一种无人机测试保护装置

摘要

本发明提供一种无人机测试保护装置，包括无人机安装装置、正向拉力装置和反向拉力装置，所述无人机安装装置包括第一球形保护框、第二球形保护框和用于连接无人机的中轴；所述第二球形保护框的外径小于所述第一球形保护框的内径，所述第二球形保护框的两端可转动地连接在所述第一球形保护框的内部两端，所述中轴的两端可转动地连接在所述第二球形保护框的内部两端；所述正向拉力装置连接着所述第一球形保护框上的一点，所述反向拉力装置连接着所述第一球形保护框上的另一点，两个所述点的连线过所述第一球形保护框的圆心。本发明的无人机测试装置稳定性好，可控性高，在测试过程中安全系数高。

权利要求

1.一种无人机测试保护装置，其特征在于，包括无人机安装装置、正向拉力装置和反向拉力装置，所述无人机安装装置包括第一球形保护框、第二球形保护框和用于连接无人机的中轴；所述第二球形保护框的外径小于所述第一球形保护框的内径，所述第二球形保护框的两端可转动地连接在所述第一球形保护框的内部两端，所述中轴的两端可转动地连接在所述第二球形保护框的内部两端；所述正向拉力装置连接着所述第一球形保护框上的一点，所述反向拉力装置连接着所述第一球形保护框上的另一点，两个所述点的连线过所述第一球形保护框的圆心；

所述正向拉力装置包括正向拉力线和正向重物，所述正向拉力线连接着所述第一球形保护框上的一点，所述正向重物连接着所述正向拉力线；所述反向拉力装置包括反向拉力线和反向重物，所述反向拉力线连接着所述第一球形保护框上的另一点，所述反向重物连接着所述反向拉力线；

所述无人机测试保护装置还包括固定装置，所述固定装置包括顶板、侧板和底板，所述侧板的顶部和底部分别垂直连接着所述顶板和所述底板的一端；所述顶板上装有第一滑轮和第二滑轮，第一滑轮位于第二滑轮和侧板之间，所述正向拉力线从所述第一球形保护框出发依次穿过第二滑轮和第一滑轮；所述底板上装有第三滑轮和第四滑轮，第四滑轮位于第三滑轮和侧板之间，在所述侧板的上部装有第五滑轮，所述反向拉力线从第一球形保护框出发依次穿过第三滑轮、第四滑轮和第五滑轮。

2.根据权利要求1所述的无人机测试保护装置，其特征在于，在所述顶板上装有用于限制所述正向拉力线沿所述第二滑轮滑动的第一线限位装置，在所述底板上装有用于限制所述反向拉力线沿所述第三滑轮滑动的第二线限位装置。

3.根据权利要求2所述的无人机测试保护装置，其特征在于，所述第一线限位装置包括两个固定在所述顶板侧面的第一安装板，所述第二滑轮位于两个所述第一安装板之间，在所述第一安装板的底部固定有第一限位体，所述第一限位体位于所述第二滑轮下方，所述第一限位体上开有通孔；所述第二线限位装置包括两个固定在所述底板侧面的第二安装板，所述第三滑轮位于两个所述第二安装板之间，在所述第二安装板的底部固定有第二限位体，所述第二限位体位于所述第三滑轮上方，所述第二限位体上开有通孔；两个所述通孔位于所述第二滑轮和所述第三滑轮的连线上。

4.根据权利要求1所述的无人机测试保护装置，其特征在于，所述侧板上装有限位板，所述限位板位于所述第五滑轮和所述底板之间，所述限位板上开有用于穿过所述正向拉力线和所述反向拉力线的两个限位孔，所述限位孔的尺寸小于所述正向重物和所述反向重物。

5.根据权利要求1-4任一项所述的无人机测试保护装置，其特征在于，所述中轴的中部开有用于连接无人机的孔。

6.根据权利要求1-4任一项所述的无人机测试保护装置，其特征在于，还包括实现所述可转动连接的装置，所述装置包括突起、轴承和连接件，所述连接件的一端设有卡槽，所述连接件的另一端设有安装孔，所述突起的一端固定在所述第一球形保护框或所述第二球形保护框内侧，所述突起的另一端设置于所述轴承的内环，所述轴承的外环放入所述安装孔内，通过所述轴承的内环、外环之间的转动配合，实现可转动地连接。

7.根据权利要求1-4任一项所述的无人机测试保护装置，其特征在于，所述第一球形保护框上开有用于固定所述正向拉力线和所述反向拉力线的两个孔。

8.根据权利要求1-4任一项所述的无人机测试保护装置，其特征在于，所述第一球形保护框、所述第二球形保护框和所述中轴为碳纤维材料。

说明书

一种无人机测试保护装置

技术领域

[0001] 本发明属于无人机技术领域的测试装置，具体涉及一种无人机测试保护装置。

背景技术

[0002] 多旋翼无人机，是一种具有三个及以上旋翼轴的特殊的无人驾驶直升机。其通过每个轴上的电动机转动，带动旋翼，从而产生升推力。旋翼的总距固定，而不像一般直升机那样可变。通过改变不同旋翼之间的相对转速，可以改变单轴推进力的大小，从而控制飞行器的运行轨迹。无人机系统包含了无人机飞行平台、相关的遥控站、所需的指令与控制数据链路以及批准的型号设计规定的任何其他部件组成的系统。旋翼无人机操控性强，可垂直起降和悬停，主要适用于低空、低速、有垂直起降和悬停要求的任务类型。

[0003] CN201510210148的背景技术说明了旋翼无人机本身是一种价格昂贵且易受损的装备，许多先进的飞控算法由于其不成熟性和不稳定性，极易导致试飞的无人机坠地受损，导致设备被破坏，致使相关研究参与者遭到较大经济损失；其次，旋翼无人机试飞时，由于飞控算法的缺陷或者操作者的失误，旋翼无人机会出现失控的状况，不仅造成无人机本身的损坏，还有可能危及试飞参与者的人身安全。而旋翼无人机飞控算法的发展，离不开旋翼无人机多次的试飞。这在客观上大幅增加了飞控算法的研发成本与危险性，直接影响到了新理论转化为新成果的速度。

[0004] 因此，若有一种装置能保证旋翼无人机的试飞安全，既能有效完成旋翼无人机飞控的调试工作，使研究的相关性能不受影响，又能保护旋翼无人机和试飞参与者的安全，使旋翼无人机在试飞时不会坠毁、参与者也不会受伤，将能极大减轻该行业参与者的后顾之忧，对促进旋翼无人机技术快速发展有重大的意义。

[0005] CN201510210148还说明旋翼无人机飞控的研究有很多方面，其中最为基础的是通过四个受控自由度，即绕飞行器载体坐标系X轴的转动(即滚转)、绕Y轴的转动(即俯仰)和绕Z轴的转动(即航向)以及沿Z轴的移动来控制飞行器在空间六自由度的运动。由于旋翼无人机是一种欠驱动系统，且为静不定结构，想要完成这种操纵，必须依赖飞控系统对无人机的飞行姿态进行控制增稳，又称自稳。欲实现这种控制增稳，首先要采用各类航姿传感器对无人机的航姿进行解算、滤波，并至少对其中三个自由度进行闭环控制，即航向、俯仰和滚转。无人机飞控的所有其他功能都将给予自稳的实现而展开。与此相关的一些领域，譬如新型传感器的应用、多传感器的数据融合、一些高级控制技术的应用、新构型飞行器的控制耦合问题，以及非线性系统的分析与综合，都在快速发展，有许多新技术亟待被采用，有许多新理论亟待被深化。这些新技术、新理论、新算法最终都需要装机试飞，进行试验验证才能被采纳和发展，这都需要一种试飞保护装置来确保试验安全。

发明内容

[0006] 针对现有技术的不足，旨在提供一种为广大旋翼无人机开发者和初学者使用的测试装置，可以在保证安全的前提下，在室内环境对无人机的一些基本性能和飞行参数进行测试。

[0007] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

[0008] 一种无人机测试保护装置，包括无人机安装装置、正向拉力装置和反向拉力装置，所述无人机安装装置包括第一球形保护框、第二球形保护框和用于连接无人机的中轴；所述第二球形保护框的外径小于所述第一球形保护框的内径，所述第二球形保护框的两端可转动地连接在所述第一球形保护框的内部两端，所述中轴的两端可转动地连接在所述第二球形保护框的内部两端；所述正向拉力装置连接着所述第一球形保护框上的一点，所述反向拉力装置连接着所述第一球形保护框上的另一点，两个所述点的连线过所述第一球形保护框的圆心。

[0009] 通过上述技术方案，最外层的第一球形保护框只受上下铅锤方向的约束，可以提供在X-Y平面上的自由度，中层的第二球形保护框与第一球形保护框可转动连接，可以提供在Y-Z平面上的自由度，最内层的中轴与第二球形保护框可转动连接，可以提供X-Z平面上的自由度。

[0010] 可选的，所述中轴的中部开有用于连接无人机的的孔。

[0011] 可选的，本发明进一步设置为，所述正向拉力装置包括正向拉力线和正向重物，所述正向拉力线连接着所述第一球形保护框上的一点，所述正向重物连接着所述正向拉力线；所述反向拉力装置包括反向拉力线和反向重物，所述反向拉力线连接着所述第一球形保护框上的另一点，所述反向重物连接着所述反向拉力线。

[0012] 通过改变正向重物和反向重物的给力大小，可以使正向拉力线和反向拉力线的张力大小不同，人为制造载荷，测试无人机的垂直负载性能。

[0013] 可选的，本发明进一步设置为，所述无人机测试保护装置还包括固定装置，所述固定装置包括顶板、侧板和底板，所述侧板的顶部和底部分别垂直连接着所述顶板和所述底板的一端；所述顶板上装有第一滑轮和第二滑轮，第一滑轮位于第二滑轮和侧板之间，所述正向拉力线从所述第一球形保护框出发依次穿过第二滑轮和第一滑轮；所述底板上装有第三滑轮和第四滑轮，第四滑轮位于第三滑轮和侧板之间，在所述侧板的上部装有第五滑轮，所述反向拉力线从第一球形保护框出发依次穿过第三滑轮、第四滑轮和第五滑轮。

[0014] 通过滑轮组的引导使重物施加的力施加在线上，使线保持绷紧的状态，防止其在收放过程中绕进旋翼。

[0015] 可选的，本发明进一步设置为，在所述顶板上装有用于限制所述正向拉力线沿所述第二滑轮滑动的第一线限位装置，在所述底板上装有用于限制所述反向拉力线沿所述第三滑轮滑动的第二线限位装置。

[0016] 可选的，本发明进一步设置为，所述第一线限位装置包括两个固定在所述顶板侧面的第一安装板，所述第二滑轮位于两个所述第一安装板之间，在所述第一安装板的底部固定有所述第一限位体，所述第一限位体位于所述第二滑轮下方，所述第一限位体上开有通孔；所述第二线限位装置包括两个固定在所述底板侧面的第二安装板，所述第三滑轮位于两个所述第二安装板之间，在所述第二安装板的底部固定有第二限位体，所述第二限位体位于所述第三滑轮上方，所述第二限位体上开有通孔；两个所述通孔位于所述第二滑轮和所述第三滑轮的连线上。第一线限位装置和第二线限位装置限定了在滑轮周围线的角度，防止线脱离滑轮。测试过程中，无人机可以在一定范围内自由飞行，自由调整方向，但超出一定范围后，线上的力会由于与铅锤方向角度的变大而形成将无人机拉回中心的负反馈力。

[0017] 可选的，本发明进一步设置为，所述侧板上装有限位板，所述限位板位于所述第五滑轮和所述底板之间，所述限位板上开有用于穿过所述正向拉力线和所述反向拉力线的两个限位孔，所述限位孔的尺寸小于所述正向重物和所述反向重物。

[0018] 通过上述技术方案，限位板限定了线长的最大值，可以保证无人机不会下降过度坠毁或上升过度撞毁，从而保证无人机不会飞出限定的区域。

[0019] 正向拉力线经过上部分的滑轮组(第二滑轮和第一滑轮)的转向后使一端的正向重物下降与一端的第一球形保护框上升成直接联系状态，当正向重物处于限位板限定的最高点时，第一球形保护框应处于其允许的最低点。

[0020] 下部分滑轮组(第三滑轮、第四滑轮和第五滑轮)，反向拉力线经过三个定滑轮的转向后使一端的反向重物下降与一端的第一球形保护框下降成直接联系状态，当反向重物处于限位板限定的最高点时，第一球形保护框应处于其允许的最高点。这样滑轮组与限位板就可以起到保持线处于收紧状态与防止球形框脱离限定区域的作用。

[0021] 可选的，本发明还包括实现所述可转动连接的装置，所述装置包括突起、轴承和连接件，所述连接件的一端设有卡槽，所述连接件的另一端设有安装孔，所述突起的一端固定在所述第一球形保护框或所述第二球形保护框内侧，所述突起的另一端设置于所述轴承的内环，所述轴承的外环放入所述安装孔内，通过所述轴承的内环、外环之间的转动配合，实现可转动地连接。该装置用于实现所述第二球形保护框的两端与所述第一球形保护框的内部两端可转动地连接、实现所述中轴的两端与所述第二球形保护框的内部两端可转动地连接。

[0022] 本发明进一步设置为，实现所述第二球形保护框的两端与所述第一球形保护框的内部两端可转动连接时，所述突起连接着所述第一球形保护框的内部两端并安装于轴承内环，所述轴承外环放入所述安装孔内，所述第一球形保护框卡在所述卡槽内。

[0023] 本发明进一步设置为，实现所述中轴的两端与所述第二球形保护框的内部两端可转动连接时，所述突起连接着所述第二球形保护框的内部两端并安装于所述轴承内环，所述轴承外环放入所述安装孔内，所述中轴的两端卡在所述卡槽内。

[0024] 同样的，所述中轴的两端与所述第二球形保护框的内部两端可转动地连接时，类似采用上述装置类似设置即可。

[0025] 可选的，本发明进一步设置为，所述第一球形保护框上开有用于固定所述正向拉力线和所述反向拉力线的两个孔。

[0026] 可选的，本发明进一步设置为，所述第一球形保护框、所述第二球形保护框和所述中轴可以使用碳纤维材料，也可以使用其他轻质高韧性固体材料。

[0027] 与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：

[0028] 本发明提供的无人机测试装置，让开发者可以在保护自身安全和飞行器安全的前提下，在室内环境对无人机的一些基本性能(飞控稳定性，悬停，转向等)和飞行参数(悬停载荷等)进行测试；让无人机初学者对无人机的操作进行熟悉和练习。

[0029] 本发明提供的无人机测试装置稳定性好，可控性高，确保在测试过程中无人机的安全和测试者自身的安全，保证研究人员无后顾之忧地方便地展开实验，减少无人机开发所需的时间。

附图说明

[0030] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

[0031] 图1为本发明一优选实施例的整体结构图；

[0032] 图2为本发明一优选实施例用于无人机测试的整体效果图；

[0033] 图3为本发明一优选实施例中无人机安装装置的结构示意图；

[0034] 图4为本发明一优选实施例中无人机安装装置X-Y平面运动效果图；

[0035] 图5为本发明一优选实施例中无人机安装装置Y-Z平面运动效果图；

[0036] 图6为本发明一优选实施例中无人机安装装置X-Z平面运动效果图。

[0037] 其中，1、第一球形保护框；2、第二球形保护框；3、中轴；4、正向拉力线；5、正向重物；6、反向拉力线；7、反向重物；8、顶板；9、侧板；10、底板；11、第一滑轮；12、第二滑轮；13、第三滑轮；14、第四滑轮；15、第五滑轮；16、第一安装板；17、第一限位体；18、第二安装板；19、第二限位体；20、限位板；21、突起；22、轴承；23、连接件；24、卡槽；25、安装孔；26、旋翼无人机。

具体实施方式

[0038] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

[0039] 参照图1-6所示，为本发明提供一种无人机测试保护装置的较优实施例示意图。

[0040] 参照图1-2所示，在本发明的一个实施例中，该无人机测试保护装置包括无人机安装装置、正向拉力装置和反向拉力装置，无人机安装装置包括第一球形保护框1、第二球形保护框2和中轴3，在中轴3的中部开有孔用于连接无人机，可以通过绑扎带捆绑固定。第二球形保护框2的外径小于第一球形保护框1的内径，第二球形保护框2的两端可转动地连接在第一球形保护框1的内部两端，中轴3的两端可转动地连接在第二球形保护框2的内部两端。正向拉力装置连接着第一球形保护框1上的一点，反向拉力装置连接着第一球形保护框1上的另一点，两个点的连线过第一球形保护框1的圆心。第二球形保护框2的尺寸需根据测试无人机的尺寸进行调整，第二球形保护框2的直径与无人机的占用空间之间留有一些余量较好，以适应可能出现的环的受冲击变形。第一球形保护框1只受上下铅锤方向的约束，提供在X-Y平面上的自由度。第一球形保护框1可沿第二球形保护框2内径转动，提供在Y-Z平面上的自由度，中轴3可沿第二球形保护框2转动，提供X-Z平面上的自由度。本发明能够保护无人机，尤其是多旋翼无人机26在其飞控进行自稳(滚转、俯仰和航向)相关功能的测试和实验时不会坠地受损，也保证研究人员的安全。

[0041] 作为本发明的一个优选实施例，正向拉力装置包括正向拉力线4和正向重物5，正向拉力线4连接着第一球形保护框1上的一点，正向重物5连接着正向拉力线4。反向拉力装置包括反向拉力线6和反向重物7，反向拉力线6连接着第一球形保护框1上的另一点，反向重物7连接着反向拉力线6。可在第一球形保护框1上开有两个孔，用于固定正向拉力线4和反向拉力线6。正向重物5和反向重物7的重量大小可调可变，可以使正向拉力线4和反向拉力线6的张力大小不同，人为制造载荷，测试无人机的垂直负载性能。

[0042] 作为本发明的一个优选实施例，无人机测试保护装置还包括固定装置，固定装置包括顶板8、侧板9和底板10，侧板9的顶部和底部分别垂直连接着顶板8和底板10的一端。顶板8上装有第一滑轮11和第二滑轮12，第一滑轮11位于第二滑轮12和侧板9之间，正向拉力线4从第一球形保护框1出发依次穿过第二滑轮12和第一滑轮11。底板10上装有第三滑轮13和第四滑轮14，第四滑轮14位于第三滑轮13和侧板9之间，在侧板9的上部装有第五滑轮15，反向拉力线6从第一球形保护框1出发依次穿过第三滑轮13、第四滑轮14和第五滑轮15。

[0043] 通过滑轮组的引导使重物施加的力施加在线上，使线保持绷紧的状态，防止其在收放过程中绕进旋翼。

[0044] 作为本发明的一个优选实施例，在顶板8上装有用于限制正向拉力线4沿第二滑轮12滑动的第一线限位装置，在底板10上装有用于限制反向拉力线6沿第三滑轮13滑动的第二线限位装置。作为该实施例的进一步优化，第一线限位装置包括两个固定在顶板8侧面的第一安装板16，第二滑轮12位于两个第一安装板16之间，在第一安装板16的底部固定有第一限位体17，第一限位体17位于第二滑轮12下方，第一限位体17上开有通孔。第二线限位装置包括两个固定在底板10侧面的第二安装板18，第三滑轮13位于两个第二安装板18之间，在第二安装板18的底部固定有第二限位体19，第二限位体19位于第三滑轮13上方，第二限位体19上开有通孔。两个通孔位于第二滑轮12和第三滑轮13的连线上。第一线限位装置和第二线限位装置限定了滑轮周围线的角度，防止线脱离滑轮。测试过程中，无人机可以在一定范围内自由飞行，自由调整方向，但超出一定范围后，线上的力会由于与铅锤方向角度的变大而形成将无人机拉回中心的负反馈力，限制测试中无人机的最大飞行范围。

[0045] 作为本发明的一个优选实施例，侧板9上装有限位板20，限位板20位于第五滑轮15和底板10之间，限位板20上开有用于穿过正向拉力线4和反向拉力线6的两个限位孔，限位孔的尺寸小于正向重物5和反向重物7。限位板20限定了线长的最大值，可以保证无人机不会下降过度坠毁或上升过度撞毁，从而保证无人机不会飞出限定的区域。

[0046] 作为本发明的一个优选实施例，还包括实现可转动连接的装置，参照图3-6所示，该装置包括突起21、轴承22和连接件23，连接件23的一端设有卡槽24，连接件23的另一端设有安装孔，突起21的一端固定在第一球形保护框或1第二球形保护框2内侧，突起21的另一端设置于轴承22的内环，轴承22的外环放入安装孔25内，通过轴承22的内环、外环之间的转动配合，实现可转动地连接。

[0047] 具体的，如图3-6中所示，实现第二球形保护框2的两端与第一球形保护框1的内部两端可转动连接时，突起21连接着第一球形保护框1的内部两端并安装于轴承22内环，轴承22外环放入安装孔25内，第一球形保护框1卡在卡槽24内。

[0048] 实现中轴3的两端与第二球形保护框2的内部两端可转动连接时，突起21连接着第二球形保护框2的内部两端并安装于轴承22内环，轴承22外环放入安装孔25内，中轴3的两端卡在卡槽24内。优选的，可将中轴3的的两端设置成较宽的板状，宽度大于卡槽24的宽度，以防中轴3在无人机运动过程中滑脱。

[0049] 为了实现中轴3的两端可转动地连接在第二球形保护框2的内部两端，中轴3的两端与第二球形保护框2的内部两端可转动地连接的装置可使用上述实现中轴3的两端与第二球形保护框2的内部两端可转动连接的装置。

[0050] 在其他实施例中，实现第二球形保护框2的两端与第一球形保护框1的内部两端可转动连接的装置还可以是其他可转动连接装置，例如，可将第一球形保护框1设置成较宽的宽度，在第一球形保护框1上开设两个孔，然后装上轴承22，轴承22在连接着第二球形保护框2的外边缘即可，但是这样需要第一球形保护框1有较宽的宽度，相对于上一实施例，装置成本会高，且整体会更重，操作难度比上一实施例大，所以结构优选上一实施例。

[0051] 作为本发明的一个优选实施例，第一球形保护框1、第二球形保护框2和中轴3可以使用碳纤维材料，也可以使用其他轻质高韧性固体材料，且第二球形保护框2的尺寸需根据测试无人机的尺寸进行调整，第二球形保护框2的直径与无人机的占用空间之间留有一些余量较好，以适应可能出现的环的受冲击变形。

[0052] 本发明的优选实施例用于无人机测试的效果图可参考图1，图3为无人机安装装置的结构示意图，本发明实施例中对X-Y平面上的自由度通过第一球形保护框1跟随线的旋转而保证，其工作原理如图4所示(此处为方便观察隐去了多旋翼无人机26，以下相同)。本发明实施例中对Y-Z平面上的自由度通过第二球形保护框2相对第一球形保护框1的旋转而保证，其工作原理如图5所示。本发明实施例中对X-Z平面上的自由度通过中轴3相对第二球形保护框2的旋转而保证，其工作原理如图6所示。

[0053] 当进行无人机试飞时，只需将多旋翼无人机26通过绑扎带固定到中轴3上，即可进行相关试验。

[0054] 当进行无人机负载测试时，只需将线与正向重物5、线与反向重物7的重物端重量进行调节，即可进行测试。

[0055] 以上是本发明的部分优选结构设计，当然在其他实施例中，各个优选结构可以单独使用，在互相不冲突的前提下，也可以任意组合使用，组合使用时效果会更好。

[0056] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于本发明简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0057] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。