一种多功能调试平台的制作方法

本发明涉及调试测试平台领域，具体地，涉及一种多功能调试平台，用于调试无人机、机载云台、机械臂、机器人等。

背景技术：

目前我国的测试设备存在一些突出问题，如缺乏统一的规划、功能单一化，标准化、系列化和通用化程度低等。特别是大多数调试平台功能单一，成本较高。这就要求一种适合现代化的多功能测试系统能够满足更全面的试验需要。

比如适合无人机的调试平台，在无人机研制阶段，调试检测阶段以及事后故障分析，都需要一种功能丰富的调试平台能够对无人机飞行控制率进行有效的检测和评估，可以对飞行控制系统进行方便及全面的功能性检测。飞机机载多轴云台是无人机非常重要的组成部分，其广泛应用于无人机的航拍测量中。机载云台的测试同样需要测试平台来完成。还有机器人，机械臂等进行测试，需要一个能精确测量位移及角度的调试平台去测试及收集数据。

现有的调试平台方案存在调试平台使用对象单一化，成本较高。调试平台只能功能单一的调试与测量。

经检索：

一种多旋翼无人机飞控调试保护装置(201510210148.2)，本发明是一种多旋翼无人机飞控调试保护装置，用于对多旋翼无人机飞控系统的自稳性能进行调试，同时确保试验安全。该发明基于多旋翼无人机飞行的刚体动力学原理，包括一个三脚架和4种可更换的飞控调试模块，通过由机械结构限定多旋翼无人机的运动形式，可以对无人机飞控分别进行滚转、俯仰和航向三个单自由度的独立调试，以及三自由度的综合调试；通过观察多旋翼无人机在保护装置不同模块上运行时的控制响应，明确无人机采用的新技术、新方法的实际性能；既能对飞控的自稳进行功能划分、方便研发的工程管理，又能对无人机的调试进行保护、避免盲目试飞可能造成的财产损失，降低研发的风险和难度，促进多旋翼无人机产业的发展。

一种外置边框的无人机姿态控制测试装置(201510719090.4)，本发明提供一种外置边框的无人机姿态控制测试装置，包括底座，第一、第二、第三转动副，第一、第二转动装置，安装模块和无人机模块；其中：底座固定于地面或桌面等固定表面；第一转动装置与底座通过第一转动副连接；第二转动装置与第一转动装置通过第二转动副来连接；安装模块与第二转动装置之间通过第三转动副进行连接；无人机模块安装于安装模块上。本发明基于机械六自由度机械结构设计原理，通过将无人机模块固定在装置的安装模块来实现机身的俯仰、偏航、滚转三个旋转自由度的全向飞行姿态的综合仿真。该发明空间使用非常小，可进行无人机的室内调试，避免了室外调试的复杂流程，并避免调试过程中对人群和无人机造成的不安全因素。

一种机械手测试平台(201610424576.x)，本发明提供一种应用于机械手设备领域的机械手测试平台，所述的机械手测试平台的测试机械手的测试本体部上活动安装测试手臂，测试手臂由多节手臂关节组成，测试手臂与控制主机连接，测试平台上设置刻度板，刻度板上设置x轴向刻度和y轴向刻度，测试平台上还安装有高度尺，本发明的机械手测试平台，结构简单，加工方便，能快捷准确地读取机械手的空间位移变化数值，方便与目标位置数值对比，提高机械手精度，最终提高了机械手加工产品的质量。

一种无人机机载多轴云台调试平台(201610519358.4)，提供一种无人机机载多轴云台调试平台，其特征在于，包括平台：包括桌面、桌腿和电机，所述电机包括设于桌面上的x轴电机和y轴电机，x轴电机和y轴电机的轴心相互垂直，所述桌腿安装于桌面的四个拐角处，所述桌面的中心处设有用于安装被测云台的开口，所述开口内设有x平台和y平台，x平台上设有用于容纳y平台的通孔，x平台在x方向上与开口的侧面通过转轴转动连接，y平台在y方向上与通孔的侧面通过转轴转动连接，x轴电机和y轴电机分别与位于x平台和y平台侧面的转轴轴连接；调试系统：包括主控模块、电压电流检测电路、无线图像回传模块、无线数据收发模块，电机通过电机驱动电路与主控模块连接，主控模块分别与电压电流检测电路、无线图像回传模块和无线数据收发模块连接，电压电流检测电路还通过通信/供电接口与被测云台连接；供电模块：包括供电电路，所述供电电路分别与被测云台和调试系统电连接。

缺点1：上述两个无人机调试平台的专利所涉及的调试装置都是基于无人机底部连接的调试平台，由于通常无人机底部需要装多种传感器(比如：超声波传感器，视觉传感器)。超声波传感器用于测量无人机高度，如果下方有连接装置，可能会影响超声波测量结果。下视的视觉传感器是安装在无人机底部的一种摄像头，基于图像识别技术测量无人机参数，若其视野内有连接装置，可能会影响视觉传感器测量结果。调试装置均不包含平台导轨。水平方向的导轨能够增大无人机调试水平移动范围，这是以上两种装置所不具备的。垂直方向的导轨能够增大无人机调试垂直方向移动范围，以上两种专利所涉及的调试装置的方法是连接杆的上下方向移动，杆的长度限制无人机的调试范围；若增加过长的杆可能影响无人机正常运行。无人机机载云台专利所涉及的调试平台只能测试x、y两个方向，无人机在实际运动中的运动轨迹是较为复杂的，缺少竖直方向的测量可能会影响测试结果的准确性；机械手测试平台专利所测量的范围略小，且竖直方向不能移动。

缺点2：以上四种专利所涉及的调试平台所能测试的对象都是单一的，应用范围小；且调试平台的功能较小，测试范围受到限制。

技术实现要素：

本发明针对提出了一种多功能调试平台，该调试平台能够多种设备进行测试，包括无人机、无人机机载云台、机器人、机械臂等；应用该调试平台能够测量多种数据，具有完备的调试功能，同时还能够实时测量设备的位置信息。解决了当前调试平台测试对象单一，调试功能不足的缺点。

为实现以上目的，本发明提供一种多功能调试平台，包括：顶部固定板、x轴滚轮、x轴导轨、y轴滚轮、y轴封闭导轨、基座、z轴高精度伸缩杆，以及4自由度连接装置；其中：

所述顶部固定板的两侧分别安装有若干所述x轴滚轮，所述x轴滚轮与所述x轴导轨配合，所述x轴滚轮沿所述x轴导轨水平移动，从而带动所述顶部固定板实现沿x轴方向的水平移动；所述x轴导轨的两端分别安装有所述y轴滚轮，所述y轴滚轮嵌入在所述y轴封闭导轨内，所述y轴滚轮沿所述y轴封闭导轨水平移动，从而带动所述顶部固定板实现沿y轴方向的水平移动；所述y轴封闭导轨的两端固定在所述基座上；所述顶部固定板的上部连接有所述4自由度连接装置，所述z轴高精度伸缩杆固定于所述4自由度连接装置中，所述z轴高精度伸缩杆的下方安装有球头关节轴承并通过所述球头关节轴承连接固定被调试设备，所述4自由度连接装置用于调试被调试设备在前、后、左、右4个方向的移动，所述z轴高精度伸缩杆用于被调试设备在上、下2个方向的移动。

优选地，所述4自由度连接装置包括：x轴轴承、x轴角度编码器、y轴轴承、y轴角度编码器、z轴直线轴承、固定基座，以及4自由度连接装置骨架；其中：

所述固定基座固定在所述顶部固定板的上部；所述x轴轴承的两端固定在所述固定基座上；所述4自由度连接装置骨架连接固定在所述x轴轴承的中部位置；所述x轴角度编码器连接固定于所述x轴轴承的一端；所述4自由度连接装置骨架上固定有所述y轴轴承、所述y轴角度编码器和所述z轴直线轴承，且所述z轴高精度伸缩杆嵌入在所述z轴直线轴承中；

所述4自由的连接装置骨架上固定有x轴轴承、x轴角度编码器、y轴轴承和y轴角度编码器，其中：通过被调试设备的自身运动带动x轴轴承和y轴轴承的转动，从而实现调试被调试设备在前、后、左、右4个方向的移动，同时通过x轴角度编码器和y轴角度编码器的测量得出z轴高精度伸缩杆的偏转位姿；所述z轴直线轴承中嵌入z轴高精度伸缩杆，z轴高精度伸缩杆的伸缩运动，带动通过球头关节轴承固定在z轴高精度伸缩杆下方的被调试设备实现上、下2个方向的移动；所述调试平台与被调试设备的连接位置在根据具体被调试设备而定。

优选地，所述x轴滚轮的数量不少于四个并对称设置于所述顶部固定板的两侧边沿位置。

优选地，所述x轴导轨安装有位置编码器，用于测量被调试设备在x轴方向上的位移和位置。

更优选地，所述位置编码器采用磁栅式位置编码器，所述磁栅式位置编码器具有精度高、成本低且便于安装和使用的特点。

更优选地，所述x轴导轨的数量不少于两条并平行设置。

优选地，所述y轴导轨上安装有位置编码器，用于测量y轴导轨在y轴方向上的位置和位移，也即被调试设备在y轴方向上的位置和位移。

更优选地，所述位置编码器采用磁栅式位置编码器，所述磁栅式位置编码器具有精度高、成本低且便于安装和使用的特点。

更优选地，所述y轴导轨的数量不少于两条并平行设置，y轴滚轮的设置位置视y轴导轨的数量和位置确定。

本发明中，通过增加所述y轴导轨、x轴滚轮、y轴滚轮的数量，能够有效提高所述调试平台的稳定性和载荷。

优选地，所述z轴高精度伸缩杆有长度限制，从而使被调试设备在限位范围内自由移动。

优选地，所述z轴高精度伸缩杆上还设置有位置编码器和惯性测量模块，其中：

所述位置编码器用于测量被调试设备在z轴方向上的位置和位移；

所述惯性测量模块用于测量所述z轴高精度伸缩杆的姿态。

优选地，所述基座设有底部支撑架，底部支撑架分别设置于所述y轴导轨的两端；

优选地，所述调试平台还设置有参与被调试设备调试的上位机，所述上位机与被调试设备之间进行有线或者无线数据通讯，其中：

有线数据通讯的方式，是指：通过设置数据线连接上位机与被调试设备，通过数据线实现上位机与被调试设备之间的有线数据通讯；

无线数据通讯的方式，是指：分别在上位机、被调试设备上设置无线电台，通过无线电台实现上位机与被调试设备之间的无线数据通讯。

本发明通过z轴高精度伸缩杆有长度伸缩限制使被调试装备在限位范围内自由移动，同时所述调试平台与被调试装备的连接位置在应视具体被调试设备决定。所述调试平台在运行时，通过x轴角度编码器和y轴角度编码器的测量得出z轴高精度伸缩杆的偏转位姿；所述调试平台自动控制顶部固定板沿着x轴导轨水平移动和x轴导轨沿着y轴导轨水平移动，从而使得z轴高精度伸缩杆趋于竖直状态。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明能够在调试被调试设备时，对被调试设备起到有效保护作用，减少被调试设备控制系统不完善对设备盲目调试造成的损失；本发明能够对被调试设备的部分参数进行测量和采集，辅助验证被调试设备控制系统参数测量的准确性；在使用本发明进行设备调试时，可以使用本发明的对被调试设备的测量结果参与对被调试设备的控制，使得在测量系统不完备时调试者仍然有可能完成被调试设备控制算法的验证工作。

本发明所具有的平台导轨，可以有效增大设备的调试范围，水平方向的导轨即x轴导轨、y轴封闭导轨能够增大设备调试水平移动范围，垂直方向的导轨即z轴高精度伸缩杆能够增大设备调试垂直方向移动范围。本发明所述的调试平台较之传统功能单一的调试平台，具有丰富的功能，能在该平台上对被调试设备进行较为全面的调试。

附图说明

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：

图1为本发明一优选实施例的整体结构示意图；

图2为本发明一优选实施例的4自由度连接装置结构示意图；

图3为本发明一优选实施例的有线通讯方式示意图；

图4为本发明一优选实施例的无线通讯方式示意图；

图中：

顶部固定板1，x轴滚轮2，x轴导轨3，y轴滚轮4，y轴封闭导轨5，基座6，z轴高精度伸缩杆7，4自由度连接装置8，球头关节轴承9，被调试设备10，惯性测量模块11，x轴轴承12，x轴角度编码器13，y轴轴承14，y轴角度编码器15，z轴直线轴承16，固定基座17，4自由度连接装置骨架18，上位机19，数据线20，无线电台21。

具体实施方式

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。

如图1所示，一种多功能调试平台，包括：顶部固定板1，x轴滚轮2，x轴导轨3，y轴滚轮4，y轴封闭导轨5，高架基座6，z轴高精度伸缩杆7，4自由度连接装置8，球头关节轴承9，被调试设备10，惯性测量模块11；其中：

顶部固定板1的两侧安装有若干x轴滚轮2，若干x轴滚轮2对称设置于顶部固定板1的两侧；x轴导轨3为两条平行导轨，x轴滚轮2可沿x轴导轨3水平移动；x轴导轨3的两端固定有若干y轴滚轮4，若干y轴滚轮4对称设置于两条平行的x轴导轨3的下方；y轴封闭导轨5为两条平行导轨，y轴滚轮4可沿y轴封闭导轨5水平移动；两条y轴封闭导轨5的两端分别固定在基座6上；顶部固定板1上固定有4自由度连接装置8；z轴高精度伸缩杆7固定在4自由度连接装置8中，z轴固定板7的下方通过球头关节轴承9连接固定被调试设备10；z轴高精度伸缩杆7上安装惯性测量模块11，用于测量所述z轴高精度伸缩杆7的姿态。

如图2所示，作为一优选的实施方式，所述4自由度连接装置8包括：x轴轴承12，x轴角度编码器13，y轴轴承14，y轴角度编码器15，z轴直线轴承16，固定基座17，4自由度连接装置骨架18；其中：

x轴轴承12的两端分别固定在固定基座17上；所述固定基座17固定在所述顶部固定板1的上部；x轴角度编码器13设置在x轴轴承12的一端；4自由度连接装置骨架18固定在x轴轴承12的中部位置；4自由度连接装置骨架18上固定有y轴轴承14、y轴角度编码器15、z轴直线轴承16，且z轴高精度伸缩杆7嵌入z轴直线轴承16中。

所述4自由的连接装置骨架18上固定有x轴轴承12、x轴角度编码器13、y轴轴承14和y轴角度编码器15，其中：通过被调试设备10的自身运动带动x轴轴承12和y轴轴承13的转动，从而实现调试被调试设备10在前、后、左、右4个方向的移动，同时通过x轴角度编码器13和y轴角度编码器15的测量得出z轴高精度伸缩杆7的偏转位姿。

所述z轴直线轴承16中嵌入z轴高精度伸缩杆7，z轴高精度伸缩杆7固定在4自由度连接装置8中，z轴高精度伸缩杆7下方通过球头关节轴承9固定被调试设备10，z轴高精度伸缩杆7的伸缩运动，带动被调试设备10实现在上、下2个方向的移动。

作为一优选的实施方式，所述x轴滚轮2的数量不少于四个。

作为一优选的实施方式，每条所述x轴导轨3的下方至少设置有两个y轴滚轮4。

通过增加x轴导轨3、y轴封闭导轨5、x轴滚轮2、y轴滚轮4的数量，能够有效提高所述调试平台的稳定性和载荷。

作为一优选的实施方式，在所述x轴导轨3上安装位置编码器，用于测量顶部固定板1在x轴方向上的位置。

作为一优选的实施方式，在所述y轴封闭导轨5上安装位置编码器，用于测量y轴封闭导轨5在y轴方向上的位置，也即顶部固定板1在y轴方向上的位置。

作为优选的，所述位置编码器采用磁栅式位置编码器，所述磁栅式位置编码器具有精度高、成本低且便于安装和使用的特点。

如图3所示，作为一优选的实施方式，所述多功能调试平台还设置有上位机19参与调试，所述上位机19与被调试设备10进行数据通讯；其中：

所述上位机19与被调试设备10采用有线的方式通讯，即所述上位机19通过数据线20与被调试设备10连接，通过数据线20实现上位机19与被调试设备10之间的数据通讯；

如图4所示，作为一优选的实施方式，所述上位机19与被调试设备10采用无线的方式通讯，即分别在所述上位机19、被调试设备10上设置无线电台21，通过无线电台21实现上位机19与被调试设备10之间的数据通讯。

所述调试平台可以使被调试设备10在限位范围内自由移动，使用所述调试平台调试被调试设备10时，对于被调试设备10性能参数来说，使用所述调试平台仅相当于在被调试设备10上加了一个z轴高精度伸缩杆7的负重，其他结构在不超出限位范围时均不会对被调试设备10产生作用力。

所述调试平台在运行时，通过x轴角度编码器13和y轴角度编码器15的测量得出z轴高精度伸缩杆7的偏转位姿；所述调试平台自动控制顶部固定板1沿着x轴导轨3水平移动，和x轴导轨3沿着y轴分别导轨5水平移动，从而使得z轴高精度伸缩杆7趋于竖直状态。

在其他实施例里，可以缺省x轴角度编码器13和y轴角度编码器15。另外，可以增加x轴导轨3或y轴封闭导轨5数量。这些可以根据实际需要设置，对于本发明的实质没有影响。

本发明能够安全方便的对调试设备的自稳定性能和运动性能进行调试；本发明解决了现有调试平台安装方案影响被测设备传感器、设备在调试平台上调试运动范围小等问题；本发明在保护被调试设备安全的同时还能够实时测量设备的位置信息。

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。