CN114973834B - 一种用于无人机检修训练的实训平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于无人机检修训练的实训平台，包括平台柜体、上位机、操作面板、控制器，所述操作面板设置在平台柜体上，其包括主控模块、无人机动力系统模块、显示屏和任务载荷模块，所述控制器包括下位机和继电器，所述上位机搭载有无人机故障模拟仿真系统，所述无人机故障模拟仿真系统由故障列表、动画库、消息收发模块、验证模块和用户角色模块组成；本发明的实训平台可进行不同旋翼数量的无人机系统结构的演示、教学及故障考核，可进行多种类型载荷系统的结构演示、教学及故障考核。

Description

一种用于无人机检修训练的实训平台

技术领域

本发明属于无人机教学、无人机检修技能培训技术领域，具体涉及一种用于无人机检修训练的实训平台。

背景技术

无人机以其功能强大在各行各业都得到广泛应用，但其功能强大的另一方面，因不同部件引起无人机的故障类型也很多，飞控、动力系统、电池、电流计、图传、数传等不同部位的故障类型及维修点均不同，因此无人机检修需要经过专门的培训，而现有的无人机检修、教学等培训中，通常使用书本教学或实体无人机教学，实用性和通用性相对较差，而且不利于受教者全面彻底地了解无人机的结构，影响教学效果。而市面上逐渐出现的一些无人机教学平台结构，仅具有表面静态结构展示功能、功能单一，可教授的课程少，不能使学生清晰认识无人机内部线路关系，不能进行无人机故障设置与维护教学，不能记录使用者的操作过程和结果，不能进行技能考核等，存在诸多不足。

发明内容

针对上述技术技术现状，本发明提供了一种用于无人机检修训练的实训平台，其将无人机的功能模块完整铺设在实训平台上，同时结合动画形式动态展示无人机正常姿态和不同故障姿态的区别，帮助学员更直观、更容易理解的学习无人机的各类型故障及相应解除故障的操作，能够低成本的达到远超过实体无人机教学的效果。

本发明采用的技术方案如下：一种用于无人机检修训练的实训平台，其特征在于，包括平台柜体、上位机、操作面板、控制器，所述操作面板设置在平台柜体上，其包括主控模块、无人机动力系统模块和显示屏，所述显示屏与安装在平台柜体内部的上位机配合，用于实时显示信息，所述显示屏选择为嵌入式工业触控屏，用户可通过嵌入式工业触控屏直接向上位机输入操作指令，本领域技术人员应当理解的是，所述显示屏也可选择为普通液晶显示屏，同时在所述平台柜体上设置键盘，所述键盘与上位机连接，以供用户向上位机输入操作指令，所述上位机可采用计算机；所述无人机动力系统模块设置有呈圆周阵列式分布的多个旋翼位置，优选为八个，在每一个旋翼位置处均可以安装电机和电调，且在每一个旋翼位置处设置有三个检测口，对应每个检测口均设置有一个继电器，三个检测口分别通过继电器的断开与闭合模拟电机的供电故障、电调的供电故障和电气线序故障；用户根据实际使用需求，通过在不同旋翼位置布置电机和电调，即可实现八旋翼、六旋翼、四旋翼、三旋翼等多种旋翼无人机的动力系统模拟。

所述主控模块包括飞行控制器、电池、电流计、图传、数传，所述飞行控制器分别与电池、电流计、图传、数传连接，其通过参数变化，模拟设置飞行控制器的参数故障；所述电池对应设置有一个检测口，通过该检测口后部的继电器断开与闭合，用于模拟无人机电源的故障；所述电流计与电池连接，所述电流计对应设置有一个检测口，通过该检测口后部的继电器断开与闭合，用于模拟飞行控制器的供电故障；所述图传对应设置有两个检测口，第一检测口通过后部的继电器断开与闭合模拟图传供电故障，第二检测口通过后部的继电器断开与闭合模拟图像传输故障；所述数传对应设置有一个检测口，通过该检测口后部的继电器断开与闭合，用于模拟数传的供电故障。

所述控制器包括下位机，所述下位机与各继电器连接，通过下位机接收上位机指令后控制相应的继电器断开或闭合。各继电器均安装在所述操作面板背面，每一个继电器对应的操作面板位置处设置检测口，通过检测口可采用短线连接的方式检测该检测口对应的继电器的断开或闭合状态，每个继电器的开合，可实现一个无人机系统故障点的设置、检测与排除。

所述操作面板上还设置有任务载荷模块，所述任务载荷模块包括照明模块、航拍模块、物流模块和拓展模块，所述照明模块包括一个照明灯，对应照明灯设置有两个检测口，每个检测口后部均设置有一个继电器，通过两个检测口后部的继电器的断开与闭合，分别模拟照明灯的供电故障与控制故障；所述航拍模块包括云台与相机，对应云台设置有三个检测口、对应相机设置有一个检测口，所述云台的三个检测口分别通过继电器的断开与闭合模拟云台的供电控制故障、横滚控制故障和俯仰控制故障，所述相机的检测口通过继电器的断开与闭合模拟相机的快门控制故障；所述物流模块包括舵机和机械爪，对应物流模块设置有一个检测口，该检测口通过后部继电器的断开与闭合模拟机械爪的供电故障；所述拓展模块供用户根据实际需求搭载其他载荷设备。

所述上位机搭载有无人机故障模拟仿真系统，所述无人机故障模拟仿真系统由故障列表、动画库、消息收发模块、验证模块和用户角色模块组成，所述故障列表用于显示故障类型的明细；所述动画库存放无人机的正常飞行姿态动画以及对应每一种故障类型下的无人机姿态动画，在上位机接收相应指令后在所述显示屏上播放某一个动画；所述消息收发模块实现上位机、下位机、验证模块的信息发送与接收，所述验证模块完成初始继电器状态信息与用户排障操作后的继电器状态信息的对比，以判断无人机故障是否排除。所述用户角色模块包括管理员、裁判和选手三种模式，管理员模式用于人员信息管理、试卷管理、动画库、成绩管理，裁判模式进行试卷管理、动画库查看、成绩查看，选手模式通过个人登录后参与系统考试。

根据本发明的无人机故障模拟仿真系统，用户角色模块根据显示屏所显示的无人机姿态动画进行无人机故障类型的判断，然后在操作面板上检测与故障类型对应的继电器的状态，并通过各继电器的状态改变来进行故障排除，之后由所述验证模块判断故障排除是否正确等信息

本发明技术方案的优点在于：

1、可进行不同旋翼数量的无人机系统结构的演示、教学及故障考核，可进行多种类型载荷系统的结构演示、教学及故障考核；使用软件设置故障，题库数量可大为扩充，组卷更自由；系统自动检验排故结果，评判更迅速；系统能记录排故结果，成绩可保存；题库题目设置基于《无人机装调检修工国家职业技能标准》，与职业标准高度契合，可用于技能鉴定。

2、此实训平台搭载仿真系统，通过局域网实现通讯与控制，可在仿真系统中设置题目，通过使用测试测量仪器和设备，能够快速查出故障点，并对无人机故障点采取线路恢复、设备更换、参数调整等操作，快速恢复无人机性能。本设备可以帮助无人机技能人才快速高效的掌握多旋翼无人机常见故障的认知与识别。掌握无人机本体常见故障的处理技巧、掌握无人机常见挂载设备故障的处理技巧，充分提高学生的实践应用能力。

附图说明

图1是本发明实训平台的整体结构示意图；

图2是本发明实训平台的操作面板正视图；

图3是本发明实训平台的检测口结构示意图；

图中：1、嵌入式工业触控屏，2、无人机动力系统模块，3、无人机电气原理图，4、主控模块，5、照明模块，6、航拍模块，7、物流模块，8、拓展模块，9、上游测口，10、下游测口，11、连通插口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

参见图1、图2，图1是本发明实训平台的整体结构示意图，图2是本发明实训平台的操作面板正视图；下面结合图1-2对本发明的用于无人机检修训练的实训平台进一步介绍如下，包括平台柜体、上位机、操作面板、控制器，所述操作面板设置在平台柜体上，其包括主控模块4、无人机动力系统模块2、任务载荷模块和显示屏，所述显示屏与安装在平台柜体内部的上位机配合，向用户实时显示信息，图2所示出的实施例中，所述显示屏选择为嵌入式工业触控屏1，用户可通过嵌入式工业触控屏1直接向上位机输入操作指令，在其他实施方式中，所述显示屏可选择为普通液晶显示屏，同时在所述平台柜体上设置键盘，所述键盘与上位机连接，以供用户向上位机输入操作指令，所述上位机可采用计算机。

所述无人机动力系统模块2位于操作面板中部，其采用八旋翼无人机面板布局，在每一个旋翼位置处均可以设置电机和电调，用户根据实际使用需求，通过在不同旋翼位置布置电机和电调，即可实现八旋翼、六旋翼、四旋翼、三旋翼等多种旋翼无人机的动力系统模拟。在每一个旋翼位置处设置有三个检测口，每个检测口后部均设置有一个继电器，三个检测口分别通过继电器的断开与闭合模拟电机的供电故障、电调的供电故障和电气线序故障。

所述主控模块4包括飞行控制器、电池、电流计、图传、数传，所述飞行控制器分别与电池、电流计、图传、数传连接，其通过上位机控制参数变化，模拟设置飞行控制器的参数故障；所述电池对应设置有一个检测口，通过该检测口后部的继电器断开与闭合，用于模拟无人机电源的故障；所述电流计与电池连接，所述电流计对应设置有一个检测口，通过该检测口后部的继电器断开与闭合，用于模拟飞行控制器的供电故障；所述图传对应设置有两个检测口，第一检测口通过后部的继电器断开与闭合模拟图传供电故障，第二检测口通过后部的继电器断开与闭合模拟图像传输故障；所述数传对应设置有一个检测口，通过该检测口后部的继电器断开与闭合，可模拟数传的供电故障。

所述任务载荷模块包括照明模块5、航拍模块6、物流模块7和拓展模块8，所述照明模块5包括一个照明灯，对应照明灯设置有两个检测口，每个检测口后部均设置有一个继电器，通过两个检测口后部的继电器的断开与闭合，分别模拟照明灯的供电故障与控制故障；所述航拍模块6包括云台与相机，对应云台设置有三个检测口、对应相机设置有一个检测口，所述云台的三个检测口分别通过继电器的断开与闭合模拟云台的供电控制故障、横滚控制故障和俯仰控制故障，所述相机的检测口通过继电器的断开与闭合模拟相机的快门控制故障；所述物流模块7包括舵机和机械爪，对应物流模块设置有一个检测口，该检测口通过后部继电器的断开与闭合模拟机械爪的供电故障；所述拓展模块8供用户根据实际需求搭载其他载荷设备。

所述控制器包括下位机，所述下位机与各继电器连接，通过下位机接收上位机指令后控制相应的继电器断开或闭合，具体的，各继电器均安装在所述操作面板背面，每一个继电器对应的操作面板位置处设置检测口，通过检测口可采用短线连接的方式检测该检测口对应的继电器的断开或闭合状态，优选的，采用插拔的方式实现短线与检测口的连接或断开。下位机位于平台内部，通过GPIO方式与继电器相连接，依托PCB板，将NUCLEO-F767ZL开发板功能引脚引出，并对控制继电器的GPIO引脚进行分区。通过MQTT通讯协议，实现实时接收上位机的MQTT消息，解析消息内容、生成指令、发送GPIO高低电平指令触发继电器状态。继电器位于操作面板背部，依托PCB底板，四个单独继电器作为一组，通过控制线接收下位机GPIO口的高低电平信号，触发继电器状态。每个继电器的开合，可实现一个无人机系统故障点的设置、检测与排除。参见图3，是本发明实训平台的检测口结构示意图，每一个检测口均由上游测口9、下游测口10、连通插口11组成，所述上游测口9供用户采用电压表或万能表等工具检测继电器上游电压状态，所述下游测口10供用户采用电压表或万能表等工具检测继电器下游电压状态，通过上下游测口的状态判断与该检测口对应的继电器的断开或闭合状态，当用户需要闭合该继电器时，通过短线或其他连接件插入在连通插口11内将其导通，以恢复继电器的闭合状态，优选的，可采用U型插件插入连通插口11内，插拔式连接方式实现结构简洁的快速导通功能。

参见图2，所述操作面板上还印制有无人机电气原理图3，供用户方便的了解各模块的电路连接关系，在空间布局上，所述无人机动力系统模块2设置在操作面板中间，所述任务载荷模块分布在无人机动力系统模块2的左侧，所述照明模块5、航拍模块6、物流模块7和拓展模块8四个模块从上至下依次设置；所述嵌入式工业触控屏1设置在操作面板右上角且位于无人机电气原理图3上部，所述主控模块4设置在操作面板右下角且位于无人机电气原理图3下部。

本发明的实训平台可以通过显示屏显示无人机状态动画的方式与用户实时交流信息，具体的，所述上位机搭载有无人机故障模拟仿真系统，所述无人机故障模拟仿真系统由故障列表、动画库、消息收发模块、验证模块和用户角色模块组成，所述故障列表用于显示故障类型的明细，其包含上述通过继电器断开与闭合模拟的所有故障类型，通过用户角色模块可从故障列表中选取部分故障类型组成测试的试卷；所述动画库存放无人机的正常飞行姿态动画以及对应每一种故障下的无人机姿态动画，所述动画通过数字建模与仿真等技术进行一一构建，然后存放在动画库中，以在上位机接收相应指令后在所述显示屏上播放某一个动画；所述消息收发模块实现上位机、下位机、验证模块的信息发送与接收，根据本发明的无人机故障模拟仿真系统，用户角色模块根据显示屏所显示的无人机姿态动画进行无人机故障类型的判断，当故障类型属于飞控故障时，需要用户在上位机输入指令改变飞行控制器的参数以模拟排除故障，而其他故障类型，用户判断后在操作面板上检测与故障类型对应的继电器的状态，并通过各继电器的状态改变来进行故障排除，之后由所述验证模块判断故障排除是否正确等信息，在具体执行中，消息收发模块将上位机指令发送至下位机，以及接收下位机反馈回的继电器状态信息，并将该继电器状态信息发送至验证模块，所述验证模块完成初始继电器状态信息与用户排障操作后的继电器状态信息的对比，以判断无人机故障是否排除，然后将故障排除状态的确认信息反馈回所述消息收发模块。

所述用户角色模块包括管理员、裁判和选手三种模式，管理员模式用于人员信息管理、试卷管理、动画库、成绩管理等，裁判模式可进行试卷管理、动画库查看、成绩查看等，选手模式可进行个人登录、系统考试等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于无人机检修训练的实训平台，其特征在于，包括平台柜体、上位机和控制器，平台柜体上还设置有操作面板；

所述操作面板包括主控模块、无人机动力系统模块和显示屏，所述显示屏与安装在平台柜体内部的上位机配合，用于实时显示信息；所述无人机动力系统模块设置有呈圆周阵列式分布的多个旋翼位置，在每一个旋翼位置处均可以安装电机和电调，且在每一个旋翼位置处设置有三个检测口，对应每个检测口均设置有一个继电器，三个检测口分别通过继电器的断开与闭合模拟电机的供电故障、电调的供电故障和电气线序故障；

所述主控模块包括飞行控制器、电池、电流计、图传、数传，所述飞行控制器分别与电池、电流计、图传、数传连接，其通过参数变化，模拟设置飞行控制器的参数故障；所述电池对应设置有一个检测口，通过该检测口后部的继电器断开与闭合，用于模拟无人机电源的故障；所述电流计与电池连接，所述电流计对应设置有一个检测口，通过该检测口后部的继电器断开与闭合，用于模拟飞行控制器的供电故障；所述图传对应设置有两个检测口，第一检测口通过后部的继电器断开与闭合模拟图传供电故障，第二检测口通过后部的继电器断开与闭合模拟图像传输故障；所述数传对应设置有一个检测口，通过该检测口后部的继电器断开与闭合，用于模拟数传的供电故障；

所述控制器包括下位机，所述下位机与各继电器连接，通过下位机接收上位机指令后控制相应的继电器断开或闭合；

所述检测口均由上游测口、下游测口和连通插口组成，所述上游测口和下游测口配合确定与检测口对应的继电器的状态，所述连通插口供连接件插入以导通继电器；

所述上位机搭载有无人机故障模拟仿真系统，所述无人机故障模拟仿真系统由故障列表、动画库、消息收发模块、验证模块和用户角色模块组成，所述故障列表用于显示故障类型的明细；所述动画库存放无人机的正常飞行姿态动画以及对应每一种故障类型下的无人机姿态动画，在上位机接收相应指令后在所述显示屏上播放某一个动画；所述消息收发模块实现上位机、下位机、验证模块的信息发送与接收，所述验证模块完成初始继电器状态信息与用户排障操作后的继电器状态信息的对比，以判断无人机故障是否排除。

2.根据权利要求1所述的实训平台，其特征还在于，所述无人机动力系统模块共包括八个旋翼位置，通过在不同旋翼位置布置电机和电调，实现多种旋翼无人机的动力系统模拟。

3.根据权利要求1所述的实训平台，其特征还在于，所述显示屏为嵌入式工业触控屏，通过嵌入式工业触控屏向所述上位机输入指令信息。

4.根据权利要求1所述的实训平台，其特征还在于，所述操作面板上还设置有任务载荷模块，所述任务载荷模块包括照明模块、航拍模块、物流模块，所述照明模块包括一个照明灯，对应照明灯设置有两个检测口，每个检测口后部均设置有一个继电器，通过两个检测口后部的继电器的断开与闭合，分别模拟照明灯的供电故障与控制故障；所述航拍模块包括云台与相机，对应云台设置有三个检测口、对应相机设置有一个检测口，所述云台的三个检测口分别通过继电器的断开与闭合模拟云台的供电控制故障、横滚控制故障和俯仰控制故障，所述相机的检测口通过继电器的断开与闭合模拟相机的快门控制故障；所述物流模块包括舵机和机械爪，对应物流模块设置有一个检测口，该检测口通过后部继电器的断开与闭合模拟机械爪的供电故障。

5.根据权利要求4所述的实训平台，其特征还在于，所述任务载荷模块还包括拓展模块，所述拓展模块供用户根据实际需求搭载其他载荷设备。

6.根据权利要求1所述的实训平台，其特征还在于，所述连接件为U型插件，所述U型插件与所述连通插口插拔式配合。

7.根据权利要求1所述的实训平台，其特征还在于，所述用户角色模块包括管理员、裁判和选手三种模式，管理员模式用于人员信息管理、试卷管理、动画库、成绩管理，裁判模式进行试卷管理、动画库查看、成绩查看，选手模式通过个人登录后参与系统考试。