[发明专利]基于六维力传感器的小型旋翼无人机陀螺仪结构测试系统

权利要求书

1.一种基于六维力传感器的小型旋翼无人机陀螺仪结构测试系统，其特征在于，包括：

一基于三轴陀螺仪结构的三自由度运动测试平台，用于小型无人机进行俯仰、滚转及偏航三自由度任意运动；

一基于多源传感器组合的无人机状态测量模块，包括六维力传感器、惯性姿态传感器和无人机外部传感器，用于测量无人机x，y，z轴力和力矩反应飞行姿态情况；以及无人机系统的IMU姿态感知传感器用于测量加速度和角速度反应无人机运动响应性能；所述六维力传感器连接于支撑框架中部；其中无人机外部传感器包括空速计、气压计和视觉传感器；

一测试平台地面站控制模块，包括飞行控制器和测试平台控制器，用于操作无人机多种运动模式和测量平台的观测参数模型，实现无人机动作测量、状态感知、数据传输及PC端可视化；

一多源数据融合与分析原理模型，基于所述无人机状态测量模块测量得到的姿态、受力和飞控参数得到无人机的飞行动力学特征；

所述三自由度运动测试平台包括：测试框架、球形支撑架、圆环形支撑架、连接件、支撑杆、固定件、深沟球轴承和直线轴承；其中球形支撑架通过所述连接件组装成外侧球形框架；在所述连接件内装有所述深沟球轴承，所述连接件通过旋转轴插入直线轴承内；所述直线轴承镶嵌于所述支撑框架内；所述支撑杆两端通过轴连接于所述圆环支撑架上，所述固定件连接在所述支撑杆上用于连接被测试的无人机；

所述支撑框架包括底座及位于底座上的第一铝杆(1-1)和第二铝杆，在第一铝杆(1-1)内嵌有直线轴承(9-1)，在第二铝杆内嵌有直线轴承，在所述底座下端设置有用于调平的地脚；

所述球形支撑框架通过第一连接件(4-1-1)、第二连接件(4-1-2)、第三连接件(4-1-3)、第四连接件(4-1-4)、第五连接件(4-1-5)和第六连接件(4-1-6)将12支弧形杆连接组装为球形；每个连接件内部嵌有一个所述深沟球轴承；每个连接件与弧形杆通过螺栓连接；第一连接件(4-1-1)内部的内部深沟球轴承通过贯通的轴与第一铝杆(1-1)内部直线轴承(9-1)相连，第二连接件(4-1-2)内部深沟球轴承通过贯通的轴与第二铝杆内部直线轴承相连；第三连接件(4-1-3)内部深沟球轴承通过贯通的轴与第七连接件(4-2-1)内部深沟球轴承相连；第四连接件(4-1-4)内部深沟球轴承通过贯通的轴与第八连接件(4-2-2)内部深沟球轴承相连；

所述圆环形支撑架通过第七连接件(4-2-1)、第八连接件(4-2-2)、第九连接件和第十连接件将4支弧形杆连接组装为圆环形；在所述支撑杆一端嵌有第一套筒(5-1-1)，在第一套筒(5-1-1)上固定有第二套筒(5-1-2)，在所述支撑杆另一端嵌有第三套筒(5-2-1)，在第三套筒(5-2-1)上固定有第四套筒(5-2-2)，在所述第二套筒(5-2-1)内部分别嵌有深沟球轴承，在所述第四套筒(5-2-2)内部嵌有深沟球轴承；第九连接件内部深沟球轴承通过贯通的轴与第三套筒内部深沟球轴承相连，第十连接件内部深沟球轴承通过贯通的轴与第四套筒内部深沟球轴承相连；所述六维力传感器与第一铝杆(1-1)相连，通过直线轴承(9-1)的贯通轴上表面接触六维力传感器下表面。

2.根据权利要求1所述的基于六维力传感器的小型旋翼无人机陀螺仪结构测试系统，其特征在于：基于所述无人机状态测量模块测量得到的姿态、受力和飞控参数得到的无人机的飞行动力学特征为：

其中，l为滚转力矩；m为俯仰力矩；n为偏航力矩；I_x、I_y、和I_z分别为绕机体坐标系x_b轴、y_b轴和z_b轴的转动惯量；I_xy为关于xy平面的惯性积；I_xz为关于xz平面的惯性积；分别为在机体坐标系上三个角速度分量p、q、r关于时间的导数。

3.根据权利要求1所述的基于六维力传感器的小型旋翼无人机陀螺仪结构测试系统，其特征在于：无人机飞控模块测量数据与测量平台所安装的六维力触觉传感器测量数据分别传输至PC端。