CN113110097A - 一种沉浸式集群协同教学科研综合实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沉浸式集群协同教学科研综合实验平台，包括集群级六自由度车机一体机器人系统、六自由度飞行模拟平台、半物理仿真设备、数据链路、数据记录设备、飞行状态显示界面，所述数据链路的输出端连接有集群级六自由度车机一体机器人系统、六自由度飞行模拟平台与半物理仿真设备。本发明所述的一种沉浸式集群协同教学科研综合实验平台，用于实现集群中若干飞机的六自由度动力学模型、目标模型、传感器模型、通信链路模型、武器模型以及用户可定义的协作控制于路径规划算法，数据链路用于传输平台各分系统或模块之间的数据，数据记录模块用于记录平台产生的主要数据以便进行二次深入分析，带来更好的使用前景。

Description

一种沉浸式集群协同教学科研综合实验平台

技术领域

本发明主要涉及到航空航天的实验设备领域，特指一种导航、制导与集群协同控制技术的实验教学仪器，具体为一种沉浸式集群协同教学科研综合实验平台。

背景技术

进入21世纪，航空航天技术已从我国优先发展的战略技术高度获得了全社会的广泛认同，与航空航天技术相应的高等教育和企业培训教育也发生了翻天覆地的变化，例如，各个高等院校纷纷建立航空/航天学院或相关专业。此外，随着航空航天技术的迅猛发展，过于偏重理论的传统教学方式也受到了极大挑战。一方面，航空航天企业需要大量的飞行器设计、导航/制导控制等方面的专业技术人才；另一方面，各高等院校输送给航空航天企业的人才和工程实践活动脱节较远，有很多学生从本科阶段就开始从事飞行器设计或制导控制等相关专业的学习、研究，但是，直至博士阶段，他们都很少接触实际的导航/制导控制系统和相关的测试、仿真评估方法，进入企业后，这种状况严重制约了他们的研发活动，相关高等院校和航空航天企业越来越重视实验教学或岗前实践培训问题，但是，从目前国内、外的情况来看，导航、制导和控制技术实践性教学体系很不完备，教学实验仪器也非常缺乏为了解决长期困扰飞行器设计相关专业的实验教学问题，国内、外各高等院校纷纷建立了制导控制实验室、导航实验室或半实物仿真实验室等，旨在加强学生实际动手能力的培养，众所周知的导航、制导和控制技术教学实验装置大都依托科研实验环境，或按照科研实验环境的结构组合搭建，即使是欧美名校，由于其教学经费投入多，专业学习实践保障条件和体制完善，实验项目的设计主题来源于科研相关教学实验装置往往和科研结合更为紧密，实验器材多、杂、专，学生选择性和自主性强，实验教学活动往往以小组形式组织，从零开始完成一个设计主题的项目任务，对学生综合素质和实验室的配套管理要求都很高，当学生人数较少，经费充足，与导航 /制导控制相关的其它专业知识实验教学效果良好，实验学时数又较多时，这种培养模式有较大优势，但是，由于我国的具体国情是：教学、科研经费失衡，教学实践活动经费投入较少，受高等教育的学生人数绝对数量很大，特别是，近年来航空航天相关专业的高等教育规模扩展很快，而绝大部分高校只能用数量有限的科研实验条件开展专业实验教学，最为典型的就是建立一套教学和科研共用的半实物仿真试验环境。这些是目前我国高校建设导航、制导和控制技术实验室及组织相关教学实验所普遍采取的方法。

但是，利用这种模式所建成的导航、制导和控制技术实验室存在一系列问题，主要表现有三：第一，由于实验设备采用科研实验环境或依据其结构进行搭建，设备造价普遍很高，台套数难以保证，且这类设备对使用者的操作要求高，学生很难参与到实验中来，导致这类实验停留在演示层面；第二，缺乏实验内容的系统性设计和专用实验模块的开发，不能按教学实验大纲系统地安排实验，仅靠零散的导航/制导控制设备或针对性很强的专业级试验系统进行实验，直接导致实验内容不齐全、体系不完备，各实验内容之间联系松散，实验效果不理想。由于我国教育经费投入小、学生数量多、各院校基础参差不齐、实验保障条件不能得到全面保证，欧美培养模式也不太适合我国现有国情，在相当长的一段时间内，大部分高校较难按照欧美培养模式开展实验教学工作，特别是学员人数较多的本科、硕士研究生实验教学；第三，缺乏专用实验操作软件，操作使用复杂，专业性强，实验中编程工作量大、相关技术(如：电子工程、控制系统、程序设计等)要求较高，学生运用专业理论知识进行实验研究时额外工作量过大，实验效率低，为此，我们提出一种沉浸式集群协同教学科研综合实验平台。

发明内容

（一）解决的技术问题

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有导航、制导相关专业的实验室教学设备所存在的问题，提供一种结构简单紧凑、成本低廉、内容齐全、功能集成度高、操作简便、能够直观和身临其境的沉浸式人机交互，可通过交互界面快速探索、发展和评估集群协同决策与控制技术。供开展集群任务规划、任务指派、路径规划、协同编队算法、无人机集群应用、效能评估等教学科研工作。

（二）技术方案

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种沉浸式集群协同教学科研综合实验平台，包括集群级六自由度车机一体机器人系统、六自由度飞行模拟平台、半物理仿真设备、数据链路、数据记录设备、飞行状态显示界面，所述数据链路的输出端连接有集群级六自由度车机一体机器人系统、六自由度飞行模拟平台与半物理仿真设备，所述集群级六自由度车机一体机器人系统、六自由度飞行模拟平台双向连接有半物理仿真设备，所述半物理仿真设备双向连接有数据记录设备与飞行状态显示界面。

优选的，所述半物理仿真设备包括六自由度车机一体机器人控制及解调模块、自组网数据链路模拟器、决策与控制嵌入式模块、虚拟人机交互界面模块、编队地面指挥六自由度监控系统、VR视景模块、导航定位模拟器，所述决策与控制嵌入式模块双向连接有六自由度车机一体机器人控制及解调模块、编队地面指挥六自由度监控系统、自组网数据链路模拟器与虚拟人机交互界面模块，所述决策与控制嵌入式模块的输入端连接有导航定位模拟器，所述自组网数据链路模拟器双向连接有VR视景模块，用于实现集群中若干飞机的六自由度动力学模型、目标模型、传感器模型、通信链路模型、武器模型以及用户可定义的协作控制于路径规划算法。

优选的，所述六自由度飞行模拟平台与半物理仿真设备中的编队地面指挥六自由度监控系统、VR视景模块分别使用数据链路中的串口方式与HDMI数字I/O方式连接，实现集群任务的沉浸式体验或有人机和无人机混合编队的任务模拟。

优选的，所述集群级六自由度车机一体机器人系统之间通过数据链路中的无线网络进行组网连接。

优选的，所述集群级六自由度车机一体机器人系统由搭载独立控制器的六自由度车机一体机器人组成，与六自由度飞行模拟平台通过数据链路中的无线组网，形成有人/无人多机集群编队动态特性展示终端。

优选的，所述集群级六自由度车机一体机器人系统与半物理仿真设备中的六自由度车机一体机器人控制及解调模块使用数据链路中的以太网方式连接。

优选的，所述数据链路由以太网有线设备、串口设备或者无线设备等组成，用于传输平台各分系统或模块之间的数据，所述数据记录设备采用M2或SATA接口的SSD，用于记录平台产生的主要数据以便进行二次深入分析。

优选的，所述实验项目包括基础实验级、编队实验级与实验评估级，所述基础实验级包括无人机系统集群协同设计与实验过程了解实验、无人机系统集群协同实验模型设计实验、有能量限制的转运分配算法实验、无人集群分布式协同控制系统的可控性分析实验、集群动态机动能力和分布式信息流关系分析实验，所述编队实验级包括集群单体相对定位和绝对定位以及各单体相对理想编队构型的误差对编队控制精度的影响实验、安全避撞的编队协同控制算法实验、通信时延对机动编队飞行控制影响实验、面向最短路径的编队构型优化实验、面向编队突防的编队构型优化实验、编队飞行中的个体实现随时补充以及对整体的重配置实验，所述实验评估级包括无人集群编队汇集、保持与重构的自适应协同控制实验《不完整信息和动态通信拓扑》实验、编队多任务指派实验、有风情况下航路规划实验、集群指控交互实验与广域搜索攻击实验。

优选的，所述集群级六自由度车机一体机器人系统由安装有四个麦克纳姆轮的四轮驱动无人小车、可分离式设计的电动四旋翼无人机以及包含有MEMS惯导模块的飞行控制器组成，所述六自由度飞行模拟平台由包含MEMS惯导模块的飞行控制器以及六自由度作动筒构成，所述集群级六自由度车机一体机器人系统、六自由度飞行模拟平台通过数据链路与半物理仿真设备进行数据交互，可提供直观和身临其境的沉浸式人机交互，可通过交互界面快速探索、发展和评估集群协同决策与控制技术，供开展集群任务规划、任务指派、路径规划、协同编队算法、无人机集群应用、效能评估等教学科研工作。

（三）有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种沉浸式集群协同教学科研综合实验平台，具备以下有益效果：该一种沉浸式集群协同教学科研综合实验平台，六自由度飞行模拟平台由包含MEMS惯导模块的飞行控制器以及六自由度作动筒构成，可以完成无人机编队协同飞行时长机的动态特性模拟以及有人机和无人机混合编队时有人机的飞行动态特性模拟，六自由度飞行模拟平台，结合三维VR视景软硬件模块实现集群任务的沉浸式体验或有人机和无人机混合编队的任务模拟，能对协同执行预定任务的多个空间无人飞行器进行仿真，仿真在三维虚拟场景中发生。实验过程中，师生可以通过改变全局参数，可改变目标数和无人机数等，自定义自己的场景和算法，使得师生脱离硬件、软件的繁琐编制工作。同时，平台以冗余中心优化方式实现，来控制试验中无人机在它们对目标执行发现、分类、歼击和确认目标任务的编队协同飞行。该平台支持单机基于任务的快速原型设计。学生通过动手实践、查阅资料、创新创造等环节完成教师布置的行业实际应用任务。让学生在完成"任务"的过程中，培养分析具体问题、解决具体问题的能力，培养学生独立探索及合作精神。满足师生开发应用业务方案、控制算法设计、任务信息处理等方法验证。可支持师生进行编队协同、智能控制、协同网络通讯的应用教学与科研。通过完成项目挑战，能有效调动学习的积极性，既掌握无人集群协同决策与控制的实践技能，又提升了学生的科学素养，能够充分发掘学生的创造潜能，提高学生解决实际问题的综合能力，整个实验平台结构简单，操作方便，使用的效果相对于传统方式更好。

附图说明

图1为本发明一种沉浸式集群协同教学科研综合实验平台的整体结构示意图。

图2为本发明一种沉浸式集群协同教学科研综合实验平台中实施实例中框架的结构示意图。

图3为本发明一种沉浸式集群协同教学科研综合实验平台中教学科研综合试验平台室内布局的结构示意图。

图4为本发明一种沉浸式集群协同教学科研综合实验平台中具体实施实例运行时人机交互界面的结构示意图。

图5为本发明一种沉浸式集群协同教学科研综合实验平台中半物理仿真设备功能组成的结构示意图。

图6为本发明一种沉浸式集群协同教学科研综合实验平台中集群级六自由度车机一体机器人系统的结构示意图。

图7为本发明一种沉浸式集群协同教学科研综合实验平台中六自由度飞行模拟平台的结构示意图。

图中：1、集群级六自由度车机一体机器人系统；2、六自由度飞行模拟平台；3、半物理仿真设备；301、六自由度车机一体机器人控制及解调模块；302、自组网数据链路模拟器；303、决策与控制嵌入式模块；304、虚拟人机交互界面模块；305、编队地面指挥六自由度监控系统；306、VR视景模块；307、导航定位模拟器；4、数据链路；5、数据记录设备；6、飞行状态显示界面。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1-7所示，一种沉浸式集群协同教学科研综合实验平台，包括集群级六自由度车机一体机器人系统1、六自由度飞行模拟平台2、半物理仿真设备3、数据链路4、数据记录设备5、飞行状态显示界面6，其特征在于：数据链路4的输出端连接有集群级六自由度车机一体机器人系统1、六自由度飞行模拟平台2与半物理仿真设备3，集群级六自由度车机一体机器人系统1、六自由度飞行模拟平台2双向连接有半物理仿真设备3，半物理仿真设备3双向连接有数据记录设备5与飞行状态显示界面6，本发明是集虚拟现实VR和地面全物理实现的集群协同教学科研平台，支持基于物理试验平台的集群协同决策与控制的实时、网络化虚拟环境，该平台可提供直观和身临其境的沉浸式人机交互，可通过交互界面快速探索、发展和评估集群协同决策与控制技术，供开展集群任务规划、任务指派、路径规划、协同编队算法、无人机集群应用、效能评估等教学科研工作，室内定位与VR有助于提升和评估集群协同技术理论成果和实验效率，让师生、科研人员专注于集群协同关键技术研究，更能大大推动教学研一体化进程，加速教学、科研的进度，该平台以真实的无人机系统和虚拟现实同步仿真结合为背景进行设计，其系统构成、工作原理、控制逻辑、显示方式与真实飞行和执行任务极其相似。

实施例一，如图5所示，半物理仿真设备3包括六自由度车机一体机器人控制及解调模块301、自组网数据链路模拟器302、决策与控制嵌入式模块303、虚拟人机交互界面模块304、编队地面指挥六自由度监控系统305、VR视景模块306、导航定位模拟器307，决策与控制嵌入式模块303双向连接有六自由度车机一体机器人控制及解调模块301、编队地面指挥六自由度监控系统305、自组网数据链路模拟器302与虚拟人机交互界面模块304，决策与控制嵌入式模块303的输入端连接有导航定位模拟器307，自组网数据链路模拟器302双向连接有VR视景模块306，用于实现集群中若干飞机的六自由度动力学模型、目标模型、传感器模型、通信链路模型、武器模型以及用户可定义的协作控制于路径规划算法，导航定位模拟器307，用于模拟GPS信号作为三维视景中的编队协同无人机的位置、速度等信号，并采用通过UDP协议的以太网络传输给集群级六自由度车机一体机器人系统1和六自由度飞行模拟平台2，自组网数据链路模拟器302，用于模拟三维视景中编队协作无人机之间的通信链路，互相传输各个无人机的状态信息，决策与控制+SIMULINK/MATALB/C++嵌入式模块，采用Matlab/ Simulink运行环境，利用Simulink的自动代码生成与快速原型技术，通过多个开发工具软件的有机组合，以及设计代码的编写，有效减少了学生实验过程中的编程工作量，大大降低了编程难度，突出了专业实验教学的需要，数据链路4由以太网有线设备、串口设备或者无线设备等组成用于传输平台各分系统或模块之间的数据，数据记录模块采用M2或SATA接口的SSD，用于记录平台产生的主要数据以便进行二次深入分析。

实施例二，如图7所示，六自由度飞行模拟平台2与半物理仿真设备3中的编队地面指挥六自由度监控系统305、VR视景模块306分别使用数据链路4中的串口方式与HDMI数字I/O方式连接，实现集群任务的沉浸式体验或有人机和无人机混合编队的任务模拟，集群级六自由度车机一体机器人系统1与半物理仿真设备3中的六自由度车机一体机器人控制及解调模块301用以串口方式连接，采用一对多无线串口进行全双工通信，六自由度飞行模拟平台2与半物理仿真设备3中的编队地面指挥六自由度监控系统305用以串口方式连接，采用RS232进行全双工通信，与VR视景模块306用HDMI数字传输线缆连接，集群级六自由度车机一体机器人系统1，由搭载独立控制器的六自由度车机一体机器人组成，与搭载独立控制器的六自由度飞行模拟平台2通过数据链路4中的无线链路进行组网，形成有人/无人多机集群编队动态特性展示终端，六自由度飞行模拟平台2，结合三维VR视景软硬件模块实现集群任务的沉浸式体验或有人机和无人机混合编队的任务模拟。

实施例三，如图6所示，集群级六自由度车机一体机器人系统1之间通过数据链路4中的无线网络进行组网连接，集群级六自由度车机一体机器人系统1由搭载独立控制器的六自由度车机一体机器人组成，与六自由度飞行模拟平台2通过数据链路4中的无线组网，形成有人/无人多机集群编队动态特性展示终端，集群级六自由度车机一体机器人系统1与半物理仿真设备3中的六自由度车机一体机器人控制及解调模块301使用数据链路4中的以太网方式连接。

实施例四，如图2所示，数据链路4由以太网有线设备、串口设备或者无线设备等组成，用于传输平台各分系统或模块之间的数据，数据记录设备5采用M2或SATA接口的SSD，用于记录平台产生的主要数据以便进行二次深入分析。

实施例五，实验项目包括基础实验级、编队实验级与实验评估级，基础实验级包括无人机系统集群协同设计与实验过程了解实验、无人机系统集群协同实验模型设计实验、有能量限制的转运分配算法实验、无人集群分布式协同控制系统的可控性分析实验、集群动态机动能力和分布式信息流关系分析实验，编队实验级包括集群单体相对定位和绝对定位以及各单体相对理想编队构型的误差对编队控制精度的影响实验、安全避撞的编队协同控制算法实验、通信时延对机动编队飞行控制影响实验、面向最短路径的编队构型优化实验、面向编队突防的编队构型优化实验、编队飞行中的个体实现随时补充以及对整体的重配置实验，实验评估级包括无人集群编队汇集、保持与重构的自适应协同控制实验《不完整信息和动态通信拓扑》实验、编队多任务指派实验、有风情况下航路规划实验、集群指控交互实验与广域搜索攻击实验。

实施例六，如图6所示，集群级六自由度车机一体机器人系统1由安装有四个麦克纳姆轮的四轮驱动无人小车、可分离式设计的电动四旋翼无人机以及包含有MEMS惯导模块的飞行控制器组成，六自由度飞行模拟平台2由包含MEMS惯导模块的飞行控制器以及六自由度作动筒构成，集群级六自由度车机一体机器人系统1、六自由度飞行模拟平台2通过数据链路4与半物理仿真设备3进行数据交互，可提供直观和身临其境的沉浸式人机交互，可通过交互界面快速探索、发展和评估集群协同决策与控制技术，供开展集群任务规划、任务指派、路径规划、协同编队算法、无人机集群应用、效能评估等教学科研工作。

工作原理：本发明包括集群级六自由度车机一体机器人系统1、六自由度飞行模拟平台2、半物理仿真设备3、六自由度车机一体机器人控制及解调模块301、自组网数据链路模拟器302、决策与控制嵌入式模块303、虚拟人机交互界面模块304、编队地面指挥六自由度监控系统305、VR视景模块306、导航定位模拟器307、数据链路4、数据记录设备5、飞行状态显示界面6，该平台是一款基于MR/SIMULINK/MATLAB/C++的虚拟现实和全物理试验平台的集群协同教学科研平台，能对协同执行预定任务的多个空间无人飞行器进行仿真，仿真在三维虚拟场景中发生，实验过程中，师生可以通过改变全局参数，可改变目标数和无人机数等，自定义自己的场景和算法，使得师生脱离硬件、软件的繁琐编制工作，同时，平台以冗余中心优化方式实现，来控制试验中无人机在它们对目标执行发现、分类、歼击和确认目标任务的编队协同飞行，该平台支持单机基于任务的快速原型设计，学生通过动手实践、查阅资料、创新创造等环节完成教师布置的行业实际应用任务，让学生在完成"任务"的过程中，培养分析具体问题、解决具体问题的能力，培养学生独立探索及合作精神，满足师生开发应用业务方案、控制算法设计、任务信息处理等方法验证，可支持师生进行编队协同、智能控制、协同网络通讯的应用教学与科研，通过完成项目挑战，能有效调动学习的积极性，既掌握无人集群协同决策与控制的实践技能，又提升了学生的科学素养，能够充分发掘学生的创造潜能，提高学生解决实际问题的综合能力。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二（一号、二号）等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种沉浸式集群协同教学科研综合实验平台，包括集群级六自由度车机一体机器人系统（1）、六自由度飞行模拟平台（2）、半物理仿真设备（3）、数据链路（4）、数据记录设备（5）、飞行状态显示界面（6），其特征在于：所述数据链路（4）的输出端连接有集群级六自由度车机一体机器人系统（1）、六自由度飞行模拟平台（2）与半物理仿真设备（3），所述集群级六自由度车机一体机器人系统（1）、六自由度飞行模拟平台（2）双向连接有半物理仿真设备（3），所述半物理仿真设备（3）双向连接有数据记录设备（5）与飞行状态显示界面（6）。

2.根据权利要求1所述的一种沉浸式集群协同教学科研综合实验平台，其特征在于：所述半物理仿真设备（3）包括六自由度车机一体机器人控制及解调模块（301）、自组网数据链路模拟器（302）、决策与控制嵌入式模块（303）、虚拟人机交互界面模块（304）、编队地面指挥六自由度监控系统（305）、VR视景模块（306）、导航定位模拟器（307），所述决策与控制嵌入式模块（303）双向连接有六自由度车机一体机器人控制及解调模块（301）、编队地面指挥六自由度监控系统（305）、自组网数据链路模拟器（302）与虚拟人机交互界面模块（304），所述决策与控制嵌入式模块（303）的输入端连接有导航定位模拟器（307），所述自组网数据链路模拟器（302）双向连接有VR视景模块（306），用于实现集群中若干飞机的六自由度动力学模型、目标模型、传感器模型、通信链路模型、武器模型以及用户可定义的协作控制于路径规划算法。

3.根据权利要求1所述的一种沉浸式集群协同教学科研综合实验平台，其特征在于：所述六自由度飞行模拟平台（2）与半物理仿真设备（3）中的编队地面指挥六自由度监控系统（305）、VR视景模块（306）分别使用数据链路（4）中的串口方式与HDMI数字I/O方式连接，实现集群任务的沉浸式体验或有人机和无人机混合编队的任务模拟。

4.根据权利要求1所述的一种沉浸式集群协同教学科研综合实验平台，其特征在于：所述集群级六自由度车机一体机器人系统（1）之间通过数据链路（4）中的无线网络进行组网连接。

5.根据权利要求1所述的一种沉浸式集群协同教学科研综合实验平台，其特征在于：所述集群级六自由度车机一体机器人系统（1）由搭载独立控制器的六自由度车机一体机器人组成，与六自由度飞行模拟平台（2）通过数据链路（4）中的无线组网，形成有人/无人多机集群编队动态特性展示终端。

6.根据权利要求1所述的一种沉浸式集群协同教学科研综合实验平台，其特征在于：所述集群级六自由度车机一体机器人系统（1）与半物理仿真设备（3）中的六自由度车机一体机器人控制及解调模块（301）使用数据链路（4）中的以太网方式连接。

7.根据权利要求1所述的一种沉浸式集群协同教学科研综合实验平台，其特征在于：所述数据链路（4）由以太网有线设备、串口设备或者无线设备等组成，用于传输平台各分系统或模块之间的数据，所述数据记录设备（5）采用M2或SATA接口的SSD，用于记录平台产生的主要数据以便进行二次深入分析。

8.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的一种沉浸式集群协同教学科研综合实验平台，其特征在于：所述实验项目包括基础实验级、编队实验级与实验评估级，所述基础实验级包括无人机系统集群协同设计与实验过程了解实验、无人机系统集群协同实验模型设计实验、有能量限制的转运分配算法实验、无人集群分布式协同控制系统的可控性分析实验、集群动态机动能力和分布式信息流关系分析实验，所述编队实验级包括集群单体相对定位和绝对定位以及各单体相对理想编队构型的误差对编队控制精度的影响实验、安全避撞的编队协同控制算法实验、通信时延对机动编队飞行控制影响实验、面向最短路径的编队构型优化实验、面向编队突防的编队构型优化实验、编队飞行中的个体实现随时补充以及对整体的重配置实验，所述实验评估级包括无人集群编队汇集、保持与重构的自适应协同控制实验《不完整信息和动态通信拓扑》实验、编队多任务指派实验、有风情况下航路规划实验、集群指控交互实验与广域搜索攻击实验。

9.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的一种沉浸式集群协同教学科研综合实验平台，其特征在于：所述集群级六自由度车机一体机器人系统（1）由安装有四个麦克纳姆轮的四轮驱动无人小车、可分离式设计的电动四旋翼无人机以及包含有MEMS惯导模块的飞行控制器组成，所述六自由度飞行模拟平台（2）由包含MEMS惯导模块的飞行控制器以及六自由度作动筒构成，所述集群级六自由度车机一体机器人系统（1）、六自由度飞行模拟平台（2）通过数据链路（4）与半物理仿真设备（3）进行数据交互，可提供直观和身临其境的沉浸式人机交互，可通过交互界面快速探索、发展和评估集群协同决策与控制技术，供开展集群任务规划、任务指派、路径规划、协同编队算法、无人机集群应用、效能评估等教学科研工作。

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