CN204979272U - 一种易拆卸式多旋翼飞行器精确调试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种易拆卸式多旋翼飞行器精确调试装置，用于为多旋翼无人机飞控系统的参数调试提供一个稳定精确的调试平台。同时保证了平台方便拆卸的特性，便于多旋翼飞行器爱好者及研究人员对飞行控制系统的参数进行调试。该发明基于刚体运动学原理和微小误差放大的原理，包括一个支撑框架、调试平台以及一对防撞杆，通过机械结构限制多旋翼无人机运动时的自由度和防撞杆精确反映偏差情况，使得能够单次精确调试俯仰、横滚或偏航的参数。通过观察装置所反映的偏差情况，研究人员能够检验新型控制算法的稳定性并且能够及时调整飞行器控制系统的参数，减少运动偏差。本实用新型能够减少因飞控系统参数问题带来的财产损失，促进了无人机研究的发展。

Description

一种易拆卸式多旋翼飞行器精确调试装置

所属技术领域

本实用新型专利涉及一种易拆卸的精确调节多旋翼飞行器飞控参数的装置，尤其是能用于精确调节多旋翼飞行器的机械平衡点和多旋翼飞行器普遍采用算法中的参数。本专利属于航空技术和机械领域，具体涉及一种多旋翼飞行器的参数调节及保护装置。

背景技术

目前，多旋翼飞行器在军事和民用领域得到了广泛的应用，如多旋翼航拍无人机、用于巡航的多旋翼飞行器等等。多旋翼飞行器的机械平衡点是指能够使多旋翼飞行器在静止状态下重心处于中线上的一种机械状态。多旋翼飞行器的参数是指飞行器使用PID算法（或类似算法）中的闭环控制系统中的比例、积分和微分控制参数（或类似参数）。

而目前多旋翼飞行器的机械平衡点和参数主要调试方法有：遥控器试飞、系在棍子上调试和使用云台进行调试。

（1）用遥控器试飞。由于开始时多旋翼飞行器的机械平衡点不在中心而且参数不确定，导致开始时多旋翼飞行器的飞行路线不确定。这种方法容易损坏飞行器的机架和浆，并且有可能损坏其他物体甚至伤害人。

（2）系在棍子上调试。单独的木棍不稳定而且不便于调整多旋翼飞行器的机械平衡点。

（3）使用云台进行调试。云台调试由于在实际操作中无法稳定地固定两个自由度，不便于分别调节横滚和俯仰的参数。且云台调节时很难用肉眼直接观察出偏斜程度，不便于精确的调节。而飞行器在实际飞行中对飞行角度要求较高，如果出现角度的偏差会对飞行的稳定性产生较大影响。

综上所述，在多旋翼飞行器调试方面，目前没有一个特定的机构能够稳定地实现机械平衡点和参数可靠精准的调试。同时，目前的调试装置会给多旋翼飞控参数带来较大的误差，会使多旋翼飞行器在飞行时不稳定甚至坠毁。

发明内容

本发明旨在为研究人员及广大航模爱好者提供一种装置，能够在保证人员安全和多旋翼飞行器安全的情况下更好更精准地调节多旋翼飞行器的参数，使多旋翼飞行器能够安全平稳地飞行，由此促进无人机事业的发展。

本实用新型专利解决其技术问题所采用的技术方案是：使用PVC管材及连接结构做支撑架，支撑架分为两部分，分别为支撑部分和运动部分。支撑部分为管材组成的两个十字交叉形，上面部分装有两个轴承，用于固定调试杆。且上层边框应标有刻度，用于测试下个步骤调试杆偏斜情况。调试杆与固定在支撑架上部分的轴承相配合，配合关系应为过盈配合。调试杆上有用于固定飞行器的平台。平台分为上下两层，中间用可旋转的套筒相连，用于使上方平台旋转，测试不同方向的机械重心和算法参数。上层应有螺杆和螺母和下层连接，用于固定旋转平台，而多旋翼飞行器用扎带或其他方法固定在旋转平台上。多旋翼飞行器此时被限制成只有一个自由度。下层和另一段管材相连，此段管材俯视应与调试杆成“十”字结构且与上层支撑架有一定的距离，用于防止出现飞行器因重心不稳而倾覆的情况。由于重心位于杆上即与平台固定在一起的飞行器中心时，调试杆不会发生偏斜，因而与调试杆相交用于测试的管材应处于相同的刻度，将平台旋转90度（或其它角度）可用同样方法测得机械中心。而将遥控器油门打到最大，根据调试杆左右摇摆的幅度即可反映算法参数的适合程度，从而给调试PID值（或其他参数）提供依据，使飞行器达到合适的参数。将平台旋转90度（或其它角度）可用同样方法反映另一边的参数。

本实用新型专利产生的有益效果是：1、调试装置稳定轻便且占空间小，解决了多旋翼飞行器在调试时不能稳定固定且易发生倾覆和损坏，甚至是伤及调试人员的问题。2、调试装置使用将微小问题放大处理的思路，用十字交叉的平衡杆的摇摆程度来反映多旋翼无人机的不稳定程度，反映问题更加清晰直观。3、调试装置使用轴承作为支撑调试杆和旋转的机构，使调试更加稳定、精确。4、调试装置使用PVC管材制作，结构简单价格低廉且便于组装、拆卸和运输，适合多次使用。5、多旋翼飞行器使用双层结构固定在调试平台上，适用机架种类多，有广泛的适应性。

附图说明

图1为本发明的整体效果图；

图2为本发明的整体结构拆解视图；

图3为主要翻转调试模块的局部拆解视图的斜上方视图；

图4为主要翻转调试模块的局部拆解视图的斜下方视图；

图5为主要翻转调试模块的局部拆解视图的主视图；

图6为翻转支撑模块的局部拆解视图；

图7为调试模块的运动效果图；

图8为调试平台变换方向的运动效果图；

图中：1多旋翼无人机、2平台固定螺母、3调试平台载物部分、4平台固定螺栓、5平稳示意及防翻管、6承重及旋转管、7轴承、8轴承定位支座、9三向三面连接管右、10四向单面连接管、11防翻转管、12带V型凸起的横向支撑管、13垂直连接管、14侧面支撑管、15十字形连接管、16竖向支撑管、17三向三面连接管左、18地面平衡支撑管、19调试平台支撑部分。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

本发明旨在对多旋翼无人机飞控系统参数调节提供一个精确稳定的反映和保护系统，主要通过调节载物平台来实现俯仰、横滚和偏航三个自由度的精确调试。其整体效果及调控装置坐标系如图1所示。

本发明的整体结构如图2所示：多旋翼无人机1通过扎带或胶带与调试平台的载物部分3固定在一起，并保持相对稳定，调试平台载物部分3通过可旋转柱与调试平台支撑部分19（见图5）相连，以实现调试平台载物部分3与调试平台支撑部分19相对旋转运动用于变换多旋翼无人机调试参数的方向，调试平台载物部分3和调试平台支撑部分19在调试俯仰参数时可以通过螺栓4和螺母2相连以固定调试平台载物部分3，在调试航向参数时则不需要固定调试平台载物部分3。调试平台支撑部分19下部分为十字形连接管结构用来连接两段平稳示意及防翻管5及承重及旋转管6。在调试各个方向参数时，平稳示意及防翻管5通过管子水平情况来准确示意平稳情况，当平台与XY面夹角大于40度时，平稳示意及防翻管5会打在防翻转管11上，从而防止因参数的不合适使平台不停旋转。承重及旋转管6用于连接调试平台支撑部分19与两个轴承7，使调试平台支撑部分19能够在多旋翼无人机1的带动下平稳转动，更精确反映无人机飞控系统的参数情况。轴承7嵌套在轴承定位支座8中，其中轴承7与轴承定位支座8间为过盈配合来固定轴承外圈，使其稳定旋转。轴承定位支座8通过V型沟槽与带V型凸起的横向支撑管12连接，V型凸起与V型沟槽配合使轴承定位支座8与带V型凸起的横向支撑管12相固定，以消除轴承定位支座8的旋转位移。带V型凸起的横向支撑管12和竖向支撑管16和侧面支撑管14及垂直连接管13通过四向单面连接管10相连接，四个侧面支撑管14通过十字形连接管15相连接形成四个三角形来共同构成前后面的稳定支撑机构。竖向支撑管16和侧面支撑管14及地面平衡支撑管18通过三向三面连接管左17（三向三面连接管右9）相连接，构成侧面支撑机构。两个地面平衡支撑管18为平行结构，用以实现地面的稳定支撑。

装置整体实现相对于地面稳定的调试装置保证了在调试俯仰或横滚时仅剩一个自由度，在调试偏航参数时剩余两个自由度，实现了多旋翼无人机飞控系统参数的精确调试并保证了无人机及调试者的安全。

本发明对俯仰单自由度的调试工作原理如图7所示（此处为方便观察省去多旋翼无人机1等）。

在调节俯仰单自由度时，多旋翼无人机1通过扎带或胶带与调试平台的载物部分3固定在一起，并保持相对稳定。将调试平台载物部分3和调试平台支撑部分19通过螺栓4和螺母2相连固定。而平稳示意及防翻管5通过管子水平情况来准确示意平稳情况，当平台与XY面夹角大于40度时，平稳示意及防翻管5会打在防翻转管11上，从而防止因参数的不合适使平台不停旋转。当平稳示意及防翻管5稳定在水平位置说明参数适合。可以旋转调试平台支撑部分19来变换调节参数的方向，来实现各个方向参数的调节。

本发明对偏航参数的调试及变换多旋翼无人机调试参数的方向的工作原理如图8所示（此处为方便观察省去多旋翼无人机1等）。

在调节偏航参数时，将多旋翼无人机1通过扎带或胶带与调试平台的载物部分3固定在一起，并保持相对稳定。此时调试平台载物部分3和调试平台支撑部分19不需要通过螺栓4和螺母2相连固定。多旋翼无人机1通过调试平台载物部分3的旋转反映偏航参数情况，当多旋翼无人机1和调试平台载物部分3稳定在一个确定角度时表明偏航参数调节完毕。

在完全调节好多旋翼无人机参数时很容易将管子全部拆卸下，进行保存、运输以便下次使用。

Claims (4)

1.一种易拆卸式多旋翼飞行器精确调试装置，具有反映多旋翼飞行器控制系统参数偏差以便于参数的调试并保护多旋翼飞行器使之在调试时不受损害的功能，其特征在于使用可调节式平台以适应不同种类的多旋翼飞行器。

2.根据权利要求1所述的一种易拆卸式多旋翼飞行器精确调试装置，其特征是使用机械平台限制多旋翼飞行器的五个自由度来反映飞行控制系统的单个参数。

3.根据权利要求1所述的一种易拆卸式多旋翼飞行器精确调试装置，其特征是使用管材来反映不稳定程度并防止飞行器的过分翻转。

4.根据权利要求1所述的一种易拆卸式多旋翼飞行器精确调试装置，其特征是使用PVC管材来组装降低成本并增强了装置的实用性及互换性。