[发明专利]智能化空中机器人系统集成技术

说明书

技术领域

本发明涉及空中机器人，即，无人直升机系统，尤其是涉及将无人直升机硬件平台自主化飞行系统和无人直升机专用平台作业系统集成的实现方法。 

背景技术

目前，世界范围的无人直升机发展迅速，它以其小型化、垂直起降、灵活机动、相对安全、运营成本低等优点受到了众多行业领域的青睐。但由于其融合了微电子、计算机、传感器、材料、控制理论、数据通讯、航空制造等各学科领域的尖端科技，技术难度大，目前只有少数发达国家的某些型号形成了成熟的产品，且其中很大一部分是专门针对完成某项任务而开发的专用平台。目前无人直升机特别是可进行自主飞行的无人直升机的发展现状远不能满足日益扩大和深化的来自市场多方面的需求，这种供需间的差距在国内更是突出。 

在无人直升机涉及的技术中，自主飞行控制技术和作业系统集成技术是其中不可回避的重要技术，前者将直升机硬件平台实现自主化飞行，使之成为真正意义上的无人直升机，后者将任务系统和飞行平台进行有机整合，形成智能化的作业系统。传统的做法是：研制无人直升机工程样机，进行大量的测试和分析，建立控制模型并进行硬件实现，经过大量的飞行验证和数据分析，完善、优化和实现稳定的姿态等方面的控制，进一步实现自主制导(一般实现GPS航路点制导)飞行，最终形成针对此机型的自主飞行控制系统，再进入小批量生产，实际使用验证，平台本身达到要求后，进行与任务系统的集成和试飞，完成满足应用要求的各式的无人直升机作业系统。这种做法需要大量的资金和人力物力的投入，一般单位难以承受，且各实施环节间关联紧密，有时经过多次循环 才能得到满意结果，并且技术成果只能针对单一机型，适用性不足。 

发明目的 

本发明的目的是提出一种发挥技术集成优势来实现无人直升机平台自主飞行控制和作业系统集成的方法，本发明基于自主飞行控制技术和作业系统集成技术两项关键技术，针对传统做法给出的一种新的解决方法，该方法克服传统研制方法的高投入、长周期、低适用性的不足的缺点，能够快速满足对各种任务的使用要求。 

本发明采用的技术方案分两步： 

第一步：无人直升机自主飞行控制的系统集成 

选择具有一定基础的直升机平台，经过调整或改造使原型直升机具备遥控飞行能力；再根据直升机的本身的飞行特性和最终要达到的飞行目标能力，选择相应的外围航电器件，利用核心飞行控制器，调整相应软件环境，制定适用的集成方案；将要加装的航电器件配装到原型直升机上，根据所选直升机震动特性，通过计算和测量，选择和设计合适频率和结构的减振器件，优化惯性测姿器件工作环境；集成地面站系统，解决电磁兼容等一系列问题；通过低空系留飞行，经过一系列的数据采集、分析建模和参数识别得到适用本机的具有强鲁棒特性的空气动力学控制模型；启用测试航路点制导飞行和自主起降模块，再进行多测试条件的飞行校验和调整，得到具备先进自主飞行能力的直升机平台。 

第二步：将上述平台和任务设备有机集成，形成一体化作业系统 

根据作业系统的最终要求，利用我们多年来任务配载的经验和数据，选取和制配相应任务设备、挂载构件等，将设备和飞行平台对接，解决机械接口、电气接口、电磁兼容、控制接口等一系列问题使任务设备和飞行平台有机集成为一体化作业系统。 

本发明的具体实现方法是提出一种智能化空中机器人系统集成的实现方法，该智能化空中机器人系统由无人直升机平台、自驾设备、特定任务设备、数据链路和地面站组成，所述的实现方法包括步骤： 

1、将最终要达到的技术指标进行分解，选出属于直升机平台本身的指标，根据这些技术指标来考虑和选择适当的直升机平台，开始后续的工作； 

2、对选出的无人直升机进行操作性、动力性、稳定性、可靠性、振动方面的评估，对于性能达不到标准的进一步改造或升级，将其改造为具有遥控飞行能力的系统； 

3、根据要实现的功能和技术指标选择外围传感器和机载航电设备，对机载电源管理等系统作防止电磁干扰的处理； 

4、安装各航电器件并且和地面站集成，对整个系统进行静态联试，将飞行控制器设置为仅参与数据采集的 旁通模式，使整个系统进入遥测状态； 

5、进行数据采集和参数辨识，首先手动低速飞行无人直升机，下载飞行数据；将下载后的数据进行处理，得到相应的飞行参数，根据飞行参数建立控制模型，上传写入飞行控制器； 

6、对无人直升机进行任务飞行测试，将手动遥控器的权限设为最高，以便在调试中可以随时接管系统，通过测试验证控制模型后，启用飞行控制器的自主飞行功能；