兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (9): 2836-2848.doi: 10.12382/bgxb.2022.0760
所属专题: 智能系统与装备技术
收稿日期:
2022-08-31
上线日期:
2023-02-12
通讯作者:
基金资助:
HUANG Feng, WANG Weixiong, LIN Zhonglin*(), WU Xianyu, ZHUANG Jiaquan
Received:
2022-08-31
Online:
2023-02-12
摘要:
无人机视觉导航仿真实验能够验证算法的鲁棒性和精确度,加快算法的迭代优化。传统的基于计算机仿真模型的硬件在环仿真实验平台难以复现真实的视觉导航飞行过程,需要设计一种高精度的用于无人机视觉导航试验的半物理仿真平台。根据四旋翼无人机的特性和仿真模型,提出一种新型的由三轴转台和三轴桁架组成的6自由度机械结构,该机械结构可以在4.0m×2.0m×1.4m的三维空间范围内真实地模拟四旋翼无人机的飞行姿态;根据设计的机械结构及其动力学特性,设计基于EtherCAT通讯的控制系统,同时实现真实物理环境飞行姿态模拟与虚拟动画空间同步飞行姿态仿真。测试结果表明:三轴转台的重复定位精度达到0.006 °,三轴桁架的重复定位精度达到0.033mm,动态误差精度达到0.04 °和0.4mm;通过室内外对比试验验证了仿真平台的有效性,表明仿真平台可满足高精度无人机视觉导航模拟的需求。
中图分类号:
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HUANG Feng, WANG Weixiong, LIN Zhonglin, WU Xianyu, ZHUANG Jiaquan. Design and Experimental Study of a Novel Semi-physical Simulation Platform for Visual Navigation of Quadrotor UAVs[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(9): 2836-2848.
转台坐标轴 | 转动惯量J/(kg·mm2) | ||
---|---|---|---|
X轴 | Y轴 | Z轴 | |
r轴 | 0.6512 | 0.6495 | 0.6295 |
i轴 | 0.1657 | 0.1635 | 0.3191 |
o轴 | 0.7198 |
表1 三轴相对各转动轴的转动惯量近似值
Table 1 Approximate of the oment of inertia of the three axes relative to each axis of rotation
转台坐标轴 | 转动惯量J/(kg·mm2) | ||
---|---|---|---|
X轴 | Y轴 | Z轴 | |
r轴 | 0.6512 | 0.6495 | 0.6295 |
i轴 | 0.1657 | 0.1635 | 0.3191 |
o轴 | 0.7198 |
设计参数 | X轴 | Y轴 | Z轴 |
---|---|---|---|
最大速度/(mm·s-1) | 1000 | 1000 | 1000 |
最大加速度/(mm·s-2) | 1000 | 1000 | 1000 |
线性负载/N | 1643.5 | 775.1 | 2918.7 |
表2 三轴桁架主要参数
Table 2 Main parameters of the three-axis truss
设计参数 | X轴 | Y轴 | Z轴 |
---|---|---|---|
最大速度/(mm·s-1) | 1000 | 1000 | 1000 |
最大加速度/(mm·s-2) | 1000 | 1000 | 1000 |
线性负载/N | 1643.5 | 775.1 | 2918.7 |
设计参数 | o轴 | r轴 | i轴 |
---|---|---|---|
最大速度/((°)·s-1) | 20 | 20 | 20 |
最大加速度/((°)·s-2) | 20 | 20 | 20 |
线性负载/(kg·mm2) | 1.04 | 0.66 | 0.81 |
表3 三轴转台架主要参数
Table 3 Main parameters of the three-axis rotary table
设计参数 | o轴 | r轴 | i轴 |
---|---|---|---|
最大速度/((°)·s-1) | 20 | 20 | 20 |
最大加速度/((°)·s-2) | 20 | 20 | 20 |
线性负载/(kg·mm2) | 1.04 | 0.66 | 0.81 |
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