CN113247304A - 一种可测试风场的无人机模拟飞行装置及其测试方法 - Google Patents

一种可测试风场的无人机模拟飞行装置及其测试方法 Download PDF

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周鹏凯
李建华
王天一
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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64F—GROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B64F5/00—Designing, manufacturing, assembling, cleaning, maintaining or repairing aircraft, not otherwise provided for; Handling, transporting, testing or inspecting aircraft components, not otherwise provided for
    • B64F5/60—Testing or inspecting aircraft components or systems

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  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
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Abstract

本发明涉及一种无人机模拟飞行的装置，该装置用于无人机旋翼下风场大小的研究。本发明将无人机放置在台架上，通过控制滚珠丝杆工作，台架可在空间3个维度上移动，从而模拟四旋翼无人机的飞行，同时在相应的无人机下方放置风速传感器，测得不同位置下的风场大小。本发明不仅可以帮助测试四旋翼无人机悬停下各个位置下的风场，还可以帮助测试无人机飞行时某定点下风场的变化，提供全面、准确的风场信息。

Description

一种可测试风场的无人机模拟飞行装置及其测试方法
技术领域
本发明是一种可测试风场的无人机模拟飞行装置及其测试方法，属于农林植保技术领域。
背景技术
植保无人机作为一种新型植保机械，配备了全球定位系统（GPS)和地理信息系统(GIS)或者直接进行人工遥控，可实现较精准化作业，能节省喷洒的农药，还能节省大量人工资源，而其受地理条件限制和约束比较少，也极大提高了工作时的安全性，无人机飞行自由，不受约束，此外其价格低廉，工作效率较高，耗时短，将来可能成为农业主流，发展前景将会很高。旋翼旋转与自然风的共同作用下让无人机能够在空中升降，同时产生了旋翼气流，农药雾滴会随着气流漂移，为了确保农药雾滴在植株上发挥更好的作用，因此有必要研究无人机下方气流的大小。
发明内容
本发明提出的是一种可测试风场的无人机模拟飞行装置，其目的在于为了研究无人机下方气流的大小，提供一种无人机模拟飞行装置，通过该装置可以更好的测试无人机下方的风场。
本发明的技术解决方案：一种可测试风场的无人机模拟飞行装置，其结构包括空间移动模块、姿态调节模块、控制模块和风速传感器，所述空间移动模块包括两个滑台和六组滚珠丝杠，X轴、Y轴、Z轴三个方向每个方向各两组，两个滑台相互粘连，Z轴方向上两组滚珠丝杠安装在滑台(5)上，Y轴方向上两组滚珠丝杠通过连接件与Z轴方向上两组滚珠丝杠连接，X轴方向上两组滚珠丝杠通过连接件与Y轴方向上两组滚珠丝杠连接；每组滚珠丝杠包括固定座(2)、丝杠(3) 、丝杆螺母(4)、电机套(8)、伺服电机(9)，丝杠(3)两端分别设有固定座(2)，X轴方向上两组滚珠丝杠的固定座分别与四根支撑杆相连，其中一端设有电机套(8)和伺服电机(9)，所述丝杠(3)上设有丝杆螺母，丝杆螺母可在丝杠(3)上线性移动，对应方向上的滚珠丝杠通过连接件和对应的丝杆螺母连接；
所述姿态调节模块包括旋转台和两个角度台，所述旋转台安装于滑台顶端，所述两个角度台依次叠放在旋转台上，正交双轴同心旋转连接，可随着旋转台转动，无人机放置在角度台上，风速传感器设于无人机下方；所述伺服电机(9)正反转信号输入端连接控制模块正反转信号输出端，所述旋转台和角度台的控制信号输入端连接控制模块控制信号输出端。
还包括梅花联轴器(10)，丝杠通过梅花联轴器(10)与伺服电机(9)相连。
所述旋转台是精密电控回转工作台，可通过电控360°精确旋转，台面外标有刻度，通过刻度进行定位和读数。
所述角度台下半部分内有蜗杆(11)，上半部分有齿条，可通过控制器控制蜗杆的旋转，从而带动角度台上半部分的倾斜，其控制精度小于0.5°，倾斜角度在±15°之间。
所述的竖直方向上两个伺服电机(9)以不同转向同步工作。
无人机下方立体风场测试方法包括以下步骤：
（1）在地面放置测试架，将无人机固定在角度台6上部，通过控制台控制伺服电机9转动，丝杆3随着电机转动，丝杆3上的丝杆螺母4线性移动，在六组滚珠丝杆的作用下，无人机移动到适当的工作位置；
（2）控制角度台6，调节无人机的倾斜角度；
（3）启动旋翼无人机，在无人机下方需要的测试点上放置传感器测试风速大小并记录。
无人机飞行时某定点风场变化测试方法包括以下步骤：
（1）在地面放置测试架，将无人机固定在倾斜台6上部，在需要的测点放置风速传感器；
（2）启动旋翼无人机，通过控制台控制伺服电机9转动，丝杆3随着电机转动，丝杆上的丝杆螺母4线性移动，在六组滚珠丝杆的作用下，无人机上升、前进；
（3）控制角度台6对无人机飞行姿态进行模拟，控制旋转台7对无人机飞行航向进行模拟，观察记录测试点风场的大小及变化并记录。
本发明的有益效果：通过结构设计模拟无人机飞行，不仅可以帮助测试四旋翼无人机悬停下各个位置下的风场，还可以帮助测试无人机飞行时某定点下风场的变化，提供全面、准确的风场信息。
附图说明
附图1是可测试风场的无人机模拟飞行装置的结构示意图。
附图2是可测试风场的无人机模拟飞行装置的局部示意图。
附图3是角度台下半部分的内部结构示意图。
附图中1、支撑架；2、固定座；3、丝杠；4、丝杆螺母；5、滑台；6、角度台；7、旋转台；8、电机套；9、伺服电机；10、梅花联轴器；11、蜗杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案做进一步解释说明。
对照附图1，一种无人机模拟飞行装置，包括支撑架、滚珠丝杆、丝杆螺母、梅花联轴器、伺服电机、滑台、角度台、旋转台，两组所述的滚珠丝杆的两端固定座和支撑座分别与4根支撑杆相连，所述的伺服电机安装在电机座上，滚珠丝杠上套有两个丝杆螺母，另外两组所述的滚珠丝杆两端通过连接件分别与对应的丝杆螺母相连，滚珠丝杆上各套一个丝杆螺母，剩下另外两组所述的滚珠丝杆上的丝杆螺母通过连接件与丝杆螺母相连，所述的旋转台安装于滑台的上端，所述的2个角度台依次叠放在旋转台上。
作为本发明进一步改进，所述的滚珠丝杆由伺服电机驱动，将转动转换为线性运动，能承受更大的力。
作为本发明进一步改进，所述的角度台由控制器控制，控制精度在0.5°，倾斜角度在±15°之间。控制器芯片型号为AR9342-PCBA。
作为本发明进一步改进，所述的旋转台是精密电控回转工作台，型号为ZX110-100，可通过电控360°精确旋转，台面外标有刻度，可通过刻度方便的进行定位和读数。
作为本发明进一步改进，所述的梅花联轴器使电机在启动和制动或者过载的情况下起到缓冲、吸振的作用。
对照附图2，无人机下方立体风场测试方法：
如图所示，在地面放置测试架，将无人机固定在角度台6上部，通过控制台控制伺服电机9转动，丝杆3随着电机转动，丝杆3上的丝杆螺母4就能线性移动，在六组滚珠丝杆的作用下，可将无人机移动到适当的工作位置，其次通过控制角度台6内蜗杆转动实现角度倾斜，调节无人机的倾斜角度，最后启动旋翼无人机，在无人机下方需要的测试点上放置传感器测试风速大小并记录。
对照附图3，无人机飞行时某定点风场变化测试方法：
如图所示，在地面放置测试架，将无人机固定在倾斜台6上部，在需要的测点放置风速传感器。启动旋翼无人机，通过控制台控制伺服电机9转动，丝杆3随着电机转动，丝杆上的丝杆螺母4就能线性移动，在六组滚珠丝杆的作用下，使无人机上升、前进，与此同时，控制角度台6内蜗杆转动实现角度倾斜，对无人机风行姿态进行模拟，控制旋转台7对无人机飞行航向进行模拟。观察记录测试点风场的大小及变化并记录。

Claims (7)

1.一种可测试风场的无人机模拟飞行装置，其特征是其结构包括空间移动模块、姿态调节模块、控制模块和风速传感器，所述空间移动模块包括两个滑台和六组滚珠丝杠，X轴、Y轴、Z轴三个方向每个方向各两组，两个滑台相互粘连，Z轴方向上两组滚珠丝杠安装在滑台(5)上，Y轴方向上两组滚珠丝杠通过连接件与Z轴方向上两组滚珠丝杠连接，X轴方向上两组滚珠丝杠通过连接件与Y轴方向上两组滚珠丝杠连接；每组滚珠丝杠包括固定座(2)、丝杠(3) 、丝杆螺母(4)、电机套(8)、伺服电机(9)，丝杠(3)两端分别设有固定座(2)，X轴方向上两组滚珠丝杠的固定座分别与四根支撑杆相连，其中一端设有电机套(8)和伺服电机(9)，所述丝杠(3)上设有丝杆螺母，丝杆螺母可在丝杠(3)上线性移动，对应方向上的滚珠丝杠通过连接件和对应的丝杆螺母连接；
所述姿态调节模块包括旋转台和两个角度台，所述旋转台安装于滑台顶端，所述两个角度台依次叠放在旋转台上，正交双轴同心旋转连接，可随着旋转台转动，无人机放置在角度台上，风速传感器设于无人机下方；所述伺服电机(9)正反转信号输入端连接控制模块正反转信号输出端，所述旋转台和角度台的控制信号输入端连接控制模块控制信号输出端。
2.根据权利要求1所述的一种可测试风场的无人机模拟飞行装置，其特征是还包括梅花联轴器(10)，丝杠通过梅花联轴器(10)与伺服电机(9)相连。
3.根据权利要求1所述的一种可测试风场的无人机模拟飞行装置，其特征是所述旋转台是精密电控回转工作台，可通过电控360°精确旋转，台面外标有刻度，通过刻度进行定位和读数。
4.根据权利要求1所述的一种可测试风场的无人机模拟飞行装置，其特征是所述角度台下半部分内有蜗杆(11)，上半部分有齿条，可通过控制器控制蜗杆的旋转，从而带动角度台上半部分的倾斜，其控制精度小于0.5°，倾斜角度在±15°之间。
5.根据权利要求1所述的一种可测试风场的无人机模拟飞行装置，其特征是所述的竖直方向上两个伺服电机(9)以不同转向同步工作。
6.如权利要求1所述的一种可测试风场的无人机模拟飞行装置的测试方法，其特征是无人机下方立体风场测试方法包括以下步骤：
（1）在地面放置测试架，将无人机固定在角度台（6）上部，通过控制台控制伺服电机（9）转动，丝杆（3）随着电机转动，丝杆（3）上的丝杆螺母（4）线性移动，在六组滚珠丝杆的作用下，无人机移动到适当的工作位置；
（2）控制角度台（6），调节无人机的倾斜角度；
（3）启动旋翼无人机，在无人机下方需要的测试点上放置传感器测试风速大小并记录。
7.如权利要求（1）所述的一种可测试风场的无人机模拟飞行装置的测试方法，其特征是无人机飞行时某定点风场变化测试方法包括以下步骤：
（1）在地面放置测试架，将无人机固定在倾斜台（6）上部，在需要的测点放置风速传感器；
（2）启动旋翼无人机，通过控制台控制伺服电机（9）转动，丝杆（3）随着电机转动，丝杆上的丝杆螺母（4）线性移动，在六组滚珠丝杆的作用下，无人机上升、前进；
（3）控制角度台（6）对无人机飞行姿态进行模拟，控制旋转台（7）对无人机飞行航向进行模拟，观察记录测试点风场的大小及变化并记录。
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