[發(fā)明專利]基于多旋翼飛行器的科研教學裝置

有效

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• 申請日: 2012-08-21
• 公開（公告）號: CN102849226A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王紅雨;王俊璞;趙健康;李陸駿
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學
• 主分類號: B64F5/00
• 分類號: B64F5/00;G06F17/50
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及科研或教學的實驗裝置，尤其涉及一種基于多旋翼飛行器的科研教學裝置。

背景技術(shù)

近幾十年來，現(xiàn)代理論研究的一個焦點就是在有不確定性存在的前提下，如何有效的控制被控對象，盡可能減小實際系統(tǒng)中不可避免的各種不確定性因素對控制系統(tǒng)品質(zhì)的影響。圍繞著這個焦點，現(xiàn)代控制理論學者提出了許多有效的控制系統(tǒng)設(shè)計方法，但是，這些現(xiàn)代控制理論成果的先進性缺乏實驗驗證手段。

現(xiàn)代控制理論中一個典型成熟的教學科研和實驗裝置是倒立擺，但倒立擺是單輸入系統(tǒng)，應用受到限制。多旋翼飛行器實驗裝置為多輸入多輸出的復雜模型系統(tǒng)，可以有效的驗證和研究各種復雜的控制算法和系統(tǒng)辨識方法。

普通的多旋翼飛行器通過嵌入式系統(tǒng)進行控制，但嵌入式系統(tǒng)軟硬件資源有限，難以實現(xiàn)復雜的實時控制算法。而且嵌入式系統(tǒng)一般使用C語言或匯編語言進行編程，開發(fā)周期長且需要專門培訓才能上手。專門搞理論算法研究的科研實驗人員一般習慣使用MATLAB、LabVIEW等高級語言對算法進行仿真和驗證，他們不一定熟悉嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。這對科研和實驗設(shè)計造成較大的困難。

如公開號為102591350A的中國發(fā)明專利，該發(fā)明公開了一種“四旋翼無人飛行器的飛行控制方法和系統(tǒng)，所述飛行控制方法包括：導航單元根據(jù)飛行器當前飛行狀態(tài)得到當前飛行數(shù)據(jù)；飛行控制單元根據(jù)所述飛行數(shù)據(jù)、地面控制站發(fā)送的遙控信號或預存的導航信息，生成分別控制四個旋翼的四個轉(zhuǎn)速信息；動力驅(qū)動單元根據(jù)所述四個轉(zhuǎn)速信息，分別調(diào)整四個旋翼的轉(zhuǎn)速，控制飛行器姿態(tài)。”

又如公開號為102219051A的中國發(fā)明專利，該發(fā)明提供一種基于人機交互技術(shù)的四旋翼飛行器系統(tǒng)控制方法，特征在于操縱者可通過手勢控制四旋翼飛行器。四旋翼飛行器由分布在其幾何頂點的四個旋翼的協(xié)同運轉(zhuǎn)完成飛行姿態(tài)控制,具有偏航角、俯仰角以及滾轉(zhuǎn)角三個自由度。視覺人機交互技術(shù)中主要使用了OpenCV和OpenGL。系統(tǒng)通過深度攝像頭捕獲操縱者的手的深度圖像,經(jīng)計算機分析處理后得到手勢信息并生成與之對應的控制信號通過無線通信裝置發(fā)送給飛行器執(zhí)行,以此實現(xiàn)從操縱者手的運動狀態(tài)到飛行器的運動狀態(tài)的映射,完成手勢控制。”

又如公開號為102126554A的中國專利，名稱為：一種面對稱布局的多旋翼無人飛行器，該專利所述飛行器“包括機身、旋翼組件和起落架；旋翼組件的個數(shù)為大于等于4的偶數(shù)，每個旋翼組件包含旋翼支撐臂、旋翼電機和旋翼；旋翼電機固定在旋翼支撐臂的外端，旋翼安裝在旋翼電機的轉(zhuǎn)軸上并由旋翼電機驅(qū)動；所有旋翼組件相對于機身的縱向?qū)ΨQ面左右對稱分布，并通過旋翼支撐臂的內(nèi)端固連在機身兩側(cè)；機身內(nèi)設(shè)前后隔離的設(shè)備艙和電源艙，設(shè)備艙包含導航部件、飛行控制部件和通信部件，電源艙內(nèi)含為全機電子設(shè)備供電的電池；起落架固連于機身的下方。”

以上現(xiàn)有技術(shù)采用的旋翼飛行器控制都具有各自的效果，但仍沒有解決上述的問題，不能用于科研和教學實驗，而且現(xiàn)有技術(shù)中的旋翼飛行器均采用自身攜帶的電源，無法長時間持續(xù)供電。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于多旋翼飛行器的科研教學裝置，可用于自動控制理論和飛行器導航理論的科研及教學實驗，從而解決上述現(xiàn)有科研和實驗裝置存在的缺陷或不足。

為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于多旋翼飛行器的科研教學裝置，包括：

測量傳感器組：安裝在多旋翼飛行器上，用于檢測多旋翼飛行器的飛行姿態(tài)，測量各項飛行參數(shù)，之后將數(shù)據(jù)傳回給地面計算機；

地面計算機：地面計算機中安有裝MATLAB、LabVIEW等高級語言仿真軟件，對傳感器組的數(shù)據(jù)進行融合處理，解算出飛行器的姿態(tài)，并通過事先設(shè)計的控制算法計算出控制量，再上傳給多旋翼飛行器；

多旋翼飛行器：接收地面計算機傳給的控制量后，分配給各個驅(qū)動電機，通過控制螺旋槳的轉(zhuǎn)速調(diào)整飛行器的飛行姿態(tài)；

信號變換接口模塊:用于將多旋翼飛行器上的各類測量數(shù)據(jù)傳送給地面計算機；并地面計算機的控制量傳送到多旋翼飛行器，直接控制飛行器的驅(qū)動電機，對其進行反饋控制，從而實現(xiàn)懸停、升降、轉(zhuǎn)向、前后左右飛行等動作；

地面電源：地面電源通過電纜為多旋翼飛行器提供持續(xù)的電能。