[发明专利]一种用于飞行器视觉导引着陆算法验证的实验系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞行器地面实验系统，尤其涉及一套用于无人直升机视觉导引着陆算法验证的地面实验系统。

背景技术

飞行器飞行控制实现方式多种多样，基于视觉导引的无人飞行器自主飞行导引与着陆就是其中一种新颖的控制方式。在飞行器导引与着陆过程中，视觉具有无可比拟的优势：将视觉传感器与惯性元件组合成视觉/惯性组合导航系统，利用卡尔曼滤波将视觉测量结果与IMU测量结果进行数据融合，可为飞行器导引着陆控制提供高精度位置姿态估计；基于单目视觉的摄像机运动估计能够为飞行器导引着陆控制提供高精度位置姿态估计值，包括飞行器角速度、线速度、姿态角、以及相对位置（相对于着陆平台）。

无人飞行器由于飞行器平台不用考虑驾驶员安全和舒适问题，有助于结构简化，可采用航模飞行器作为视觉导引着陆设备搭载和算法验证的理想平台，但是由于航模飞行器操纵难度相对较大，一般技术人员一时难以快速上手，无形之中增加了研究人员对于飞行器视觉导引着陆控制算法验证的难度。再有，航模飞行器成本相对还是比较贵，一旦控制不当所造成的经济损失也不小，如能用地面模拟实验设备来仿真无人飞行器在空中的运动变化，必将大大减小实验风险，降低技术人员的操作难度，有助于研究的顺利进行。

一般处理方式可以采用4轮小车作为视觉导引着陆设备搭载和算法验证的平台。这种小车能通过改变前轮方向来实现转向，但不具备横向移动能力，这对于无人飞行器视觉导引着陆设备搭载和算法验证平台是一项重大缺陷。同时，无人飞行器在空中还具有姿态运动变化特征，传统小车无法再现无人飞行器的姿态运动变化，不利于地面模拟验证无人飞行器视觉导引着陆技术的理论研究成果。

发明内容

针对飞行器视觉导引着陆算法验证研究中存在的问题，本发明的目的是提供一种飞行器视觉导引着陆算法验证的地面实验系统，利用本系统可以验证视觉图像处理算法和基于视觉图像的飞行器导引着陆算法，模拟飞行器在空中的飞行运动轨迹，再现飞行器姿态变化或者自动倾斜器操纵面的变化情况，可以大大降低研究成本与风险，缩短研究周期，提高研究精度。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种飞行器视觉导引着陆算法验证的地面实验系统，包括运动驱动平台以及设置在运动驱动平台上的主轴，在所述的运动驱动平台上设置有电池和电子设备，在所述的运动驱动平台下端设置有轨迹与航向运动驱动组件，在主轴上设置有摄像机，在所述的主轴上套设有一倾转平台，该倾转平台与主轴之间球形铰连接，在倾转平台的下端设置有姿态运动驱动组件。

所述的球形铰为关节轴承，该关节轴承安装在倾转平台上的轴承固定座内，在所述的主轴上套设有直线轴承，关节轴承与直线轴承固连。

所述的轨迹与航向运动驱动组件包括直流伺服电机、转速测量码盘、固定基座、车轮和轮轴组成，车轮固定在轮轴上，轮轴通过轴承与固定基座相连，固定基座固定于运动驱动平台之上，直流伺服电机固定于基座上，测速码盘固定于直流伺服电机上，车轮为全向轮。

所述的姿态运动驱动组件包括内套、外套、螺杆以及步进电机，在内套上端也设置有关节轴承，内套设置在外套内，内套与螺杆螺纹连接，螺杆与步进电机连接，步进电机固定于外套之上，姿态运动驱动组件通过舵机连接耳与倾转平台连接，通过转轴连接耳和运动驱动平台连接。

车载电子设备包含嵌入式计算机、磁航向计、GPS、超声波发射装置和陀螺仪。

本系统上部设计有一倾转平台，用于再现姿态变化或者自动倾斜器操纵面变化，其轴承固定座内装有关节轴承，关节轴承由直线轴承固连，下部设计有一支撑轨迹运动的平台，即运动驱动平台，安装摄像机的主轴固定于该平台之上，通过倾转平台上的直线轴承限定主轴，保证了倾转平台与该平台的同心。

本系统轨迹运动由直流伺服电机驱动组件实现，安装在运动驱动平台下面，驱动组件由直流伺服电机、转速测量码盘、固定基座、车轮和轮轴组成。车轮固定在轮轴上，轮轴通过轴承与固定基座相连，固定基座固定于运动驱动平台，直流伺服电机固定于固定基座上，测速码盘固定于直流伺服电机上，车轮为全向轮。

姿态或者自动倾斜器操纵面再现由舵机组件实现，安装在运动驱动平台上，通过转轴连接耳与运动驱动平台连接，舵机组件上端通过连接耳与倾转平台连接，舵机组件由关节轴承、内套、外套、螺杆、步进电机组成，关节轴承固定于内套之上，内套与螺杆连接，内套通过固定于外套的直线轴承实现定位，螺杆与步进电机连接，通过固定于外套的轴承实现定位，步进电机固定于外套之上。通过转轴连接螺钉，可实现舵机组件小范围摆动。