陆空两栖载物平台模式切换与判决研究

发布时间：2020-08-24 20:39

【摘要】：在野外地质探测中,陆空两栖载物平台主要用于搭载探测仪器,是复杂、恶劣环境下进行探测时不可或缺的重要设备。随着探测区域的扩大,新探测区域的环境情况相较于以往已探测区域更加复杂、恶劣。这些区域采用人力探测成本较高,采用高空机载探测获得的数据精度又不高,为提高探测精度和降低探测成本,陆空两栖载物平台搭载探测的方式已引起地质探测领域的广泛关注。目前,国内外陆空两栖平台的主要发展方向是飞行汽车。通过组合不同的配件或者使整机发生结构性改变来实现飞行汽车的陆地行走和飞行功能。陆地行走模式与飞行模式之间的切换则主要以人力控制或者指令控制为主,其自主化、智能化程度不高。国外军方设计的陆空两栖设备主要用于战场物资运输和伤员救助,其切换方式未见具体报道。野外的地质环境多变,沟壑、池塘等错落排布。不规则的地形状况给探测带来较大影响,嶙峋起伏的路面也给载物平台的平稳性带来很大的挑战。本研究为适应多变的环境,采用履带结构作为行走结构,采用多旋翼结构作为飞行结构,通过将两者有机结合,设计了陆空两栖载物平台。为提高陆空两栖设备模式切换的智能化,本文采用压差判决系统对陆地行走状况进行实时监测,通过压差阈值判别从而进行模式切换。其特点是:当路况发生变化时,载物平台通过自我状态判决,进行陆、空模式切换,从而保证探测区域的完整性及保证探测数据的精确度。本文采用理论分析、计算机仿真以及与实验相结合的方法,对陆空两栖载物平台的模式切换进行研究。在对不同模式进行建模与力学分析的基础上,建立了合理的压差判决系统,利用实验进行优化与验证。主要内容包括:①设计了陆空两栖平台,介绍了整机设计理念和主要部件选择逻辑;②考虑到地面效应的影响进行了飞行模式建模,进行了陆地行走模式时的地面力学和履带受力分析,依据陆地行走模型建立了压差判决系统;③进行了模式切换后整机稳定性控制策略研究,利用MATLAB对飞行模式下的控制策略进行了仿真分析;④通过实验研究,确定了模式切换的压差阈值,验证了基于压差判决系统的模式切换策略的有效性。本文实验部分主要针对匀速前行工况下前侧失稳,单边失稳以及整体下陷的三种待切换状态进行了分析。通过实验,得到了压差判决系统的合理压差阈值区间,验证了该区间的有效性。本文的研究内容对于陆空两栖平台的模式切换研究具有一定的实际应用价值和理论参考价值。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V27;U469.79
【图文】：

效果图,整体结构,效果图

逡逑通过图１．２整体结构图以及图１．３飞行模式效果图，可以了解到Ｐｏｐ．ＵｐＮｅｘｔ逡逑是给座舱搭配不同的配件从而实现陆地行驶和飞行的效果，其模式转换需要调整逡逑座舱与其余配件部分的组装，整个切换过程缓慢，对精度要求高。逡逑图１．２邋Ｐｏｐ．Ｕｐ邋Ｎｅｘｔ整体结构图逦图１．３邋Ｐｏｐ．Ｕｐ邋Ｎｅｘｔ飞行效果图逡逑从Ｐｏｐ．Ｕｐ邋Ｎｅｘｔ实际性能来看，基于合作双方各自领域的技术基础，既具有逡逑良好的空中行驶效果，具有空中自动驾驶能力，又具有车辆的良好陆地行驶体验。逡逑空中飞行时，时速可达１２０ｋｍ／ｈ，续航里程约为５０ｋｍ，以车辆形态在陆地行驶逡逑时，时速可达１００ｋｍ／ｈ，续航里程为１３０ｋｍ。且Ｐｏｐ．Ｕｐ邋Ｎｅｘｔ以电力为动力源，逡逑充满电仅需要１５分钟。Ｐｏｐ．Ｕｐ邋Ｎｅｘｔ在座舱内并未有配置任何的方向盘或者方向逡逑舵，驾驶者通过在座舱内的显示屏上进行对整机的控制。逡逑（３邋）邋Ｐａｎｔｈｅｒ逡逑２０１７年

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逡逑如图１．４所示，Ｐａｎｔｈｅｒ无人机是旋翼结构１NB．７／：逦＿邋：逡逑结合轮式行走结构，中心对称分布可以保证／逡逑其平稳运行，将承载物品置于机体内腔，能起＾逦＾逦；逡逑灥好的保护物品的作用，但其负载能力有￥逦？逡逑限。基于其目sEV囆裕蓘w财飞氃逡逑落地点，然后通过路面行驶能力导航至收货逡逑者家门口。逦图１．４邋Ｐａｎｔｈｅｒ快递无人机逡逑（４）黑骑士逡逑“黑骑士”被设计成越野车、直升机、无人机的有机组合体，是美国首款逡逑采用４＊４卡车底盘与８个旋翼无人机结合构型的军用陆空两栖平台Ｗ，详细情逡逑况如图１．５＂黑骑士＂结构设计图所示。“黑骑士”具有８个旋翼发动机

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