多旋翼飞行器稳定性分析平台制造技术

本发明专利技术涉及一种多旋翼飞行器稳定性分析平台，该分析平台包括底座、球头关节轴承、下滑杆、上滑杆、万向节、飞行器托盘和测力机构；在底座上端面通过球头关节轴承连接下滑杆，在下滑杆的一侧设置可与下滑杆上下相对滑动的上滑杆，上滑杆的顶端通过万向节连接所述飞行器托盘，测力机构通过上滑杆和下滑杆相对滑动时的位置变化测力。本发明专利技术的多旋翼飞行器稳定性分析平台结构简单，搭载实体飞行器后，可以在实验室环境下模拟多旋翼飞行器的真实飞行状态，获取其实际的姿态变化信息，而非纯理论形式的动力学建模，在测试阶段，多旋翼飞行器上的各种姿态传感器可以实时测量飞行器飞行过程中的姿态信息并传输回PC端，测试的结果更接近与真实飞行环境。

Stability analysis platform for multi rotor aircraft

The invention relates to a multi-rotor aircraft stability analysis platform, which comprises a base, a ball-nose joint bearing, a sliding rod, an upper sliding rod, a universal joint, an aircraft tray and a force measuring mechanism; a lower sliding rod is connected by a ball-nose joint bearing at the upper end of the base, and a side of the lower sliding rod is arranged opposite to the upper and lower sliding rod. The top of the upper sliding rod is connected with the aircraft tray through a universal joint, and the force measuring mechanism measures the force by the position change of the upper sliding rod and the lower sliding rod when they slide relative to each other. The multi-rotor aircraft stability analysis platform of the invention has simple structure, and after carrying a solid aircraft, the real flight state of the multi-rotor aircraft can be simulated in the laboratory environment, and the actual attitude change information can be obtained, instead of the pure theoretical dynamic modeling. During the test phase, various kinds of multi-rotor aircraft can be built. The attitude sensor can measure the attitude information of the aircraft in real time and transmit it back to the PC. The test results are closer to the real flight environment.

【技术实现步骤摘要】
多旋翼飞行器稳定性分析平台
本专利技术涉及旋翼类飞行器稳定性测试
，特别涉及一种多旋翼飞行器稳定性分析平台，用于实时测试飞行位姿的稳定性。
技术介绍
无人飞行器(UAV)是指可以实现自主或远距离遥控飞行，且不需要操作人员的飞行动力装置，随着微电子、计算机通信、自主控制等相关技术的深入发展，无人机在民用和军事领域有着更加广泛的应用，诸如监视、营救、地质勘探、电力巡线和物流快递等繁琐危险的任务。多旋翼飞行器作为无人机飞行器中的重要分支，相比较于固定翼飞行器、扑翼飞行器，其具有机动灵活、结构简单、操纵方便、垂直起降、成本低廉以及可执行的任务相对复杂化和多样化的优点，使其能够迅速在世界范围内成为学术、技术研究的热门领域。它主要包括四旋翼、六旋翼、八旋翼等形式，而四旋翼飞行器技术相对开源和成熟的特点，吸引着越来越多的爱好者投身到四旋翼飞行器的研发中。通过对四旋翼飞行器动力学和运动学分析，建立了系统的物理和数学模型，利用各种控制算法设计飞行器控制系统，极大地提升了控制系统的稳定性和多样性，使得四旋翼飞行器的研究取得巨大进展。四旋翼飞行器是一种属于非共轴式碟形、类似于直升机可垂直起降的旋翼式遥控/自主飞行器。与常规旋翼式飞行器相比，分布对称、结构简单紧凑、易于维护、机动性能强，不需要类似于直升机上面的尾桨来抵消反扭矩。因此特别适合在空间比较狭小，人员难以到达的地方展开任务，具有良好的军事、民用前景。目前，在多旋翼飞行器开发测试阶段，因为仿真实验平台的大量缺乏，经常由于复发性故障导致飞行器传感器饱和，使飞行器意外事故频频发生。其次，国家颁布的限制飞行区域、天气影响和远距离数据传输的数据包缺失等问题对室外飞行的限制和影响条件，亟待设计一套操作简便、成本低廉的实验室环境下稳定性测试平台。
技术实现思路
本专利技术提供一种多旋翼飞行器稳定性分析平台，尽可能在实验室环境下真实的呈现多旋翼飞行器的姿态变化信息，以克服室外飞行试验测试程序复杂、测试成本高、测试易导致无人机损坏的技术问题。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：多旋翼飞行器稳定性分析平台，包括底座、球头关节轴承、下滑杆、上滑杆、万向节、飞行器托盘和测力机构；在所述底座上端面通过球头关节轴承连接下滑杆，在所述下滑杆的一侧设置可与下滑杆上下相对滑动的上滑杆，所述上滑杆的顶端通过万向节连接所述飞行器托盘，所述测力机构通过上滑杆和下滑杆相对滑动时的位置变化测力。进一步的，所述球头关节轴承包括与所述底座一体成型的球头座和与下滑杆一体成型的球头。进一步的，在所述下滑杆的上端设置有一个横向的光孔座，所述上滑杆的下端设置有一个横向的光孔座，所述下滑杆和上滑杆互相穿设于彼此的光孔座内并可相对滑动。进一步的，所述测力机构包括测力滑杆和测力计，所述测力滑杆和测力计分别与下滑杆或者上滑杆固定连接，测力滑杆穿设在测力计内并可相对运动。本专利技术的有益效果：本专利技术的多旋翼飞行器稳定性分析平台结构简单，搭载实体飞行器后，可以在实验室环境下模拟多旋翼飞行器的飞行状态，获取其实际的姿态变化信息，而非纯理论形式的动力学建模，在测试阶段，多旋翼飞行器上的各种姿态传感器可以实时测量飞行器飞行过程中的姿态信息并传输回PC端，测试的结果更接近与真实飞行环境。附图说明图1是本专利技术多旋翼飞行器稳定性分析平台的结构示意图；图2是本专利技术多旋翼飞行器控制框图；图3a是飞行实验中传感器测得的横滚角数据曲线；图3b是飞行实验中传感器测得的俯仰角数据曲线；图3c是飞行实验中传感器测得的偏航角数据曲线；图4a是悬停状态下传感器测得的X轴加速度数据曲线；图4b是悬停状态下传感器测得的Y轴加速度数据曲线；图4c是悬停状态下传感器测得的Z轴加速度数据曲线。图中，1-底座，2-球型座，3-球头，4-下滑杆，5-上滑杆，6-万向节，7-飞行器托盘，8-测力计，9-测力滑杆，10-多旋翼飞行器。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面结合附图对本专利技术飞行器稳定性分析平台进行进一步的说明：参见图1所示的一种多旋翼飞行器稳定性分析平台，包括底座1、球头关节轴承、下滑杆4、上滑杆5、万向节6、飞行器托盘7和测力机构；在所述底座1上端面通过球头关节轴承连接下滑杆4，该关节轴承包括与所述底座1一体成型的球头座2和与下滑杆4一体成型的球头3；在所述下滑杆4的一侧设置可与下滑杆4上下相对滑动的上滑杆5，所述上滑杆5的顶端通过可以360°转动的万向节6连接所述飞行器托盘7，飞行器托盘7上安设待测试的多旋翼飞行器10，在待测试的多旋翼飞行器10的几何中心安装了集成姿态传感器的飞行控制板，该飞行控制板与无人机地面站连接。底座1上端面的球头关节轴承与下滑杆4形成X、Y轴的运动，抵消一部分刚性滑杆对飞行器的反作用力，减少系统扰动；采用可以360°转动的万向节6连接飞行器托盘7，飞行器托盘7连接待测试的多旋翼飞行器10，解决多旋翼飞行器10的姿态限制问题，从而增强控制稳定性。在下滑杆4的上端设置有一个横向的光孔座，所述上滑杆5的下端设置有一个横向的光孔座，所述下滑杆4和上滑杆5互相穿设于彼此的光孔座内并可相对滑动。测力机构包括测力滑杆9和测力计8，所述测力滑杆9和测力计8分别与下滑杆4或者上滑杆5固定连接，测力滑杆9穿设在测力计8内并可相对运动。测力机构通过上滑杆5和下滑杆4相对滑动时的位置变化测力。下面对本专利技术飞行器稳定性分析平台在检测过程时，待检测的多旋翼飞行器10系统组成做进步一的介绍：在本专利技术的一个实施例中，选用四旋翼飞行器作为测试对象，四旋翼飞行器的控制框图如图2所示，该四旋翼飞行器控制主要包括微控制器最小系统、动力系统、无线遥控收发系统、供电电池和机载传感器模块。微控制器最小系统是四旋翼飞行器的核心部分，采用STM32F407处理芯片，起数据处理、命令发送与接收、协调控制的作用，可以快速生成PWM信号发送给电子调速器以控制直流无刷电机并反馈直流无刷电机当前的运转状态。无线收发系统用用以接收和发送遥控信号并解码，实现对四旋翼飞行器的手动控制。动力系统为四旋翼飞行器动力来源，主要包括直流无刷电机和双叶螺旋桨；机载传感器模块选用的惯性测量单元具有三轴加速度计、三轴陀螺仪、磁力计、气压计及测力计，可以获取三维线加速度、三维角速度、三维姿态角度信息以及飞行器高度，其优点是成本低廉，动态精度和静态精度相对较高。供电电池确保四旋翼飞行器上每个模块都可以正常的工作。与四旋翼飞行器连接的无人机地面站，PC端利用GUI设计无人机地面站软件，使用串口或者无线设备接收四旋翼飞行器飞行过程中的实时姿态信息，可视化窗口可以显示接收到的信息，如三维方向角Pitch、Roll、Yaw、加速度计信息、气压计信息、磁力计信息以及陀螺仪信息，然后绘制出数据曲线，可以根据需要选择查看对应数据曲线，还可以将数据曲线以文本形式保存，利用Matlab调用文本档案，绘制Matlab曲线图，以便于分析飞行效果和控制精度。其次，利用地面站可以修改算法参数，烧写、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.多旋翼飞行器稳定性分析平台，其特征在于，包括底座(1)、球头关节轴承、下滑杆(4)、上滑杆(5)、万向节(6)、飞行器托盘(7)和测力机构；在所述底座(1)上端面通过球头关节轴承连接下滑杆(4)，在所述下滑杆(4)的一侧设置可与下滑杆(4)上下相对滑动的上滑杆(5)，所述上滑杆(5)的顶端通过万向节(6)连接所述飞行器托盘(7)，所述测力机构通过上滑杆(5)和下滑杆(4)相对滑动时的位置变化测力。

【技术特征摘要】
1.多旋翼飞行器稳定性分析平台，其特征在于，包括底座(1)、球头关节轴承、下滑杆(4)、上滑杆(5)、万向节(6)、飞行器托盘(7)和测力机构；在所述底座(1)上端面通过球头关节轴承连接下滑杆(4)，在所述下滑杆(4)的一侧设置可与下滑杆(4)上下相对滑动的上滑杆(5)，所述上滑杆(5)的顶端通过万向节(6)连接所述飞行器托盘(7)，所述测力机构通过上滑杆(5)和下滑杆(4)相对滑动时的位置变化测力。2.根据权利要求1所述的多旋翼飞行器稳定性分析平台，其特征在于，所述球头关节轴承包括与所述底座(1)一体成型...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹凯，高佳佳，宋晓茹，黄姣茹，杨雪梦，曹牧寒，张航，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61