人设备6，并据此由六自由度姿态控制平台4对受试智能无人设备6加载真实的环境应力与姿态控制；

步骤5，实际测试台架10和受试智能无人设备6接收到数据交互单元5实时传输的测试参数后实施相应的真实环境应力加载和姿态变化；

步骤6，数据交互单元5将实时数据回传给后台控制计算机12，并在场景显示屏幕11中显示虚拟智能无人设备7的运动状态。

Claims (7)

1.一种虚实融合的智能无人设备可靠性试验平台，其特征在于：

主要由任务场景模拟器和实际测试台架组成；

其中实际测试台架又由振动试验台、温湿度试验箱、六自由度姿态控制平台和数据交互单元四大模块构成；

振动试验台与数据交互单元通讯连接，

温湿度试验箱置于所述振动试验台的工作面上方，温湿度试验箱、六自由度姿态控制平台与数据交互单元通讯连接，

实际测试台架设置于室内，主要功能是用于受试智能无人设备的室内实际测试；

受试智能无人设备固定安装在六自由度姿态控制平台上；

任务场景模拟器由显示屏幕与后台控制计算机构成，虚拟受试无人设备显示在显示屏幕中。

2.根据权利要求所述的一种虚实融合的智能无人设备可靠性试验平台，其特征在于：

数据交互单元包括安装于受试智能无人设备上的姿态传感器、速度传感器、湿度传感器以及应变传感器；姿态传感器、速度传感器、湿度传感器通常安装或固定于智能无人设备的舱体内部或智能无人设备机体的上方或者下方，应变传感器通常安装于智能无人设备容易发生受力或者变形的部位；

所述姿态传感器用于测量智能无人设备的姿态角；

所述速度传感器用于测量智能无人设备的速度；

所述湿度传感器用于测量智能无人设备的湿度；

所述应变传感器用于测量智能无人设备关键部位的变形状况；

还包括数据交互控制器，用于与各个设备进行数据联通和信息交换，并接收所述后台控制计算机的实时指令。

3.根据权利要求所述的一种虚实融合的智能无人设备可靠性试验平台，其特征在于：

所述的振动试验台为标准三轴振动台，其底座固定安装于水平面上，振动试验台与数据交互单元中的数据交互控制器通讯连接，数据交互控制器通过有线线缆或者无线通讯对振动试验台上的控制器发出实时信号指令，驱动振动试验台按照数据交互控制器发出的频谱运动。

4.根据权利要求所述的一种虚实融合的智能无人设备可靠性试验平台，其特征在于：

所述的温湿度试验箱与数据交互单元中的数据交互控制器通讯连接，数据交互控制器通过有线线缆或者无线通讯对温湿度试验箱上的控制器发出实时信号指令，驱动温湿度试验箱。

5.根据权利要求所述的一种虚实融合的智能无人设备可靠性试验平台，其特征在于：

所述的六自由度姿态控制平台主要包括六支作动筒、十二只万向铰链、上平台面、下平台面和六自由度姿态控制平台控制器；

平台下台面通过螺栓连接固定安装于所述的振动试验台的顶面，所述六支万向铰链的两端分别连接所述六支作动筒和所述下平台面，所述另六支万向铰链的两端用于连接所述六支作动筒和所述上平台面；

所述六自由度姿态控制平台控制器与数据交互单元中的数据交互控制器通讯连接；六自由度姿态控制平台控制器控制作动筒、十二只万向铰链、上平台面、下平台面的运动。

6.根据权利要求所述的一种虚实融合的智能无人设备可靠性试验平台，其特征在于：

所述上平台面上还包括若干试验样品夹持结构，用以夹持受试智能无人设备。

7.一种虚实融合的智能无人设备可靠性试验方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，根据受试智能无人设备实际使用的季节、气候和轨迹，包括但不限于地面状况、空域状况、海域状况的不同，从实际测试环境中提取影响受试智能无人设备可靠性的关键因素，包括但不限于温度、湿度、振动、姿态、任务目标位置；

步骤2，根据受试智能无人设备的典型应用场景在任务场景模拟器中构建包含温度、湿度、振动、轨迹、天气、目标特性的可靠性试验剖面，并将虚拟受试智能无人设备显示在场景显示屏幕上；

步骤3，将受试智能无人设备置于实际测试台架上，将数据交互单元的姿态传感器、温度传感器、湿度传感器以及应变传感器安装到智能无人设备的对应位置上；

步骤4，开始测试，虚拟受试智能无人设备在虚拟场景中按照预定的路径与任务进行工作，并将工作过程中的温度、湿度、振动、姿态参数实时传输至数据交互单元，交由数据交互单元控制整个实际测试台架和智能无人设备，并据此由六自由度姿态控制平台对受试智能无人设备加载真实的环境应力与姿态控制；

步骤5，实际测试台架和受试智能无人设备接收到数据交互单元实时传输的测试参数后实施相应的真实环境应力加载和姿态变化；

步骤6，数据交互单元将实时数据回传给后台控制计算机，并在场景显示屏幕中显示虚拟智能无人设备的运动状态。

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