一种农用无人机室内飞行练习的辅助装置及训练方法与流程

本发明涉及农业航空技术领域，具体涉及一种农用无人机室内飞行练习的辅助装置及训练方法。

背景技术：

近年来，农用无人机的研究越来越火，备受政府部门重视。为此，各个企业研发了各种类型无人机，在生产实际应用中，农用无人机主要用于田间喷雾施药、遥感监测、测量测绘，由于农用无人机不像消费级无人机那样小巧，需要专业性飞手经过专业化培训，考取上岗资格证才能上岗飞行，近年来农用航空领域的热门，使得越来越多的人群想要考取飞行资格证，成为一名合格的飞手，但是新手的练习之中，炸机情况时有发生，大部分原因是由于操作人员对农用无人机不熟悉，因为电脑上模拟平台只是新手对遥控器的使用熟悉，真正的实操还需要遥控器和农用无人机的有机结合，因此需要一个室内飞行的保护装置，让农用无人机操作员更好的练习，同时也能保护无人机不受损失。

室外的无人机飞行需要大面积地方，同时也需要人烟稀少处和非禁飞区域，所以对于无人机飞行人员来说，想要飞行练习或者试飞不同的无人机，需要在室内飞行，但是由于室内空间比较小，无人机很容易就会与其他物体碰撞，因此需要一种无人机保护装置，在室内飞行中保护无人机安全和操作人员的人身安全。然而现有技术中，并没有一种关于无人机室内练习的保护装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种农用无人机室内飞行练习的辅助装置，该辅助装置不仅可以减小无人机练习场所的室内面积，而且可以避免农用无人机因为练习人员的操作不当而导致无人机出现炸机或者撞毁的情况，此外该辅助装置还能保护练习人员的人身安全。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种农用无人机室内飞行练习的辅助装置，包括姿态跟随机构、用于支撑姿态跟随机构的支撑机构以及设置在支撑机构上的缓冲机构；其中，

所述支撑机构包括底盘、顶盘以及设在底盘与顶盘之间的支撑组件，其中，所述顶盘的中心位置设置有第一通孔；所述缓冲机构安装在该顶盘上，所述底盘的投影面积大于无人机的投影面积；

所述缓冲机构包括水平支撑板以及设置在水平支撑板与所述顶盘之间的多组缓冲组件，其中，所述水平支撑板上设置有第二通孔；所述缓冲组件包括设置在水平支撑板下方的缓冲弹簧定位套筒、设置在顶盘上与所述缓冲弹簧定位套筒同轴线的支撑柱以及设置在顶盘与所述缓冲弹簧定位套筒之间的缓冲弹簧，其中，所述缓冲弹簧上端与所述缓冲弹簧定位套筒连接，下端穿过支撑柱与顶盘连接；

所述姿态跟随机构包括水平横杆、侧向姿态跟随机构以及竖向姿态跟随机构，其中，所述农用无人机固定在水平横杆上；所述侧向姿态跟随机构包括万向球头轴承以及底座，其中，所述万向球头轴承包括球形轴承座和球头，球形轴承座安装在底座上，所述球头安装在球形轴承座上，该球头与所述水平横杆连接；所述竖向跟随机构包括线性轴、线性轴承、线性轴承座以及限位块，其中，所述线性轴承安装在线性轴承座上，该线性轴承座固定在所述顶盘上，所述线性轴上端与底座连接，下端穿过第二通孔、线性轴承、第一通孔并与限位块连接。

本发明的农用无人机室内飞行练习的辅助装置的工作原理是：

练习前，练习人员将无人机安装在水平横杆上，此时无人机由于自身重力，使得无人机以及安装在无人机下端的水平横杆向下落在水平支撑板上并促使水平支撑板向下降落，使得作用在水平支撑板与顶盘上的缓冲弹簧处于压缩状态，此时无人机水平停放在水平支撑板上。

开始练习时，练习人员启动无人机并通过控制系统控制无人机以不同姿态飞行。在试飞过程中，当无人机直线上升时，该无人机带动姿态跟随机构向上运动，具体表现在：随着无人机高度的增加，竖向姿态跟随机构的线性轴不断向上运动，当该竖向姿态跟随机构中设置在线性轴下端的限位块与所述顶盘接触时，由于所述无人机对所述辅助装置的拉力小于该辅助装置的重力，因此所述无人机无法提起该辅助装置，因此该无人机的飞行高度达到极限。在这个过程中，由于缓冲机构所受到无人机以及水平横杆的向下的压力消失，使得缓冲弹簧逐渐恢复为自然伸长状态。当练习人员控制无人机侧向飞行时，由于侧向姿态跟随机构与所述无人机通过万向球头轴承连接，使得无人机虽然可以以万向球头轴承为中心进行不同程度和方向的偏摆，但是无法脱离万向球头轴承。这样通过姿态跟随机构，使得无人机只能在所述辅助装置上端特定的运动空间内飞行，但是不能飞离该运动空间。为了使练习人员的练习效果更好，在侧飞的过程中，虽然无人机不能提起该辅助装置，但是无人机侧飞时产生的水平方向上的分力能够拖动所述辅助装置滑行，这样使得练习效果更显著。

当由于练习人员的操作不当或者其他因素导致无人机坠落，此时，无人机以及安装在无人机上的水平横杆由于线性轴的约束做自由落体运动，从而挤压水平支撑板，使得作用在水平支撑板与顶盘之间的缓冲弹簧由之前的自然伸长状态逐渐向压缩状态转换。在这个过程中，所述缓冲弹簧对坠落的无人机有一个向上的支撑力，从而使得坠落的无人机得到缓冲，最终安全降落在水平支撑板上。当无人机在室内拖动所述辅助装置滑行时，由于室内空间较小，当无人机撞上某些物体(墙壁、桌子或其他障碍物)时，由于所述底盘的投影面积大于所述无人机张开后的投影面积，因此该底盘先于无人机与物体接触从而避免了无人机与物体相撞。

本发明的一个优选方案，所述底盘上设置有多个便于底盘移动的万向锁紧轮。这样，在无人机拖动所述辅助装置滑行的过程中，该辅助装置与地面之间的滑动摩擦变成滚动摩擦，从而大大减小了所述辅助装置与地面之间的摩擦力，这样既减小了无人机做的无用功，又使练习效果更好。

本发明的一个优选方案，所述底盘上设置有弹性防撞条，所述弹性防撞条包裹着该底盘的四周。这样，当练习人员因为操作失误导致无人机撞上墙壁时，由于所述底盘的投影面积大于无人机的投影面积且该底盘四周均包裹着弹性防撞条，因此底盘先撞上墙壁，在底盘撞上墙壁的过程中，由于弹性防撞条的缓冲作用，碰撞产生的冲击均被弹性防撞条吸收，使得无人机所受到的冲击减小，从而避免无人机因为冲击过大而使无人机内部零件损坏。

本发明的一个优选方案，所述顶盘的上下两端均设置有线性轴承与线性轴承座，所述线性轴承与所述线性轴承座呈对称安装在所述顶盘端的上下两端，所述线性轴从所述顶盘上下两侧的线性轴承穿过。其目的在于减小无人机上升时线性轴所受到的摩擦力，避免因为摩擦力过大对无人机的练习产生影响。此外，所述顶盘上下两侧的线性轴承对线性轴有起到限位作用，使得线性轴只能竖向运动，使得缓冲机构产生作用，保证坠落的无人机降落在水平支撑板上且在该过程中所受到的冲击最小，从而保护无人机。

本发明的一个优选方案，所述线性轴上设置有压缩弹簧，该压缩弹簧上端与所述顶盘下端的线性轴承连接，下端与限位块连接。这样，在无人机直线上升的过程中，无人机带动线性轴向上运动，此时线性轴下端的限位块向上挤压压缩弹簧，使得该压缩弹簧产生弹性形变，对限位块产生一个向下的压力，使得向上运动的限位块得以缓冲，避免了该限位块剧烈撞击所述顶盘，从而产生较大的冲击并传递给无人机，对无人机内部的零件造成损坏。

本发明的一个优选方案，所述水平横杆下端在与水平支撑板对应位置处设置有两组支承组件，每组支承组件包括两个呈对称安装在水平横杆上的支承座，该支承座通过螺钉固定在水平横杆上。其目的在于增大水平横杆与水平支撑板的接触面积，当无人机因为意外降落时，无人机以及安装在无人机上的水平横杆向下挤压水平支撑板的过程中，由于所述水平横杆与所述水平支撑板的接触面积增大，从而能够水平压缩缓冲弹簧，进而保证无人机降落时得以缓冲且在缓冲过程中能保持水平降落。

本发明的一个优选方案，所述辅助装置还设置有定位模块，该定位模块包括信号发射端以及信号接收端，其中，所述信号发射端安装在无人机上，所述信号接收端安装在地面控制设备上。由于在室内练习无人机时，gps信号容易受到干扰，因此必须对无人机进行定位后才可以飞行，因此无人机上的信号发射端向地面设备发射信号，地面控制设备检测到信号之后从而对无人机进行定位，之后练习人员才能通过地面设备对无人机进行操纵，这样使得练习人员操纵无人机时误差更小，练习效果更显著。

本发明的一个优选方案，所述底盘、顶盘以及支撑组件均由线性杆件组成；其中，所述底盘包括一对呈水平交叉放置的第一水平线性杆件以及两对呈竖直放置的第一竖向线性杆件，其中，所述第一竖向线性杆件上端与第一水平线性杆件连接，下端与万向锁紧轮连接，所述弹性防撞条依次连接在第一水平线性杆件的端部之间；所述顶盘包括一对呈十字水平放置的第二水平线性杆件，所述支撑组件上端连接在其中一根第二水平线性杆件上，下端连接在所述两根第一水平线性杆件的交点处。由于线性杆件为型材且表面上设置有安装槽，因此组装方便，价格低廉，使得上述底盘、顶盘以及支撑组件结构简单，成本低廉。

进一步地，所述支撑组件包括固定在两根第一水平线性杆件交点处的第二竖向线性杆件、一对固定在其中一根第二水平线性杆件的端点处的第三竖向线性杆件以及用于连接第二竖向线性杆件与两根第三竖向线性杆件的第三水平线性杆件。上述结构使得支撑组件的支撑效果更好，从而使得所述辅助装置更加牢固，稳定性更好。

本发明的一个优选方案，所述支撑机构在线性杆件与线性杆件的连接处设置有固定块，其中，所述固定块为“l”形结构，，在“l”形固定块相互垂直的两个面上均设置有第三通孔，所述固定块与所述线性杆件通过穿过第三通孔的螺钉连接。这样，所述辅助装置中相接的线性杆件均用固定块加以固定，从而提高所述辅助装置的稳定性。

一种应用所述的农用无人机室内飞行练习的辅助装置实现的农用无人机室内飞行练习的训练方法，包括如下步骤：

(1)操作人员将无人机固定在水平横杆上；

(2)启动无人机，通过控制系统控制无人机起飞，此时，无人机直线上升并带动线性轴向上运动，当线性轴下端的限位块与所述顶盘相接触时，无人机到达最大飞行高度；

(3)练习人员通过控制系统控制无人机以不同姿态飞行，该无人机以所述万向球头轴承为中心进行偏摆，无人机偏摆过程中也带动所述辅助装置在室内滑行；

(4)飞行结束后，卸下无人机，记录好数据。

本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：

1、所述姿态跟随机构中的竖向姿态跟随机构限制了无人机的最大飞行高度，所述侧向姿态跟随机构限制了无人机的飞行范围，使得无人机在特定的运动空间内飞行，这样就大大减小了无人机练习场所的面积，使得无人机飞行练习更加方便。

2、当无人机在室内飞行时，如果由于练习人员的操作失误导致无人机撞上墙壁，由于所述底盘的投影面积大于所述无人机的投影面积，因此该底盘先于无人机撞上墙壁，避免无人机与墙壁相撞，从而保护了无人机。此外由于室内空间比较小，上述结构也可以避免无人机与练习人员相撞，从而保护了练习人员的人身安全。

3、当无人机在飞行过程中出现炸机时，由于线性轴的约束，使得无人机以及安装在无人机下端的水平横杆做自由落体运动并与缓冲机构接触，该缓冲机构对无人机起到缓冲作用，使得无人机降落在所述水平支撑板上，避免了无人机因为剧烈冲击而损毁。

4、所述辅助装置结构简单，使用方便，制造成本低且可以适用于不同类型的无人机的练习。

附图说明

图1为本发明的农用无人机室内飞行练习的辅助装置的第一个实施方式的立体结构示意图。

图2为图1的局部视图。

图3为图2的主视图。

图4为本发明的农用无人机室内飞行练习的辅助装置的第二个实施方式中的支撑机构的立体结构示意图。

图5为图4中固定块的局部放大图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

参见图1-图3，本发明的农用无人机室内飞行练习的辅助装置包括姿态跟随机构2、用于支撑姿态跟随机构2的支撑机构4以及设置在支撑机构4上的缓冲机构3。

参见图3，所述支撑机构4包括底盘、顶盘以及设在底盘与顶盘之间的支撑组件，其中，所述顶盘的中心位置设置有第一通孔4-10；所述缓冲机构3安装在该顶盘上，所述底盘的投影面积大于无人机的投影面积。

参见图2和图3，所述缓冲机构3包括水平支撑板3-1以及设置在水平支撑板3-1与所述顶盘之间的多组缓冲组件，其中，所述水平支撑板3-1上设置有第二通孔3-2；所述缓冲组件包括设置在水平支撑板3-1下方的缓冲弹簧定位套筒3-3、设置在顶盘上与所述缓冲弹簧定位套筒3-3同轴线的支撑柱3-5以及设置在顶盘与所述缓冲弹簧定位套筒3-3之间的缓冲弹簧3-4，其中，所述缓冲弹簧3-4上端与所述缓冲弹簧定位套筒3-3连接，下端穿过支撑柱3-5与顶盘连接。

参见图1-图3，所述姿态跟随机构2包括水平横杆2-1、侧向姿态跟随机构以及竖向姿态跟随机构，其中，所述农用无人机固定在水平横杆2-1上；所述侧向姿态跟随机构包括万向球头轴承2-3以及底座2-4，其中，所述万向球头轴承2-3包括球形轴承座和球头，球形轴承座安装在底座2-4上，所述球头安装在球形轴承座上，该球头与所述水平横杆2-1连接；所述竖向跟随机构包括线性轴2-5、线性轴承2-6、线性轴承座2-7以及限位块2-9，其中，所述线性轴承2-6安装在线性轴承座2-7上，该线性轴承座2-7固定在所述顶盘上，所述线性轴2-5上端与底座2-4连接，下端穿过第二通孔3-2、线性轴承2-6、第一通孔4-10并与限位块2-9连接。

参见图1，所述底盘上设置有弹性防撞条5，所述弹性防撞条5包裹着该底盘的四周。这样，当练习人员因为操作失误导致无人机撞上墙壁时，由于所述底盘的投影面积大于无人机的投影面积且该底盘四周均包裹着弹性防撞条5，因此底盘先撞上墙壁，在底盘撞上墙壁的过程中，由于弹性防撞条5的缓冲作用，碰撞产生的冲击均被弹性防撞条5吸收，使得无人机所受到的冲击减小，从而避免无人机因为冲击过大而使无人机内部零件损坏。

参见图3，所述顶盘的上下两端均设置有线性轴承2-6与线性轴承座2-7，所述线性轴承2-6与所述线性轴承座2-7呈对称安装在所述顶盘端的上下两端，所述线性轴2-5从所述顶盘上下两侧的线性轴承2-6穿过。其目的在于减小无人机上升时线性轴2-5所受到的摩擦力，避免因为摩擦力过大对无人机的练习产生影响。此外，所述顶盘上下两侧的线性轴承2-6对线性轴2-5有起到限位作用，使得线性轴2-5只能竖向运动，使得缓冲机构3产生作用，保证坠落的无人机降落在水平支撑板3-1上且在该过程中所受到的冲击最小，从而保护无人机。

参见图1-图3，所述线性轴2-5上设置有压缩弹簧2-8，该压缩弹簧2-8上端与所述顶盘下端的线性轴承2-6连接，下端与限位块2-9连接。这样，在无人机直线上升的过程中，无人机带动线性轴2-5向上运动，此时线性轴2-5下端的限位块2-9向上挤压压缩弹簧2-8，使得该压缩弹簧2-8产生弹性形变，对限位块2-9产生一个向下的压力，使得向上运动的限位块2-9得以缓冲，避免了该限位块2-9剧烈撞击所述顶盘，从而产生较大的冲击并传递给无人机，对无人机内部的零件造成损坏。

参见图1和图2，所述水平横杆2-1下端在与水平支撑板3-1对应位置处设置有两组支承组件，每组支承组件包括两个呈对称安装在水平横杆2-1上的支承座2-2，该支承座2-2通过螺钉固定在水平横杆2-1上。其目的在于增大水平横杆2-1与水平支撑板3-1的接触面积，当无人机因为意外降落时，无人机以及安装在无人机上的水平横杆2-1向下挤压水平支撑板3-1的过程中，由于所述水平横杆2-1与所述水平支撑板3-1的接触面积增大，从而能够水平压缩缓冲弹簧3-4，进而保证无人机降落时得以缓冲且在缓冲过程中能保持水平降落。

参见图1，所述辅助装置还设置有定位模块，该定位模块包括信号发射端1以及信号接收端，其中，所述信号发射端1安装在无人机上，所述信号接收端安装在地面控制设备上。由于在室内练习无人机时，gps信号容易受到干扰，因此必须对无人机进行定位后才可以飞行，因此无人机上的信号发射端1向地面设备发射信号，地面控制设备检测到信号之后从而对无人机进行定位，之后练习人员才能通过地面设备对无人机进行操纵，这样使得练习人员操纵无人机时误差更小，练习效果更显著。

参见图1和图3，所述底盘、顶盘以及支撑组件均由线性杆件组成；其中，所述底盘包括一对呈水平交叉放置的第一水平线性杆件4-5以及两对呈竖直放置的第一竖向线性杆件4-6，其中，所述第一竖向线性杆件4-6上端与第一水平线性杆件4-5连接，所述弹性防撞条5依次连接在第一水平线性杆件4-5的端部之间；所述顶盘包括一对呈十字水平放置的第二水平线性杆件4-1，所述支撑组件上端连接在其中一根第二水平线性杆件4-1上，下端连接在所述两根第一水平线性杆件4-5的交点处。由于线性杆件为型材且表面上设置有安装槽，因此组装方便，价格低廉，使得上述底盘、顶盘以及支撑组件结构简单，成本低廉。

参见图1，所述支撑组件包括固定在两根第一水平线性杆件4-5交点处的第二竖向线性杆件4-4、一对固定在其中一根第二水平线性杆件4-1的端点处的第三竖向线性杆件4-2以及用于连接第二竖向线性杆件4-4与两根第三竖向线性杆件4-2的第三水平线性杆件4-3。上述结构使得支撑组件的支撑效果更好，从而使得所述辅助装置更加牢固，稳定性更好。

参见图1-图3，一种应用所述的农用无人机室内飞行练习的辅助装置实现的农用无人机室内飞行练习的训练方法，包括如下步骤：

(1)操作人员将无人机固定在水平横杆2-1上；

(2)启动无人机，通过控制系统控制无人机起飞，此时，无人机直线上升并带动线性轴2-5向上运动，当线性轴2-5下端的限位块2-9与所述顶盘相接触时，无人机到达最大飞行高度；

(3)练习人员通过控制系统控制无人机以不同姿态飞行，该无人机以所述万向球头轴承2-3为中心进行偏摆，无人机偏摆过程中也带动所述辅助装置在室内滑行；

(4)飞行结束后，卸下无人机，记录好数据。

本发明的农用无人机室内飞行练习的辅助装置的工作原理是：

练习前，练习人员将无人机安装在水平横杆2-1上，此时无人机由于自身重力，使得无人机以及安装在无人机下端的水平横杆2-1向下落在水平支撑板3-1上并促使水平支撑板3-1向下降落，使得作用在水平支撑板3-1与顶盘上的缓冲弹簧3-4处于压缩状态，此时无人机水平停放在水平支撑板3-1上。

开始练习时，练习人员启动无人机并通过控制系统控制无人机以不同姿态飞行。在试飞过程中，当无人机直线上升时，该无人机带动姿态跟随机构2向上运动，具体表现在：随着无人机高度的增加，竖向姿态跟随机构的线性轴2-5不断向上运动，当该竖向姿态跟随机构中设置在线性轴2-5下端的限位块2-9与所述顶盘接触时，由于所述无人机对所述辅助装置的拉力小于该辅助装置的重力，因此所述无人机无法提起该辅助装置，因此该无人机的飞行高度达到极限。在这个过程中，由于缓冲机构3所受到无人机以及水平横杆2-1的向下的压力消失，使得缓冲弹簧3-4逐渐恢复为自然伸长状态。当练习人员控制无人机侧向飞行时，由于侧向姿态跟随机构与所述无人机通过万向球头轴承2-3连接，使得无人机虽然可以以万向球头轴承2-3为中心进行不同程度和方向的偏摆，但是无法脱离万向球头轴承2-3。这样通过姿态跟随机构2，使得无人机只能在所述辅助装置上端特定的运动空间内飞行，但是不能飞离该运动空间。为了使练习人员的练习效果更好，在侧飞的过程中，虽然无人机不能提起该辅助装置，但是无人机侧飞时产生的水平方向上的分力能够拖动所述辅助装置滑行，这样使得练习效果更显著。

当由于练习人员的操作不当或者其他因素导致无人机坠落，此时，无人机以及安装在无人机上的水平横杆2-1由于线性轴2-5的约束做自由落体运动，从而挤压水平支撑板3-1，使得作用在水平支撑板3-1与顶盘之间的缓冲弹簧3-4由之前的自然伸长状态逐渐向压缩状态转换。在这个过程中，所述缓冲弹簧3-4对坠落的无人机产生一个向上的支撑力，从而使得坠落的无人机得到缓冲，最终安全降落在水平支撑板3-1上。当无人机在室内拖动所述辅助装置滑行时，由于室内空间较小，当无人机撞上某些物体(墙壁、桌子或其他障碍物)时，由于所述底盘的投影面积大于所述无人机张开后的投影面积，因此该底盘先于无人机与物体接触从而避免了无人机与物体相撞。

实施例2

参见图4和图5，所述底盘上设置有多个便于底盘移动的万向锁紧轮4-7，所述万向锁紧轮4-7使得所述辅助装置能在地面上朝任意方向滑行。这样，在无人机拖动所述辅助装置滑行的过程中，该辅助装置与地面之间的滑动摩擦变成滚动摩擦，从而大大减小了所述辅助装置与地面之间的摩擦力，这样既减小了无人机做的无用功，又使练习效果更好。

参见图4和图5，所述支撑机构4还包括设置在线性杆件连接处的固定块4-8，其中，所述固定块4-8为“l”形结构，在“l”形固定块相互垂直的两个面上均设置有第三通孔4-9，所述固定块4-8与所述线性杆件通过过穿过第三通孔4-9的螺钉连接，实现所述辅助装置中相接的线性杆件的固定，从而提高所述辅助装置的稳定性。

本实施例上述以外的其他实施方式与实施例1相同。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。