[發明專利]一種無線三自由度直升機實驗平臺

在審

• 申請號: 201611142955.6
• 申請日: 2016-12-07
• 公開（公告）號: CN106628247A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 龐巖;王娜;鮑建文;韓思麒
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B64F5/60
• 分類號: B64F5/60;G05B17/02
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司21212
• 代理人: 王丹,李洪福

技術領域

本發明涉及一種無線傳感器網絡實驗平臺，具體說是一種無線三自由度直升機實驗平臺。

背景技術

隨著無線技術的發展使得信息的傳輸不再受距離和物體運動的限制，信息技術貫穿于各個領域，給生產、生活帶來了前所未有的便捷。近年來，傳感器技術、無線通信技術與嵌入式計算技術的不斷進步，推動了無線傳感器網絡的快速發展，引起了人們的極大關注。無線傳感器網絡主要面向“物與物”、“人與物”之間的信息交互，將邏輯上的信息世界與客觀上的物理世界融合在一起，極大地擴展了網絡的功能和人類認識世界能力。無線傳感器網絡使用大量具有多功能、多信息信號獲取能力的傳感器，采用無線方式接入自組織的網絡，進行信息的感知與采集。因此，無線傳感器網絡的應用前景非常廣闊，其能夠廣泛地應用于國防軍事、環境監測、醫療衛生、交通管理、空間探索、建筑物狀態監控以及工業園區安全監測等領域。將無線傳感器技術應用于三自由度實驗平臺將降低實驗設備的成本，增強設備的靈活性，又可以保證數據傳輸的可靠性。

傳感器節點是無線傳感器網絡的重要組成部分，通常由6大功能模塊組成，即電源模塊、傳感模塊、計算模塊、存儲模塊、通信模塊、和嵌入式軟件系統。電源模塊為其他幾個模塊的運行提供能量。傳感器模塊負責監測區域內信息的采集與轉換，計算模塊是傳感器節點的核心，負責處理數據和系統管理如設備控制、任務調度和數據融合等，并能存放程序和數據到存儲模塊。無線通信模塊負責與其他節點通信，交換控制信息和收發采集數據。無線傳感器網絡的重要設計目標就是將大量可長時間感知、處理和執行任務的傳感器節點嵌入到物理世界中。

三自由度直升機系統(簡稱直升機系統)作為自動控制和航空航天實驗系統，可以滿足工科院校的自控原理、現代控制理論、控制系統和計算機控制系統課程設計的需求。三自由度直升機實驗系統是研究直升機飛行控制技術的平臺，可以應用于飛行器控制系統的半實物仿真試驗和性能測試等場合，用以模擬橫列式直升機，即傾轉旋翼機的直升機狀態。其控制系統屬于典型的多輸入-多輸出系統，具有非線性和強交叉耦合性，是控制系統中較為復雜的被控對象。實驗室常規配備的三自由度直升機平臺采用計算機+運動控制卡的控制方案，采用有線線路，線纜多且復雜，在空間有限的實驗條件下無法確保實驗人員的人身安全，同時連接關系復雜的電纜在設備維修保養方面也存在很多不便之處。

發明內容

鑒于已有技術存在的不足，本發明的目的是要提供一種操作便捷、穩定性強、實時性好的無線三自由度直升機實驗平臺。

為了實現上述目的，本發明技術方案如下：

一種無線三自由度直升機實驗平臺，其特征在于，其包括：

固高GHP三自由度直升機本體、能量供應單元、傳感模塊、無線通信模塊、計算機、系統軟件以及執行機構；

所述固高GHP三自由度直升機本體用于模擬直升機飛行姿態，經傳感模塊采集當前的飛行姿態數據后，通過無線通信模塊發送至計算機進行分析處理，計算機根據所獲得的飛行姿態數據得出控制決策，再經無線通信模塊發送給執行機構調整飛行姿態，以實現對飛行姿態和速度的實時控制。

進一步地，所述固高GHP三自由度直升機本體包括基座、機架臂、平衡配重塊以及兩個并列設置的螺旋槳；

各所述螺旋槳均由連桿固定連接，且連桿中間位置與機架臂一端固定連接；所述機架臂另一端設有平衡配重塊；所述機架臂以基座為支點在水平面內做旋轉動作，在豎直面內做俯仰動作；基座通過一豎直支撐桿與機架臂配合連接；所述豎直支撐桿下連有集電環。

進一步地，所述無線通信模塊包括五個TelosB傳感器節點，分別為第一節點、第二節點、第三節點、第四節點和第五節點，其中第一、第二、第三節點分別對應傳輸傳感模塊所采集的飛行姿態數據；第四節點為匯聚節點，接收第一、第二、第三節點傳輸的數據并將之傳輸給計算機；所述計算機將控制決策經匯聚節點傳輸給連接于執行機構的第五節點，實現對執行模塊的實時控制。

進一步地，所述傳感模塊包括安裝在機架臂旋轉軸上的旋轉速度位置編碼器、安裝在機架臂俯仰軸上的俯仰角位置編碼器以及安裝在螺旋槳橫側軸上的螺旋槳翻轉角位置編碼器；

所述旋轉速度位置編碼器經一計數器連接至第一節點，并由第一節點傳輸其采集的飛行姿態數據；

所述俯仰角位置編碼器經一計數器連接至第二節點并由第二節點傳輸其采集的飛行姿態數據；

所述螺旋槳翻轉角位置編碼器經一計數器連接至第三節點并由第三節點傳輸其采集的飛行姿態數據。