仿蝙蝠柔性变形扑翼机器人的飞行控制装置及控制方法制造方法及图纸

仿蝙蝠柔性变形扑翼机器人的飞行控制装置及控制方法，涉及扑翼飞行机器人技术领域。本发明专利技术是为了解决现有的仿生蝙蝠扑翼飞行器体积大、集成度低，不能对仿生蝙蝠扑翼飞行器的飞行姿态进行实时控制与监测的问题。飞行数据采集模块用于实时采集扑翼机器人的飞行数据；机载微控制器用于解析所述飞行数据得到飞行状态，输出四路PWM控制信号，还用于接收机载无线通信模块发送的调节命令，输出四路PWM调节信号；PWM直流电机控制模块用于根据所述四路PWM控制信号控制扑翼机器人四肢步态位置，还用于根据四路PWM调节信号的命令调整扑翼机器人四肢步态位置；地面测控装置用于用于通过机载无线通信模块向机载微控制器发送调节命令。它用于控制扑翼机器人的飞行。

【技术实现步骤摘要】
仿蝙蝠柔性变形扑翼机器人的飞行控制装置及控制方法
本专利技术涉及控制仿蝙蝠扑翼机器人飞行。属于扑翼飞行机器人

技术介绍
仿蝙蝠扑翼飞行器归属于扑翼飞行机器人大类，仅依靠翅膀的扑动即可实现飞行功能。仿生扑翼飞行是通过模仿生物鸟类与昆虫类扑动翅膀而实现飞行的一种飞行方式，该方式区别与传统的旋翼式与固定翼式的飞行方式，其突出特点即为通过规律性地拍动翅膀即可产生飞行所需要的升力与推力。自然界中，蝙蝠飞行效果优于同体积鸟类，可高机动和悬停飞行。相对于仿生鸟类的不可收拢的翅膀和与翅膀结构分离的尾部的特征，仿生蝙蝠机器人则通过调整可收拢展开的翅膀与腿部共同构成三维扑翼面，通过调整四肢的姿态便可产生俯仰、偏航与滚转力矩，实现飞行姿态的改变与维持自身飞行的平衡性。目前对仿生蝙蝠扑翼飞行器研究很少，现有的仿生蝙蝠扑翼飞行器均体积大、集成度低，缺少完备的全闭环、高精度的飞行控制系统，其六轴惯性测量单元存在偏航角度时间漂移，没有地面测控系统对机器人进行实时控制与监测，没有图像回传功能等缺点。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有的仿生蝙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.仿蝙蝠柔性变形扑翼机器人的飞行控制装置，其特征在于，所述装置包括机载控制装置和地面测控装置(5)，/n机载控制装置包括飞行数据采集模块(2)、机载微控制器(1)、PWM直流电机控制模块(3)和机载无线通信模块(4)，/n飞行数据采集模块(2)，与机载微控制器(1)连接，用于实时采集扑翼机器人的飞行数据，将飞行数据发送至机载微控制器(1)；/n机载微控制器(1)，同时与PWM直流电机控制模块(3)和机载无线通信模块(4)连接，用于解析所述飞行数据得到飞行状态，将该飞行状态实时发送至机载无线通信模块(4)，根据所述飞行状态输出四路PWM控制信号，至PWM直流电机控制模块(3)，还用于接收机载无...

【技术特征摘要】
1.仿蝙蝠柔性变形扑翼机器人的飞行控制装置，其特征在于，所述装置包括机载控制装置和地面测控装置(5)，
机载控制装置包括飞行数据采集模块(2)、机载微控制器(1)、PWM直流电机控制模块(3)和机载无线通信模块(4)，
飞行数据采集模块(2)，与机载微控制器(1)连接，用于实时采集扑翼机器人的飞行数据，将飞行数据发送至机载微控制器(1)；
机载微控制器(1)，同时与PWM直流电机控制模块(3)和机载无线通信模块(4)连接，用于解析所述飞行数据得到飞行状态，将该飞行状态实时发送至机载无线通信模块(4)，根据所述飞行状态输出四路PWM控制信号，至PWM直流电机控制模块(3)，还用于接收机载无线通信模块(4)发送的调节命令，输出四路PWM调节信号至PWM直流电机控制模块(3)；
PWM直流电机控制模块(3)，用于根据所述四路PWM控制信号控制扑翼机器人四肢步态位置，还用于根据四路PWM调节信号的命令，调整扑翼机器人四肢步态位置；
地面测控装置(5)，通过所述机载无线通信模块(4)连接所述机载微控制器(1)，用于实时接收所述飞行状态数据并进行显示，还用于通过机载无线通信模块(4)向机载微控制器(1)发送调节命令。


2.根据权利要求1所述仿蝙蝠柔性变形扑翼机器人的飞行控制装置，其特征在于，飞行数据采集模块(2)包括九轴惯性导航单元(2-1)、四路角位移磁编码器(2-2)、机身气压计(2-3)和拍动电位计(2-4)，
九轴惯性导航单元(2-1)，用于采集扑翼机器人飞行中的九轴数据；
四路角位移磁编码器(2-2)，用于采集扑翼机器人四肢的收拢与俯仰角度值；
机身气压计(2-3)，用于捕捉扑翼机器人飞行过程中的海拔高度值；
所述拍动电位计(2-4)安装于扑翼机器人翅膀扑动的曲柄轴上，用于测量扑翼机器人翅膀扑动的频率以及当前时间翅膀所处的位置；
所述飞行数据包括扑翼机器人飞行中的九轴数据、扑翼机器人四肢的收拢与俯仰角度值、扑翼机器人飞行过程中的海拔高度值和扑翼机器人翅膀扑动的频率以及当前时间翅膀所处的位置。


3.根据权利要求2所述仿蝙蝠柔性变形扑翼机器人的飞行控制装置，其特征在于，所述九轴惯性导航单元(2-1)包括三轴陀螺仪、三轴角加速度计(2-1-2)和三轴磁力计(2-1-3)，
三轴陀螺仪(2-1-1)，用于测量扑翼机器人的三轴角速度；
三轴角加速度计(2-1-2)，用于测量扑翼机器人的三轴加速度；
三轴磁力计(2-1-3)，用于测试磁场强度和方向，根据所述磁场强度和方向定位扑翼机器人的三轴方位；
机载微控制器(1)，用于采用四元数互补滤波的姿态算法从所述三轴角速度、三轴加速度和三轴方位中解析得到三轴姿态角度，所述三轴姿态角度包括偏航角、俯仰角与横滚角。


4.根据权利要求3所述仿蝙蝠柔性变形扑翼机器人的飞行控制装置，其特征在于，四路角位移磁编码器(2-2)包括左前肢角编码器(2-2-1)、右前肢角编码器(2-2-2)、左后肢角编码器(2-2-3)、右后肢角编码器(2-2-4)，
左前肢角编码器(2-2-1)和右前肢角编码器(2-2-2)分别安装于扑翼机器人左翅膀收拢的交叉位置处和扑翼机器人右翅膀收拢的交叉位置处，分别用于测量扑翼机器人左翅膀收拢角度值和扑翼机器人右翅膀收拢角度值；
左后肢角编码器(2-2-3)和右后肢角编码器(2-2-4)分别安装于扑翼机器人左边尾部俯仰升降的交叉位置处和扑翼机器人右边尾部俯仰升降的交叉位置处，分别用于测量扑翼机器人左边尾部俯仰升降角度值和扑翼机器人右边尾部俯仰升降角度值；
机载微控制器(1)，用于采用飞行控制算法从所述三轴姿态角度、所述四肢的收拢与俯仰角度值、所述海拔高度值和翅膀扑动的频率以及当前时间翅膀所处的位置中解析得到飞行状态，根据所述飞行状态输出四路PWM控制信号。


5.根据权利要求4所述仿蝙蝠柔性变形扑翼机器人的飞行控制装置，其特征在于，
机载微控制器(1)，用于采用三维曲面叶素理论模型和气动力学算法对扑翼机器人16种飞行姿态进行仿真，得到4种四肢步态位置作为预设四肢步态位置，将飞行状态和预设四肢步态位置进行结合判断，以处理得到预设四肢步态位置中的一种四肢步态位置，并输出四路PWM控制信号。


6.根据权利要求5所述仿蝙蝠柔性变形扑翼机器人的飞行控制装置，其特征在于，PWM直流电机控制模块(3)包括PWM直流电机控制单元和4个微型直流电机，
4个微型直流电机分别位于扑翼机器人左前肢、右前肢、左后肢和右后肢；
PWM直流电机控制单元，用于接收四路PWM控制信号，并按照预设四肢步态位置中的一种四肢步态位置控制4个微型直流电机工作，还用于接收四路PWM调节信号的命令，调整4个微型直流电机的工作。


7.根据权利要求6所述仿蝙蝠...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪风雷，冯雷，郭闯强，刘宏，徐艺星，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23