垂直起降無人機四通道運動機構(gòu)及飛行測試訓練系統(tǒng)技術方案

本發(fā)明專利技術涉及無人機技術領域，尤其涉及一種垂直起降無人機四通道運動機構(gòu)，包括底座、支撐桿、連接塊、橫桿、配重塊、三軸運動機構(gòu)、無人機安裝架；所述支撐桿的下部與所述底座之間通過旋轉(zhuǎn)軸承連接；所述連接塊通過單軸軸承與所述橫桿的中后部連接，所述橫桿的后部與所述配重塊連接，所述橫桿的前部與所述三軸運動機構(gòu)連接，所述三軸運動機構(gòu)的下部與所述無人機安裝架連接。本裝置提供了安全的無人機測試環(huán)境，保障了測試人員的安全問題；通過運動結(jié)構(gòu)設計，實現(xiàn)飛機六自由度運動，提供了安全的飛行訓練環(huán)境，使訓練不受環(huán)境、場地、時間等限制，提高培訓效率。

Four channel movement mechanism and flight test training system for vertical takeoff and landing UAV

The present invention relates to the field of UAV technology, especially relates to a VTOL UAV four channel motion mechanism, which comprises a base, a supporting rod, a connecting block, bar, counterweight, three axis motion mechanism, the UAV installation frame; between the lower part of the supporting rod and the base are connected through the connecting rotating bearing; block by single shaft bearing and the rear connecting bar, rear of the rail and the counterweight connected, connecting the three axis motion mechanism in front of the rail and the UAV installation frame connected with the lower part of the three axis motion mechanism and the. The utility model provides a UAV test environment safety, ensuring the safety of testing personnel; through the movement of aircraft structure design, six degrees of freedom movement, providing a safe flight training environment, the training is not affected by the environment, space and time constraints, improve training efficiency.

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
垂直起降無人機四通道運動機構(gòu)及飛行測試訓練系統(tǒng)
本專利技術涉及無人機
，尤其涉及一種垂直起降無人機四通道運動機構(gòu)及飛行測試訓練系統(tǒng)。
技術介紹
無人駕駛飛行器簡稱“無人機”，指通過無線電信號控制的無人駕駛飛行器，包括：無人機(UVA)、遙控飛行器(RPV)和無人靶機。其中垂直起降無人機是其中重要分支，主要包括：無人機直升機和多旋翼無人機。垂直起降型憑借其起降方式靈活、可以懸停與倒飛，發(fā)射回收方便等優(yōu)點，在航拍、測繪、植保、災后搜救、數(shù)據(jù)采集等領域廣泛應用。我國的無人機發(fā)展速度極快，無論在軍事領域還是在民用領域都有大量人才需求，據(jù)初步估算，至2018年需要的無人機操作維護等人員可達20萬人。近幾年來，我國一些職業(yè)院校陸續(xù)開設課無人機應用技術專業(yè)，培養(yǎng)無人機操控等技術人員。同時全國已有40多家AOPA的培訓機構(gòu)，開展無人機培訓。如何保證學員在學習無人機組裝調(diào)試與飛行訓練過程中的安全這是首要問題。另外降低設備測試損耗，節(jié)約培訓成本也成為大家研究的熱點。截止目前學員組裝后的無人機并沒有一種安全的測試平臺，而采用直接靠操控者試飛測試，危險系數(shù)高。而學習操控技術過程中，主要為模擬飛行軟件與實際飛行訓練兩個環(huán)節(jié)，但是模擬真機與模擬飛行之間還是有很大差異，學員在開始飛行真機時會出現(xiàn)對外界干擾處理能力差，起飛與降落過程中容易出現(xiàn)摔機事故。總結(jié)來看大部分教學與訓練會有以下缺點：1、由安裝與調(diào)試過程中的錯失，直接試飛，容易出現(xiàn)輸出力矩錯誤而造成炸機、失控等危險狀況，存在巨大安全隱患；2、試飛過程中如果操縱補救不利，容易造成機體損壞嚴重，測試成本高；3、試飛所需場地要求高；4、人工試飛沒有準確的數(shù)據(jù)反饋，造成調(diào)試難度大，周期長，時間成本高；5、容易受天氣、風速、溫度等氣候的影響；6、教員帶飛，存在學員易產(chǎn)生依賴，訓練效率低等問題；7、在飛行員訓練過程中只能通過教員依據(jù)經(jīng)驗進行評價，沒有數(shù)據(jù)依據(jù)，無法給學院直觀的指導意見。經(jīng)查詢有以下三項專利申請所涉及設備在無人機飛行姿態(tài)及相關參數(shù)測試方面開展了相關工作，但國內(nèi)外均未見能夠?qū)o人機四通道進行運動檢測及控制參數(shù)分析的綜合測試裝置的研究與應用先例。申請?zhí)?01610227425.5的專利技術專利《一種無人機測試裝置及方法》實現(xiàn)通過牽引線將無人機試飛實驗所需的空間控制在一定范圍內(nèi)，以提高無人機試飛實驗的安全性，避免無人機由于意外因素飛出許可范圍時，對無人機及其周圍人員財產(chǎn)造成損傷。該專利僅實現(xiàn)控制無人機的飛行范圍，并不能避免無人機測試過程中側(cè)翻、摔下造成的傷害，另外該測試平臺無法提供無人機飛行的各軸參數(shù)。專利申請?zhí)?01610586361.8的專利技術專利《一種垂直起降無人機飛行姿態(tài)測試平臺》，目的在于提供一種完成研發(fā)或組裝后的飛行姿態(tài)及飛行異常檢測的垂直起降無人機飛行姿態(tài)測試平臺,該平臺能夠在無人機真正起飛前對記錄飛行姿態(tài)和查看飛行器的異常反饋從而減少研發(fā)測試成本，提高研發(fā)測試效率。但是該平臺只能提供兩個通道的姿態(tài)控制及角度數(shù)據(jù)分析，無法實現(xiàn)航向與油門通道的運動與檢測。專利申請?zhí)?01620361736.6的專利技術專利《一種多旋翼無人機測試平臺》描述了一種兼容四、六、八軸多旋翼無人機的測試平臺，軸距可以根據(jù)機型自由調(diào)整，每個機臂均可測量力的大小，數(shù)據(jù)量化圖像化，實施傳回電腦或手機，調(diào)參測試有依據(jù)；上位機能夠無限遠程記錄、分析各軸升力，整機姿態(tài)、電機起止時間、振動情況，并能按照要求自動生成測試報表。但是該平臺根據(jù)測試不同機型需選用不同橫向測試機構(gòu)且僅能提供兩通道的姿態(tài)控制，無法實現(xiàn)航向與油門通道的運動與檢測。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術針對現(xiàn)有設計中存在的機械結(jié)構(gòu)限制及各通道數(shù)據(jù)監(jiān)測與分析模塊功能不足，而提供一種垂直起降無人機四通道運動機構(gòu)及飛行測試訓練系統(tǒng)。本專利技術為實現(xiàn)上述目的，采用以下技術方案：一種垂直起降無人機四通道運動機構(gòu)，其特征在于:包括底座、支撐桿、連接塊、橫桿、配重塊、三軸運動機構(gòu)、無人機安裝架；所述支撐桿的下部與所述底座之間通過旋轉(zhuǎn)軸承連接；所述連接塊通過單軸軸承與所述橫桿的中后部連接，所述橫桿的后部與所述配重塊連接，所述橫桿的前部與所述三軸運動機構(gòu)連接，所述三軸運動機構(gòu)的下部與所述無人機安裝架連接。優(yōu)選地，所述三軸運動機構(gòu)包括U形架、第一立桿、第一橫桿、第二立桿、第二橫桿；所述U形架的上部通過轉(zhuǎn)軸與所述橫桿的前部連接，所述第一立桿的頂部與所述U形架的底部垂直固定，所述第一立桿的下部安裝有第一軸承，所述第一橫桿的左端與所述第一軸承連接，所述第一橫桿的右端安裝有第二軸承，所述第二立桿的頂端與所述第二軸承連接，所述第二立桿的下端安裝有第三軸承，所述第二橫桿的右端與所述第三軸承連接，所述第二橫桿的左端與所述無人機安裝架固定。優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)軸承、單軸軸承、第一軸承、第二軸承、第三軸承上分別安裝有編碼器。優(yōu)選地，所述底座的底部安裝有配重。一種垂直起降無人機飛行測試訓練系統(tǒng)，其特征在于：包括四通道運動機構(gòu)、四通道檢測裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線傳輸模塊以及數(shù)據(jù)處理與分析模塊；所述運動機構(gòu)包括底座、支撐桿、連接塊、橫桿、配重塊、三軸運動機構(gòu)、無人機安裝架；所述支撐桿的下部與所述底座之間通過旋轉(zhuǎn)軸承連接；所述連接塊通過單軸軸承與所述橫桿的中后部連接，所述橫桿的后部與所述配重塊連接，所述橫桿的前部與所述三軸運動機構(gòu)連接，所述三軸運動機構(gòu)的下部與所述無人機安裝架連接；所述三軸運動機構(gòu)包括U形架、第一立桿、第一橫桿、第二立桿、第二橫桿；所述U形架的上部通過轉(zhuǎn)軸與所述橫桿的前部連接，所述第一立桿的頂部與所述U形架的底部垂直固定，所述第一立桿的下部安裝有第一軸承，所述第一橫桿的左端與所述第一軸承連接，所述第一橫桿的右端安裝有第二軸承，所述第二立桿的頂端與所述第二軸承連接，所述第二立桿的下端安裝有第三軸承，所述第二橫桿的右端與所述第三軸承連接，所述第二橫桿的左端與所述無人機安裝架固定；所述四通道檢測裝置包括旋轉(zhuǎn)軸承、單軸軸承、第一軸承、第二軸承、第三軸承上分別安裝有編碼器；所述數(shù)據(jù)采集模塊采用arduino單片機將每個編碼器相應位置的角位移和角速度通過所述無線傳輸模塊輸送至數(shù)據(jù)監(jiān)控與分析模塊；所述數(shù)據(jù)處理與分析模塊包括數(shù)據(jù)處理單元與數(shù)據(jù)分析單元兩部分算法構(gòu)成，首先由數(shù)據(jù)處理單元將連接塊8處的檢測裝置測得的角位移與角速度信息轉(zhuǎn)換為高度與垂直速度信息，同時與姿態(tài)信息包括俯仰、滾裝、航向通道的角速度與角位移通過濾波處理，發(fā)送至數(shù)據(jù)分析單元，數(shù)據(jù)處理單元需將接收機接收來自遙控器的四通道PWM信號處理為數(shù)值信號也發(fā)送至數(shù)據(jù)分析單元；根據(jù)主機界面上的模式選擇，如設備工作在無人機測試模式，則數(shù)據(jù)分析單元將數(shù)據(jù)處理后的兩組數(shù)據(jù)通過性能測試系統(tǒng)PTS(PerformanceTestSystem)軟件，檢測飛控的加速度計與磁羅盤是否校準正確，檢測各通道控制效果，并提出各通道PID參數(shù)修改建議。如設備工作在飛行訓練模式，則數(shù)據(jù)分析單元啟動飛行測試系統(tǒng)FTS(FlightTrainingSystem)軟件，通過兩組輸入輸出，對飛行員操控評測。優(yōu)選地，所述該設備可以切換至無人機系統(tǒng)測試模式，通過性能測試系統(tǒng)PTS(PerformanceTestSystem)可以實現(xiàn)包括加速度計校準、磁羅盤校準、俯仰控制通道測試、橫滾控制通道測本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種垂直起降無人機四通道運動機構(gòu)，其特征在于:包括底座、支撐桿、連接塊、橫桿、配重塊、三軸運動機構(gòu)、無人機安裝架；所述支撐桿的下部與所述底座之間通過旋轉(zhuǎn)軸承連接；所述連接塊通過單軸軸承與所述橫桿的中后部連接，所述橫桿的后部與所述配重塊連接，所述橫桿的前部與所述三軸運動機構(gòu)連接，所述三軸運動機構(gòu)的下部與所述無人機安裝架連接。

【技術特征摘要】
1.一種垂直起降無人機四通道運動機構(gòu)，其特征在于:包括底座、支撐桿、連接塊、橫桿、配重塊、三軸運動機構(gòu)、無人機安裝架；所述支撐桿的下部與所述底座之間通過旋轉(zhuǎn)軸承連接；所述連接塊通過單軸軸承與所述橫桿的中后部連接，所述橫桿的后部與所述配重塊連接，所述橫桿的前部與所述三軸運動機構(gòu)連接，所述三軸運動機構(gòu)的下部與所述無人機安裝架連接。2.根據(jù)權利要求1所述的垂直起降無人機四通道運動機構(gòu)，其特征在于:所述三軸運動機構(gòu)包括U形架、第一立桿、第一橫桿、第二立桿、第二橫桿；所述U形架的上部通過轉(zhuǎn)軸與所述橫桿的前部連接，所述第一立桿的頂部與所述U形架的底部垂直固定，所述第一立桿的下部安裝有第一軸承，所述第一橫桿的左端與所述第一軸承連接，所述第一橫桿的右端安裝有第二軸承，所述第二立桿的頂端與所述第二軸承連接，所述第二立桿的下端安裝有第三軸承，所述第二橫桿的右端與所述第三軸承連接，所述第二橫桿的左端與所述無人機安裝架固定。3.根據(jù)權利要求1或2所述的垂直起降無人機垂直起降無人機四通道運動機構(gòu)，其特征在于:所述旋轉(zhuǎn)軸承、單軸軸承、第一軸承、第二軸承、第三軸承上分別安裝有編碼器。4.根據(jù)權利要求1所述的垂直起降無人機垂直起降無人機四通道運動機構(gòu)，其特征在于:所述底座的底部安裝有配重。5.一種垂直起降無人機飛行測試訓練系統(tǒng)，其特征在于：包括四通道運動機構(gòu)、四通道檢測裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線傳輸模塊以及數(shù)據(jù)處理與分析模塊；所述運動機構(gòu)包括底座、支撐桿、連接塊、橫桿、配重塊、三軸運動機構(gòu)、無人機安裝架；所述支撐桿的下部與所述底座之間通過旋轉(zhuǎn)軸承連接；所述連接塊通過單軸軸承與所述橫桿的中后部連接，所述橫桿的后部與所述配重塊連接，所述橫桿的前部與所述三軸運動機構(gòu)連接，所述三軸運動機構(gòu)的下部與所述無人機安裝架連接；所述三軸運動機構(gòu)包括U形架、第一立桿、第一橫桿、第二立桿、第二橫桿；所述U形架的上部通過轉(zhuǎn)軸與所述橫桿的前部連接，所述第一立桿的頂部與所述U形架的底部垂直固定，所述第一立桿的下部安裝有第一軸承，所述第一橫桿的左端...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：趙昌麗，
申請(專利權)人：天津中德應用技術大學，
類型：發(fā)明
國別省市：天津,12