一种旋翼机械手实验平台

1.本发明涉及旋翼机械手技术领域，尤其是涉及一种旋翼机械手实验平台。


背景技术：

2.目前，多旋翼无人机的应用越来越广泛，尤其是在运送快递或者军事侦察等领域。在这些领域中需要旋翼飞行器吊挂载荷，在飞行时，这些载荷的运动会对旋翼飞行器的姿态造成很大的影响，这就需要研究载荷运动对处于飞行状态的旋翼飞行器姿态的影响，并调节旋翼飞行器的姿态使其稳定。
3.旋翼机械手由于具备较强的工作能力，能够满足不同的工况要求，旋翼机械手已经成为飞行作业领域主要的研究对象。但是由于旋翼飞行器负载能力较弱及扰动敏感以及旋翼飞行器与机械手之间在运动学和动力学层面有着较严重的耦合作用，中国专利申请cn108398885a提出了一种旋翼飞行机械臂自适应rbfnns测噪自抗扰控制方法，通过该方法对飞行器和机械手进行控制，可以解决以上问题。但是由于该控制方法需要旋翼飞行器处于飞行模式，如果不存在一个可以固定飞行器相对位置的实验平台，装配有机械手的飞行器会四处飞行造成安全隐患。
4.中国专利cn209650582u公开了一种四旋翼飞行器姿态测试固定平台，其通过将飞行器固定在测试平台的顶板下，来实现飞行器的位置固定。但是该方案中飞行器与顶板是通过可塑软管连接，这导致了飞行器在进行姿态变化时具有很强的局限性，且由于在高度变化时可塑软管会产生形变，容易造成损坏，使用寿命短，效益较差。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种旋翼机械手实验平台。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
7.一种旋翼机械手实验平台，包括直杆和支撑顶板，所述直杆的底部设置有球形万向节，所述球形万向节连接待测试的旋翼飞行器的上顶板，所述支撑顶板上设置有在竖直方向上开口的套筒，所述直杆穿过套筒与套筒活动连接，所述直杆(3)上设置有一对高度限位块，所述高度限位块与套筒之间具有一定距离。
8.进一步地，所述高度限位块上靠近套筒的一侧设置有缓冲海绵。
9.进一步地，所述高度限位块可拆卸地安装在直杆上。
10.进一步地，所述直杆上设置了多个螺纹孔，所述高度限位块与直杆螺纹连接。
11.进一步地，所述直杆上设置了多个通孔，所述高度限位块穿过通孔设置，所述高度限位块为长度大于套筒半径的圆杆。
12.进一步地，所述球形万向节连接待测试的旋翼飞行器的上顶板。
13.进一步地，还包括外接的控制器，所述控制器根据不同指令操控旋翼飞行器飞行，并实时获取旋翼飞行器的高度信息和姿态信息。
14.进一步地，所述旋翼飞行器的底部设置有机械手。
15.进一步地，所述旋翼飞行器末端设置有超声传感器，用于获取旋翼飞行器的高度信息。
16.进一步地，所述旋翼飞行器上设置了九轴惯性传感器，用于获取旋翼飞行器的姿态信息。
17.进一步地，所述支撑顶板上设置有超声传感器和报警器，用于避免误撞。
18.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
19.1、本发明相比现有的实验平台，使用直杆加套筒的高度限定机构替换了现有技术中的可塑软管，结构强度高且使用寿命长，在飞行器连接机械手且进行各种姿态测试时安全性强。且在直杆与飞行器的连接处设置有球形万向节，通过球形万向节可以满足飞行器一定范围内的升降、俯仰、横滚、偏航等模拟飞行方式，对于姿态的测试范围更广，并通过设置高度限位块，保证直杆不会从套筒中脱落，并限定了飞行器的飞行高度范围，提高了整体实验平台的安全性。
20.2、本发明的高度限位块以可拆卸的方法与直杆连接，不仅可以调节高度，还便于拆卸检修，便利性强。
21.3、本发明在高度限位块上加装了缓冲海绵，减小了当高度限位块碰到套管时的冲击力，提高了使用寿命。
附图说明
22.图1为本发明直杆和套筒连接示意图。
23.图2为本发明连接旋翼飞行器和机械手后的结构示意图。
24.图3为本发明的机械手结构示意图。
25.附图标记：1-支撑顶板、2-套筒、3-直杆、31-高度限位块、32-高度限位块、33-球形万向节、4-多旋翼飞行器上顶板、5-飞行控制板、6-多旋翼飞行器下底板、7-机械手、8-舵机和旋转编码器、9-多旋翼飞行器、10-螺旋桨，11-无刷电机。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
27.本实施例提供了一种旋翼机械手实验平台，如图1所示，包括直杆3和支撑顶板1，所述直杆3的底部设置有球形万向节33，球形万向节33连接待测试的旋翼飞行器9的上顶板，支撑顶板1上设置有在竖直方向上开口的套筒2，直杆3穿过套筒2与套筒2活动连接，直杆3上设置有一对防止直杆3脱离套筒的高度限位块31，高度限位块31与套筒2之间具有一定距离，以确保旋翼飞行器9可在一定高度活动。在本实施例中，直杆3优选为金属直杆，保证了强度。
28.在本实施例中，高度限位块31可拆卸地安装在直杆上，具体可优选为使用螺钉与直杆螺纹连接，或者作为长度大于套筒半径的圆杆设置在直杆的通孔中，这样不仅可以调节可以活动的高度，还便于拆卸检修，便利性强。
29.在本实施例中，高度限位块31靠近套筒的一侧上设置有缓冲海绵，减小了当高度限位块31碰到套管时的冲击力，提高了使用寿命。
30.本实施例中，套筒2的长度足够长，以保证旋翼飞行器升到最高点时有足够的空间进行
±
60
°
的姿态运动。
31.在本实施例中，处于直杆3下部的高度限位块32与球形万向节33之间留有足够的距离，使得旋翼飞行器9降到最低点时有足够的空间进行
±
60
°
的姿态运动。
32.支撑顶板1上还设置了超声传感器和报警器，防止有实验人员离实验平台太近时产生的误撞危险。
33.本实施例的实验平台连接了装备有机械手7的旋翼飞行器9后的示意图如图2所示。
34.其中，机械手7通过螺钉固定安装在旋翼飞行器9的多旋翼飞行器下底板6，机械手自身无法绕底座旋转，需要通过多旋翼飞行器的转向来调整方向。如图3所示，机械手7各关节装有连接stm32控制器的舵机和旋转编码器8，传递角位移和力矩信号，且机械手7末端的执行器上安装有超声传感器，起到获取高度信息的作用。
35.旋翼飞行器9的多旋翼飞行器上顶板4连接直杆3上的球形万向节33，这为多旋翼飞行器提供一定范围内的升降、俯仰、横滚、偏航四自由度模拟飞行。当旋翼飞行器9飞行时，直杆3在套筒2内以固定的长度范围活动，旋翼飞行器9在初始状态下可通过高度限位块31固定在支撑顶板1下方，而在测试飞行时，飞行高度范围也限制在两个高度限位块31之间，提高了实验平台的可靠性。
36.在本实施例中，旋翼飞行器9和机械手7可通过计算机进行控制，计算机执行计算机指令控制旋翼飞行器9稳定飞行和机械手7执行动作，并获取旋翼飞行器9的姿态信息。其中旋翼飞行器9上设置了mpu9250九轴惯性传感器，旋翼飞行器9的各控制参数可以通过mpu9250惯性测量传感器读取。通过传感器可以读取出旋翼飞行器9的x,y,z方向的加速度，积分一次后得到速度，再积分一次后即可得到位移。该传感器还可读取机体绕x,y,z轴旋转的角加速度，积分一次后得到角速度，再积分一次后即可得到角度roll,pitch,yaw角。这些读出的数值为旋翼飞行器9当下姿态的实际数值。且旋翼飞行器9机身主体向四周延伸机臂，机臂末端安装有无刷电机11，所述无刷电机11驱动螺旋桨10旋转，为旋翼飞行器9提供动力。所述机身主体上安装有飞行控制板5，飞行控制板5与计算机进行通信。其中计算机中共存储四种控制指令，对应四种控制模式，包括一体式控制指令、分离式控制指令、干扰式控制指令和单飞行器控制指令。
37.其中，一体式控制指令将旋翼飞行器和机械手视为一个整体机械系统，包括调用计算机中的一个控制器同时控制旋翼飞行器和机械手稳定移动。
38.分离式控制指令将旋翼飞行器和机械手视为两个独立的机械系统，包括调用计算机中的两个控制器分别控制旋翼飞行器和机械手，具体包括控制旋翼飞行器以不同姿态飞行以及控制机械手抓取物体等。
39.干扰式控制指令将机械手视为不受控制的悬挂重物，会给旋翼飞行器带来扰动，以模拟在无人机实际飞行悬挂物件的情况，包括调用计算机中的一个控制器仅对旋翼飞行器进行稳定控制。
40.单飞行器控制指令包括在机械手拆除时，调用计算机中的一个控制器单独对旋翼
飞行器进行调节，实现基础功能。
41.以上四种控制指令为控制算法库中的控制算法，本实施例也可执行自行编写并导入的控制算法，不局限于以上四种。
42.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。