《用于旋翼飞行器的机械故障调试装置.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《用于旋翼飞行器的机械故障调试装置.pdf（8页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 103984339 A (43)申请公布日 2014.08.13 CN 103984339 A (21)申请号 201410214759.X (22)申请日 2014.05.20 G05B 23/02(2006.01) (71)申请人 西南交通大学 地址 610031 四川省成都市二环路北一段 111 号 (72)发明人 王晓东 马磊 韦宗毅 张景鑫 (74)专利代理机构 成都宏顺专利代理事务所 ( 普通合伙 ) 51227 代理人 李顺德 王睿 (54) 发明名称 用于旋翼飞行器的机械故障调试装置 (57) 摘要 本发明公开了一种能够提高调试效果的用于 旋翼飞行器的。
2、机械故障调试装置。该调试装置包 括基座， 所述基座通过可伸缩式脚架支撑， 所述基 座上表面安装有球面万向节， 所述球面万向节上 连接有编码器， 所述球面万向节安装有力臂固定 架， 所述各个力臂上均安装有压力传感器， 还包括 控制处理芯片、 遥控信号转接器以及显示装置。 该 调试装置可以实现对遥控器各路信号方向及行程 检测， 检测旋翼飞行器的传感器、 旋翼是否工作正 常， 并初步检测旋翼的旋转轴心是否偏离过大等， 根据上述检测的结果可以对飞行器的控制系统进 行进一步的调试， 减小机械安装误差对旋翼飞行 器控制精度的影响， 调试效果较好。 适合在飞行器 调试设备领域推广运用。 (51)Int.Cl。
3、. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103984339 A CN 103984339 A 1/1 页 2 1. 用于旋翼飞行器的机械故障调试装置， 其特征在于 ： 包括基座 (1)， 所述基座 (1) 通 过可伸缩式脚架 (2) 支撑， 所述基座 (1) 上表面安装有球面万向节 (3)， 所述球面万向节 (3) 上连接有用于获取球面万向节 (3) 三维姿态数据的编码器 (4)， 所述球面万向节 (3) 上安装有力臂固定架 (5)， 所述力臂固定架 (5)。
4、 的力臂数量与旋翼飞行器的旋翼支架数量 相对应， 所述各个力臂上均安装有压力传感器 (6)， 当旋翼飞行器安装在力臂固定架 (5) 上 时， 所述压力传感器 (6) 位于力臂与旋翼飞行器的旋翼支架之间用于检测该处旋翼产生的 压力， 还包括控制处理芯片(7)、 遥控信号转接器(8)以及显示装置(9)， 所述遥控信号转接 器 (8)、 压力传感器 (6)、 编码器 (4)、 显示装置 (9) 分别与控制处理芯片 (7) 信号连接。 2. 如权利要求 1 所述的用于旋翼飞行器的机械故障调试装置， 其特征在于 ： 所述可伸 缩式脚架 (2) 包括套筒 (201)， 所述套筒 (201) 内设置有支撑杆。
5、 (202)， 所述套筒 (201) 上 设置有锁紧装置。 3. 如权利要求 2 所述的用于旋翼飞行器的机械故障调试装置， 其特征在于 ： 在套筒 (201) 上设置锁紧螺母形成所述的锁紧装置。 4. 如权利要求 3 所述的用于旋翼飞行器的机械故障调试装置， 其特征在于 ： 所述基座 (1) 上设置有水平仪 (10)。 5. 如权利要求 4 所述的用于旋翼飞行器的机械故障调试装置， 其特征在于 ： 所述力臂 的末端连接有阻尼弹簧 (11)， 所述阻尼弹簧 (11) 的另一端固定在基座 (1) 的上表面。 6. 如权利要求 5 所述的用于旋翼飞行器的机械故障调试装置， 其特征在于 ： 所述显示 。
6、装置 (9) 为 LCD 显示屏。 权 利 要 求 书 CN 103984339 A 2 1/5 页 3 用于旋翼飞行器的机械故障调试装置 技术领域 0001 本发明属于飞行器调试设备领域， 具体涉及一种用于旋翼飞行器的机械故障调试 装置。 背景技术 0002 四旋翼飞行器是一种具有四个旋翼 ( 螺旋桨 ) 的无人飞行器。其四个旋翼呈十字 形或 X 形交叉结构， 相对的两旋翼为一组， 具有相同的旋转方向 ； 不同组的旋翼旋转方向不 同。与传统的直升机不同， 四旋翼直升机只能通过改变旋翼 ( 螺旋桨 ) 的速度来实现各种 动作。它能够实现垂直起降、 悬停、 进退等飞行动作， 具有机械结构简单、 。
7、空间灵活性高、 操 控简单、 自治性好等特点， 在航空拍摄、 环境监控、 地质遥测、 安防监控、 输电线路巡检等领 域具备广泛的应用前景， 是近年来智能机器人研究的前沿领域。 0003 四旋翼飞行器通常依靠陀螺仪、 加速度计、 磁力计、 GPS 等传感器构成的组合导航 系统实现姿态、 位置的测量， 并通过飞行控制器 ( 微处理器 ) 进行解算、 再通过控制算法算 出姿态、 位置控制信号 ； 飞行控制器输出控制信号分别控制四个旋翼上的电子调速器， 驱动 四个电机及其旋翼作相应速度的旋转， 实现不同的飞行运动。该飞行器是一个典型的非线 性欠驱动系统， 由四个驱动(输入)信号驱动四个电机及其旋翼转动。
8、， 实现俯仰(进退)、 横 滚、 升降共六个飞行动作。 0004 四旋翼飞行器的空气动力学模型较为简单， 飞行过程中对大气压及空气流动特性 的依赖程度较低。 它在具备小区域、 小范围灵活运动优势的同时， 更容易受到周围环境以及 自身控制装置系统故障的影响， 导致在短时间内发生偏航甚至坠机事故。四旋翼飞行控制 故障通常包括遥控器信号丢失、 遥控信号不合理、 传感器故障、 电机伺服信号丢失、 电机伺 服状态不合理、 机械安装故障等六个方面。 0005 目前， 旋翼飞行器的飞行控制故障调试仅仅是针对飞行控制系统调试， 没有考虑 旋翼飞行器的机械安装精度带来的影响， 即现有飞行器控制故障调试都是基于飞。
9、行器机械 安装精度在完美的状态下进行的， 但是， 由于受到各种外部条件的影响， 机械安装精度无法 达到设计时的完美状态， 必然会存在一定的安装误差， 而且即便飞行器组装后对飞行器的 安装精度进行调试， 但是， 在通常情况下， 飞行器安装精度的调试场地与实际飞行场地相隔 较远， 调试好的机架在携带过程中也可能出现机架结构偏差， 或接线错误， 这种机械安装精 度的误差会导致实际飞行时旋翼飞行器的控制精度较差， 而且， 现有的飞行器故障调试是 采用航模进行的， 这就要求调试时不仅需要航模操控经验， 还需要借助电脑、 卡尺等工具进 行， 极为不便。 发明内容 0006 本发明所要解决的技术问题是提供一。
10、种能够提高调试效果的用于旋翼飞行器的 机械故障调试装置。 0007 本发明解决其技术问题所采用的技术方案为 ： 该用于旋翼飞行器的机械故障调试 说 明 书 CN 103984339 A 3 2/5 页 4 装置， 包括基座， 所述基座通过可伸缩式脚架支撑， 所述基座上表面安装有球面万向节， 所 述球面万向节上连接有用于获取球面万向节三维姿态数据的编码器， 所述球面万向节上安 装有力臂固定架， 所述力臂固定架的力臂数量与旋翼飞行器的旋翼支架数量相对应， 所述 各个力臂上均安装有压力传感器， 当旋翼飞行器安装在力臂固定架上时， 所述压力传感器 位于力臂与旋翼飞行器的旋翼支架之间用于检测该处旋翼产生。
11、的压力， 还包括控制处理芯 片、 遥控信号转接器以及显示装置， 所述遥控信号转接器、 压力传感器、 编码器、 显示装置分 别与控制处理芯片信号连接。 0008 进一步的是， 所述可伸缩式脚架包括套筒， 所述套筒内设置有支撑杆， 所述套筒上 设置有锁紧装置。 0009 进一步的是， 在套筒上设置锁紧螺母形成所述的锁紧装置。 0010 进一步的是， 所述基座上设置有水平仪。 0011 进一步的是， 所述力臂的末端连接有阻尼弹簧， 所述阻尼弹簧的另一端固定在基 座的上表面。 0012 进一步的是， 所述显示装置为 LCD 显示屏。 0013 本发明的有益效果在于 ： 本发明所述的用于旋翼飞行器的机械。
12、故障调试装置可 以实现对遥控器各路信号方向及行程检测， 检测旋翼飞行器的传感器、 旋翼是否工作正常， 并初步检测旋翼的旋转轴心是否偏离过大， 检测旋翼飞行器各轴悬停状态下的各 PID 控制 参数是否处于一定的合理范围之内， 检测旋翼飞行器负载重心是否处于旋翼飞行器旋转中 心， 操作人员可以根据上述检测的结果对飞行器的控制系统进行进一步的调试， 减小机械 安装误差对旋翼飞行器控制精度的影响， 可以提高飞行器的控制精度， 调试效果较好， 而 且， 该用于旋翼飞行器的机械故障调试装置在使用时， 只需先利用可伸缩式脚架将基座支 撑住并调平， 并调节球面万向节使其处于平衡位置， 然后将旋翼飞行器固定在力。
13、臂固定架 上， 接着使旋翼飞行器做不同的姿态动作， 即可完成上述检测， 整个过程操作极为方便， 无 需调试人员具有航模经验即可完成。 附图说明 0014 图 1 为本发明用于旋翼飞行器的机械故障调试装置的三维结构示意图 ； 0015 附图标记说明 ： 基座 1、 可伸缩式脚架 2、 套筒 201、 支撑杆 202、 球面万向节 3、 编码 器 4、 力臂固定架 5、 压力传感器 6、 控制处理芯片 7、 遥控信号转接器 8、 显示装置 9、 水平仪 10、 阻尼弹簧 11。 具体实施方式 0016 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。 0017 如图 1 所示， 该用于旋翼飞行器。
14、的机械故障调试装置， 包括基座 1， 所述基座 1 通 过可伸缩式脚架 2 支撑， 所述基座 1 上表面安装有球面万向节 3， 所述球面万向节 3 上连接 有用于获取球面万向节 3 三维姿态数据的编码器 4， 所述球面万向节 3 上安装有力臂固定 架 5， 所述力臂固定架 5 的力臂数量与旋翼飞行器的旋翼支架数量相对应， 所述各个力臂上 均安装有压力传感器 6， 当旋翼飞行器安装在力臂固定架 5 上时， 所述压力传感器 6 位于力 臂与旋翼飞行器的旋翼支架之间用于检测该处旋翼产生的压力， 还包括控制处理芯片 7、 遥 说 明 书 CN 103984339 A 4 3/5 页 5 控信号转接器 。
15、8 以及显示装置 9， 所述遥控信号转接器 8、 压力传感器 6、 编码器 4、 显示装置 9 分别与控制处理芯片 7 信号连接。本发明所述的用于旋翼飞行器的机械故障调试装置可 以实现对遥控器各路信号方向及行程检测， 检测旋翼飞行器的传感器、 旋翼是否工作正常， 并初步检测旋翼的旋转轴心是否偏离过大， 检测旋翼飞行器各轴悬停状态下的各 PID 控制 参数是否处于一定的合理范围之内， 检测旋翼飞行器负载重心是否处于旋翼飞行器旋转中 心， 操作人员可以根据上述检测的结果对飞行器的控制系统进行进一步的调试， 减小机械 安装误差对旋翼飞行器控制精度的影响， 可以提高飞行器的控制精度， 调试效果较好， 。
16、而 且， 该用于旋翼飞行器的机械故障调试装置在使用时， 只需先利用可伸缩式脚架 2 将基座 1 支撑住并调平， 并调节球面万向节 3 使其处于平衡位置， 然后将旋翼飞行器固定在力臂固 定架 5 上， 接着使旋翼飞行器做不同的姿态动作， 即可完成上述检测， 整个过程操作极为方 便， 无需调试人员具有航模经验即可完成。 0018 在上述实施方式中， 所述可伸缩式脚架 2 可以采用现有的各种结构， 只要能够实 现长度可以的目的即可， 作为优选的方式是 ： 所述可伸缩式脚架 2 包括套筒 201， 所述套筒 201 内设置有支撑杆 202， 所述套筒 201 上设置有锁紧装置， 这种结构的可伸缩式脚架。
17、 2， 在 调节时， 打开锁紧装置， 然后调节支撑杆 202 的伸出长度， 将其调节到位后再用锁紧装置将 支撑杆 202 锁紧即可， 调整过程方便快捷。进一步的是， 所述锁紧装置可以采用现有的各种 紧固装置， 作为优选的 ： 在套筒 201 上设置锁紧螺母形成所述的锁紧装置。 0019 为了直观的观察和了解基座 1 是否调平， 所述基座 1 上设置有水平仪 10。 0020 为了便于将旋翼飞行器安装在力臂固定架 5 上， 所述力臂的末端连接有阻尼弹簧 11， 所述阻尼弹簧 11 的另一端固定在基座 1 的上表面， 设置阻尼弹簧 11 是为了使力臂能够 不晃动， 在安装旋翼飞行器时可以快速实现对。
18、接。 0021 为了便于观察， 所述显示装置 9 为 LCD 显示屏。 0022 该用于旋翼飞行器的机械故障调试装置的使用过程如下 ： 0023 第一步、 进行机械故障调试前的准备工作 ： 0024 1、 首先将基座 1 通过可伸缩式脚架 2 固定于地表， 并根据水平仪 10 调节可伸缩式 脚架2， 确保基座1平稳， 然后通过编码器4获取球面万向节3三维姿态， 并调节球面万向节 3 使其处于平衡位置即俯仰角、 横滚角、 航向角均为 0， 此时旋翼飞行器也处于水平位置 ； 0025 2、 将旋翼飞行器固定在力臂固定架 5 上， 并将各旋翼臂与力臂固定架 5 的各个力 臂固定在一起， 与此同时， 。
19、通过 LCD 显示屏观察压力传感器 6 读数确保压力传感器 6 正常工 作， 将遥控信号转接器 8 设置在遥控器信号接收机与旋翼飞行控制器之间， 使得遥控信号 先经过遥控信号转接器 8 再进入飞行控制器。 0026 第二步、 进行机械故障诊断 ： 0027 1、 检测遥控器各路信号方向及行程。在检测过程中， 遥控信号转接器 8 进入锁定 模式， 即遥控信号转接器 8 接收遥控信号但并不输送至旋翼飞行器的飞行控制器， 遥控信 号转接器8采集当前遥控信号值并输送给控制处理芯片7， 控制处理芯片7根据当前遥控信 号， 通过式a计算对应的飞行状态， 并在LCD显示器屏屏幕上显示旋翼飞行器在坐标系下的 。
20、飞行趋势， 即旋翼飞行器的航向角俯仰角 q、 横滚角 r， 以供操纵者最终判断当前遥控器 设置是否正确。 0028 旋翼飞行器飞行状态包括航向角俯仰角 q、 横滚角 r， 与对应的三路遥控信号 说 明 书 CN 103984339 A 5 4/5 页 6 PPM(i)i 1,2,3， 分别表示航向、 俯仰、 横滚信号间的关系如式 a 所示。 0029 0030 操控者首先将遥控器各路信号拨至最大、 最小值点， 以得到相应各路信号的中点 即 mid(i)i 1,2,3。 0031 2、 检测旋翼飞行器的传感器、 旋翼是否工作正常， 并初步检测旋翼的旋转轴心是 否偏离过大。将基座 1 置于避风环境。
21、中， 在检测过程中， 遥控信号转接器 8 进入锁定模式， 即遥控信号转接器 8 接收遥控信号但并不输送至旋翼飞行器的飞行控制器， 控制处理芯片 7 通过遥控信号转接器 8 将油门信号发送给旋翼飞行器的飞行控制器， 其他三路姿态信号 俯仰、 横滚、 航向保持在平衡位置， 使得旋翼飞行器在基座 1 上自行控制自身平衡， 使其机 身保持在稳定的平面上。之后， 通过编码器 4 获取当前球面万向节 3 的三维角度， 若四个压 力传感器 6 上受到的压力均匀或均为零的同时， 三维角度与平衡位置角度即俯仰角、 横滚 角、 航向角均为 0间存在明显、 恒定的误差， 表明旋翼飞行器的传感器存在偏置误差， 需要 。
22、再次校准， 通过 LCD 显示屏屏幕输出与该误差对应的校准信息 ； 若三维角度与平衡位置角 度即俯仰角、 横滚角、 航向角均为 0间存在明显、 周期性的误差， 表明旋翼飞行器旋翼的旋 转轴心与原始位置偏离过大， 通过 LCD 屏幕输出相应的旋翼编号以及轴心调校信息 ； 0032 与此同时， 检验压力传感器 6 获得的各旋翼在恒定伺服信号下产生的升力是否恒 定， 若某轴上旋翼的压力传感器6持续检测到高频抖动信号， 在LCD显示屏屏幕汇报旋翼或 电子调速器故障。 0033 3、 检测旋翼飞行器各轴悬停状态下的各 PID 控制参数是否处于一定的合理范围 之内。将基座 1 置于避风环境中， 在检测过程。
23、中， 遥控信号转接器 8 进入锁定模式， 即遥控 信号转接器 8 接收遥控信号但并不输送至旋翼飞行器的飞行控制器， 控制处理芯片 7 通过 遥控信号转接器 8 将油门信号大于 1/3 油门行程发送给旋翼飞行器的飞行控制器， 其他三 路姿态信号俯仰、 横滚、 航向保持在平衡位置， 使得旋翼飞行器在基座 1 上自行控制自身平 衡， 使其机身保持在稳定的平面上。 通过更改旋翼飞行器俯仰或横滚轴的姿态角度， 并保持 该角度恒定。通过球面万向节 3 检测当前飞行器的姿态角度， 并记录该轴姿态角度更改后 对应的四路伺服信号由波动至稳定阶段的参数值 ； 若某路伺服参数的最大值与稳定值间的 差距大于稳定值的 。
24、15， 则通过 LCD 输出 P 参数过大信号 ； 若某路伺服信号自角度更改后 至稳定状态的时间大于 7s， 则通过 LCD 输出建议调小积分时间。 0034 4、 检测旋翼飞行器负载重心是否处于旋翼飞行器旋转中心。将基座 1 置于避风环 境中， 在检测过程中， 遥控信号转接器 8 进入锁定模式， 即遥控信号转接器 8 接收遥控信号 但并不输送至旋翼飞行器的飞行控制器， 控制处理芯片 7 通过遥控信号转接器 8 发送油门 信号及姿态信号包括俯仰、 横滚、 航向给旋翼飞行器飞行控制器。 油门信号保持在某一恒定 值， 周期性改变俯仰或横滚信号同一时刻仅改变其中一路信号， 另一路信号保持在平衡点， 使得飞行器在某平面内做周期性往复运动。根据俯仰或横滚信号方向相反、 幅值相同的信 号所对应的两组编码器 4 角度值， 如遥控信号方向相反但幅值相同的信号所对应的角度值 不同， 表明角度值较小的一侧重心过大， 向 LCD 屏幕汇报角度值较小的电机编号并输出重 说 明 书 CN 103984339 A 6 5/5 页 7 心调整建议。 说 明 书 CN 103984339 A 7 1/1 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 103984339 A 8 。