一种遥控跳伞机器人及空投试验的方法
【专利摘要】一种遥控跳伞机器人，它包括地面发射机、接收机、信号转换模块、调速器、电机及卷扬系统、传感器模块、摄像模块；各件之间通过导线或线缆彼此相互连接；地面发射机产生并发射无线控制信号，接收机收到无线控制信号后发送至信号转换模块，信号转换模块完成信号的数/模转换后将模拟信号发送至调速器，调速器驱动电机带动卷扬系统，卷扬系统中的绳索与降落伞操纵棒相连，最终完成对降落伞的操控；机器人所携带的传感器模块、摄像模块采集、记录、存储相关数据及视频信息并发送实时信号至地面发射机；一种遥控跳伞机器人空投试验的方法，它有八大步骤。本发明通过遥控实现地面人员对降落伞的操控，完成新型伞的空投试验。
【专利说明】一种遥控跳伞机器人及空投试验的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种遥控跳伞机器人及空投试验的方法，用于进行新型降落伞的空投试验。该装置使用以单片机为核心的电路板完成控制指令的采集、编码与发送，使用2.4GHz直接序列扩频技术(DSSS)完成远程通信，使用以单片机为核心的电路板完成控制指令的接收、解码与传输，使用直流力矩电机完成对机械结构的驱动，属于机械电子【技术领域】。
技术背景
[0002]目前的新型降落伞空投试验是由跳伞员使用新型降落伞从飞行状态的运输机上跳下完成跳伞作业，这存在如下几点问题:
[0003](I)尽管进行空投试验的新型降落伞都已通过了各项地面试验的测试，但其与定型伞之间还是有着本质区别的。这也造成了跳伞员人身安全的潜在威胁。
[0004](2)为了保证跳伞员的安全，空投试验只能在跳伞高度600-1200m，跳伞速度150-200km/h的范围内进行。这大大限制了空投试验的试验内容。
[0005](3)由于跳伞员身体素质等因素的限制，空投试验的试验条件较为苛刻。
[0006](4)空投试验中多项试验结论为跳伞员主观给出，这造成了部分试验结论不够客观、不够精准的问题。
【发明内容】
[0007]为解决上述问题，本发明提供一种遥控跳伞机器人，地面人员可以通过遥控控制，驱动其机械结构做出相关动作，从而实现对降落伞的操控，继而完成新型伞的空投试验。
[0008]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0009]I) 一种遥控跳伞机器人，其特征在于，它包括了地面发射机、接收机、信号转换模块、调速器、电机及卷扬系统、传感器模块、摄像模块；它们之间的位置连接关系及信号走向是:各件之间通过导线或线缆彼此相互连接。地面发射机产生并发射无线控制信号，接收机收到无线控制信号后发送至信号转换模块，信号转换模块完成信号的数/模转换后将模拟信号发送至调速器，调速器驱动电机带动卷扬系统，卷扬系统中的绳索与降落伞操纵棒相连，最终完成对降落伞的操控。机器人所携带的传感器模块、摄像模块可以采集、记录、存储相关数据及视频信息并发送实时信号至地面发射机。
[0010]所述地面发射机是由一块液晶屏、两组操纵杆及若干操纵按钮集成于一块方形面板而成，它用于采集操作人员动作，编码产生操纵信号，经过调制以后使用2.4GHz载波将操控信号发送到接收机，地面发射机还可以逆向接收传感器模块及摄像模块发送回的传感器数据及视频信息，并显示在液晶屏上；
[0011]所述接收机是单片机芯片，它用于接收地面发射机模块发出的操纵信号，并完成解调工作，将操纵信号发送至信号转换模块；
[0012]所述信号转换模块是单片机芯片，它用于将操纵信号从数字信号转换为模拟信号，并发送至调速器；具体为将占空比为5% -10%、周期为20ms的PWM波信号转换为-5v-5v的电压信号；
[0013]所述调速器由集成电路板及I/O接口组成，它用于将操纵信号隔离放大，并发送至电机；
[0014]所述电机及卷扬系统，可以模拟人类手臂完成对降落伞操纵棒上下拉伸的操控动作，用于将接收到的操纵信号转化为起、停、加速、减速等电机动作，通过卷扬系统最终完成对降落伞操纵棒的控制，继而实现对降落伞的操控；该电机，用于接收信号后产生相应的旋转运动；该卷扬系统，用于将电机的旋转运动转换为绳索的直线运动；该绳索，用于牵引降落伞操纵棒完成上下拉伸的直线运动。
[0015]所述传感器模块由多个传感器与一个信号发射机组成，它用于采集温度、电压、GPS数据等信息，并发送至地面发射机；
[0016]所述摄像模块由摄像头、存储器、信号发射机组成，它用于采集视频信息，完成存储功能以后将其发送至地面发射机。
[0017]2) 一种遥控跳伞机器人空投试验的方法，它包括以下步骤:
[0018]步骤1:操控人员打开遥控跳伞机器人各个模块，并检查各个模块工作状态是否正常；
[0019]步骤2:操控人员完成各个模块之间的通信连接，并检查通信状态是否良好；
[0020]步骤3:操控人员将遥控跳伞机器人与降落伞相连接；
[0021]步骤4:操控人员将遥控跳伞机器人与降落伞送达试验起始高度；
[0022]步骤5:操控人员将遥控跳伞机器人与降落伞从试验起始高度抛下；
[0023]步骤6:操控人员控制地面发射机左右摇杆上下推动产生并发射无线控制信号，接收机收到无线控制信号后发送至信号转换模块，信号转换模块完成信号的数/模转换后将模拟信号发送至调速器，调速器驱动电机，带动卷扬系统，完成对降落伞的操控；
[0024]步骤7:遥控跳伞机器人所携带的传感器模块、摄像模块采集相关数据及视频信息发送至地面发射机，操控人员根据这些数据校正操控动作，完成对降落伞的精确控制，使其能够准确着陆；
[0025]步骤8:试验结束后，操控人员采集提取遥控跳伞机器人所记录的相关试验数据，利用计算机进行分析处理，得出试验结论。
[0026]优点及功效:本发明对比已有技术具有以下显著优点:
[0027](I)跳伞员的人身安全将会得到更大的保障。基于本发明，跳伞机器人在未来将可部分替代跳伞员的工作。对于刚刚完成地面试验的未定型降落伞而言，直接由跳伞员完成空投试验显然具有一定的危险性。在这种情况下，便可先由跳伞机器人完成一定量的空投试验，再由跳伞员完成最后的验证。这将最大程度上的保障跳伞人员的安全。
[0028](2)空投试验的试验内容将得到极大的扩展。为了保证跳伞员的安全，空投试验只能在跳伞高度600-1200m，跳伞速度150_200km/h的范围内进行。而采用本发明来完成空投试验则充分补充高空高速、低空低速这两大试验空白。
[0029](3)可以使得空投试验条件要求大大降低。由于其所具备的各项功能，采用本发明进行空投试验将使得试验的条件要求大大降低，今后试验人员将有更大的试验时机选择空间。
[0030](4)可以得到更为客观、精准的试验数据。基于本发明，可以通过在跳伞机器人系统上携带各类传感器，实时显示并记录各项试验数据。在此基础上，便可以得到大量的客观、精确的试验数据，从而通过数据分析，得出试验结论，进一步的指导降落伞的研制与改进工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1是总体设计方案示意图
[0032]图2是地面发射机示意图
[0033]图3是接收机示意图
[0034]图4是信号转换模块示意图
[0035]图5是调速器示意图
[0036]图6是传感器模块示意图
[0037]图7是摄像模块示意图
[0038]图中符号说明如下:1.地面发射机左摇杆，2.地面发射机右摇杆，3.地面发射机左控制区，4.地面发射机右控制区，5.地面发射机天线，6.接收机指示灯，7.接收机X方向天线，8.接收机Y方向天线，9.接收机信道01，10.接收机信道02，11.接收机信道03，12.接收机信道04，13.接收机信道05，14.接收机信道06，15.信号转换模块信号输出端，16.信号转换模块隔离放大器，17.信号转换模块数/模转换器，18.信号转换模块信号输入端，19.信号转换模块供电端，20.调速器供电端，21.调速器信号输出端，22.调速器刹车端，23.调速器接地端，24.调速器反向端，25.调速器5V电压输出端，26.调速器信号输入端，27.传感器模块温度传感器01，28.传感器模块温度传感器02，29.传感器模块温度传感器03，30.传感器模块温度传感器04，31.传感器模块电压传感器01，32.传感器模块电压传感器02，33.传感器模块天线，34.传感器模块GPS，35.传感器模块供电端，36.摄像模块摄像头，37.摄像模块存储卡，38.摄像模块信号线，39.摄像模块天线，40.摄像模块信道选择器。
【具体实施方式】
[0039]下面结合附图对本发明作进一步描述。
[0040]一种遥控跳伞机器人，其特征在于，它包括了地面发射机、接收机、信号转换模块、调速器、电机及卷扬系统、传感器模块、摄像模块；它们之间的位置连接关系及信号走向是:地面发射机产生并发射无线控制信号，接收机收到无线控制信号后发送至信号转换模块(导线连接)，信号转换模块完成信号的数/模转换后将模拟信号发送至调速器(导线连接)，调速器驱动电机(导线连接)，带动卷扬系统(卷扬系统中的卷扬筒通过电机键固定于电机轴上)，最终完成对降落伞的操控(卷扬系统中的绳索与降落伞操纵棒相连)。机器人所携带的传感器模块、摄像模块可以采集、记录、存储相关数据及视频信息并发送实时信号至地面发射机(无线信号)。
[0041]一种遥控跳伞机器人空投试验的方法，它包括以下步骤:
[0042]步骤1:操控人员打开遥控跳伞机器人各个模块，并检查各个模块工作状态是否正常；
[0043]步骤2:操控人员完成各个模块之间的通信连接，并检查通信状态是否良好；
[0044]步骤3:操控人员将遥控跳伞机器人与降落伞相连接；
[0045]步骤4:操控人员将遥控跳伞机器人与降落伞送达试验起始高度；
[0046]步骤5:操控人员将遥控跳伞机器人与降落伞从试验起始高度抛下；
[0047]步骤6:操控人员控制地面发射机左右摇杆上下推动产生并发射无线控制信号，接收机收到无线控制信号后发送至信号转换模块，信号转换模块完成信号的数/模转换后将模拟信号发送至调速器，调速器驱动电机，带动卷扬系统，完成对降落伞的操控；
[0048]步骤7:遥控跳伞机器人所携带的传感器模块、摄像模块采集相关数据及视频信息发送至地面发射机，操控人员根据这些数据校正操控动作，完成对降落伞的精确控制，使其能够准确着陆；
[0049]步骤8:试验结束后，操控人员采集提取遥控跳伞机器人所记录的相关试验数据，利用计算机进行分析处理，得出试验结论。
[0050]本发明总体设计方案如图1所示。地面人员操控地面发射机，地面发射机产生并输出信号到接收机，接收机输出数字信号到信号转换模块，信号转换模块将信号变为模拟信号后输出到调速器，调速器控制电机工作，从而控制降落伞各项动作。操作人员根据降落伞各项动作调整操作动作，从而实现反馈控制。此外，系统包含传感器模块及摄像模块，可发送同步信号到地面接收机。
[0051]图2为地面发射机示意图。面板中央为电源开关，可以通过拨动划片实现电源的通断。面板下部中央为显示屏，可以即时显示各项数据。面板下部两侧为操控按钮，可以通过对其的操作实现地面发射机各项参数的设置以及各项数据的显示。面板左上与右上各有一个摇杆，可以通过对其上下推动实现对左右电机的远程遥控，其中摇杆上推电机正转，摇杆下推电机反转。面板最上端为天线，信号由此接收与发出。
[0052]图3为接收机示意图。面板内部为一块集成电路板，可以接收指令信号，并完成解码的工作。面板左上为指示灯，当远程通信建立成功后，指示灯为红色常亮。面板右侧为从上至下六排三通道插槽，可以通过导线连出，从而实现指令信号的传输。
[0053]图4为信号转换模块示意图。原始信号由接收机发出，通过面板左下三根导线(红、白、黑)进入模块电路，经过模块电路对其进行的相应转换，最终从面板上端导线传出。面板右下为供电导线(红、黑)。
[0054]图5为调速器示意图。左侧为接线端，由上至下依次为供电端正、供电端负、信号输出端正、信号输出端负、信号输入端负、信号输入端正。调速器通过信号输入端接收信号转换模块发出的信号，并经过处理由信号输出端传送至电机，最终完成对电机的驱动。供电端负责模块的供电。
[0055]图6为传感器模块示意图。左侧插槽接收的信号从上至下依次为温度传感器01、温度传感器02、温度传感器03、温度传感器04、电压传感器01、电压传感器02。右侧最上端插槽用来接收GPS信号，最下端插槽为供电插槽。整个模块可以接收温度、电压、GPS等信号，并通过面板右上方天线传送回地面发射机。
[0056]图7为摄像模块示意图。左侧为摄像头，可以完成视频信息的采集及存储，并可以通过信号线传送到右侧发射机。右侧为发射机，可以接收摄像头发送的视频信号，并经过处理后通过上端天线将信号传送回地面发射机。
【权利要求】
1.一种遥控跳伞机器人，其特征在于:它包括地面发射机、接收机、信号转换模块、调速器、电机及卷扬系统、传感器模块、摄像模块；各件之间通过导线或线缆彼此相互连接；地面发射机产生并发射无线控制信号，接收机收到无线控制信号后发送至信号转换模块，信号转换模块完成信号的数/模转换后将模拟信号发送至调速器，调速器驱动电机带动卷扬系统，卷扬系统中的绳索与降落伞操纵棒相连，最终完成对降落伞的操控；机器人所携带的传感器模块、摄像模块采集、记录、存储相关数据及视频信息并发送实时信号至地面发射机； 所述地面发射机是由一块液晶屏、两组操纵杆及复数个操纵按钮集成于一块方形面板而成，它用于采集操作人员动作，编码产生操纵信号，经过调制以后使用2.4GHz载波将操控信号发送到接收机，地面发射机还逆向接收传感器模块及摄像模块发送回的传感器数据及视频信息，并显示在液晶屏上； 所述接收机是单片机芯片，它用于接收地面发射机模块发出的操纵信号，并完成解调工作，将操纵信号发送至信号转换模块； 所述信号转换模块是单片机芯片，它用于将操纵信号从数字信号转换为模拟信号，并发送至调速器；具体为将占空比为5% -10%、周期为20ms的PWM波信号转换为-5v-5v的电压信号； 所述调速器由集成电路板及I/o接口组成，它用于将操纵信号隔离放大，并发送至电机； 所述电机及卷扬系统，能模拟人类手臂完成对降落伞操纵棒上下拉伸的操控动作，用于将接收到的操纵信号转化为起、停、加速、减速电机动作，通过卷扬系统最终完成对降落伞操纵棒的控制，继而实现对降落伞的操控；该电机用于接收信号后产生相应的旋转运动；该卷扬系统，用于将电机的旋转运动转换为绳索的直线运动；该绳索用于牵引降落伞操纵棒完成上下拉伸的直线运动； 所述传感器模块由复数个传感器与一个信号发射机组成，它用于采集温度、电压、GPS数据信息，并发送至地面发射机； 所述摄像模块由摄像头、存储器、信号发射机组成，它用于采集视频信息，完成存储功能以后将其发送至地面发射机。
2.一种遥控跳伞机器人空投试验的方法，其特征在于:它包括以下步骤: 步骤1:操控人员打开遥控跳伞机器人各个模块，并检查各个模块工作状态是否正常； 步骤2:操控人员完成各个模块之间的通信连接，并检查通信状态是否良好； 步骤3:操控人员将遥控跳伞机器人与降落伞相连接； 步骤4:操控人员将遥控跳伞机器人与降落伞送达试验起始高度； 步骤5:操控人员将遥控跳伞机器人与降落伞从试验起始高度抛下； 步骤6:操控人员控制地面发射机左右摇杆上下推动产生并发射无线控制信号，接收机收到无线控制信号后发送至信号转换模块，信号转换模块完成信号的数/模转换后将模拟信号发送至调速器，调速器驱动电机，带动卷扬系统，完成对降落伞的操控； 步骤7:遥控跳伞机器人所携带的传感器模块、摄像模块采集相关数据及视频信息发送至地面发射机，操控人员根据这些数据校正操控动作，完成对降落伞的精确控制，使其能够准确着陆； 步骤8:试验结束后，操控人员采集提取遥控跳伞机器人所记录的相关试验数据，利用计算机进行分析处理，得出试验结论。
【文档编号】H04N7/18GK104483862SQ201410768807
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月12日 优先权日:2014年12月12日
【发明者】付永领, 张志祥, 马坤昌 申请人:北京航空航天大学