[发明专利]基于六维力传感器的小型旋翼无人机陀螺仪结构测试系统

说明书

本发明公开了一种基于六维力传感器的小型旋翼无人机陀螺仪结构测试系统，包括一基于三轴陀螺仪结构的三自由度运动测试平台，用于小型无人机进行俯仰、滚转及偏航三自由度任意运动；一基于多源传感器组合的无人机状态测量模块，包括六维力传感器、惯性姿态传感器和无人机外部传感器；一测试平台地面站控制模块，包括飞行控制器和测试平台控制器，用于操作无人机多种运动模式和测量平台的观测参数模型，实现无人机动作测量、状态感知、数据传输及PC端可视化；一多源数据融合与分析原理模型。本发明一是能满足微小旋翼无人机三自由度运动状态估计与室内训练功能，实现无人机的飞行姿态估计、振动分析、实际运动展示和室内飞行训练。

技术领域

本发明涉及一种动力学测试平台机构和多传感器数据采集与融合集成技术，属于机械和控制系统技术领域。

背景技术

近几年，以深圳大疆创新科技有限公司为首的无人机企业在世界范围内的行业地位越来越高，从而也带动了一批优秀的科技创新型企业投入到了无人机的研发队伍当中。无人机作为一个空中的平台,通过其于携带的机载设备可具备多种功能。由于多旋翼飞行器具有可垂直升降、成本低、结构简单、性能稳定等诸多优点，越来越多的企业集中在多旋翼飞行器行业应用(如航拍、植保、物流、低空探测等)的研究。

但目前的无人机领域仍是蓝海行业，针对于无人机的测试也并不完善。以大疆创新为代表的商用无人机企业更注重用户的实际体验，因此往往会在设计完成后在合适地点进行试飞；但是无人机野外调试成本高、数据复杂、安全性差、受干扰因素多。此外，现今对无人机的功能和性能等方面要求越来越多，许多无人机需适应一些较恶劣或极端恶劣的飞行条件。综上，在无人机试航要求逐渐提高的当下，用于进行无人机飞行能力测试仿真平台已经变的越来越不可或缺。

目前市场上现有的无人机测试平台为二轴二自由度，只能测试无人机前后左右的移动。z轴的移动需要通过底层平台的手动上下运动模拟，且不能读取数据。此外，无人机实际飞行时会产生的俯仰角，偏航角以及旋转角并不能通过该测试平台进行实时监测。由于其功能单一、通用化程度低、测试传感器不全面等缺陷，使其不能满足综合、快速、准确、可视化的测试需要。

因此，需设计新型三轴三自由度、集成多传感器小型多旋翼测试与仿真平台，通过x、y、z三个方向的旋转及z方向的平移，模拟无人机真实运动状态。该平台需集成力触觉传感器及无人机内部自身参数传感器，从而对无人机的各种升降状态进行实时采集监测，并综合所得测量以及计算数据，实现对无人机飞行数据采集与检测的监控及对无人机飞行性能的测试。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有无人机测试平台存在的难以模拟无人机真实飞行状态、无法准确测量飞行数据等不足，而设计的一种多旋翼陀螺仪结构测试平台。通过对无人机真实运动状态的模拟，集成力触觉传感器及无人机内部传感器，实现对无人机升降状态、姿态和受力的实时监测，从而提高无人机室内静态测试的通用性、全面性、准确性。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种基于六维力传感器的小型旋翼无人机测试分析系统，其特征在于，包括：

一基于三轴陀螺仪的三自由度运动测试平台，用于小型无人机进行俯仰、滚转及偏航三自由度任意运动，包括：测试框架、球形支撑架、圆环形支撑架、连接件、支撑杆、固定件、深沟球轴承和直线轴承；其中球形支撑架通过所述连接件组装成外侧球形框架；在所述连接件内装有所述深沟球轴承，所述连接件通过旋转轴插入直线轴承内；所述直线轴承镶嵌于所述支撑框架内；所述支撑杆两端通过轴连接于所述圆环支撑架上，所述固定件连接在所述支撑杆上用于连接被测试的无人机；

一基于多源传感器组合的无人机状态测量模块，用于测量无人机飞行姿态、三自由度受力情况以及无人机系统的感知参数，包括六维力传感器、惯性姿态传感器和无人机内部传感器；所述六维力传感器连接于支撑框架中部；