一种测试过程无干扰的微牛级飞行昆虫接触反力测试系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种测试过程无干扰的微牛级飞行昆虫接触反力测试系统，包括测试系统安放平台及置于测试系统安放平台上的测试系统底座和高帧数摄像机，其中测试系统底座上安装方形的有机玻璃罩和可以进出有机玻璃罩的碳纤维弹簧，有机玻璃罩侧面粘贴有碳纤维弹簧垂直定位标尺、位置与挠度信息参考标尺、高帧数摄像机垂直定位标尺，有机玻璃罩上表面设有飞行昆虫投放方孔，飞行昆虫投放方孔处设置飞行昆虫投放方孔挡板，有机玻璃罩的两个相邻侧面分别设有碳纤维弹簧安放方孔和高帧数摄像机镜头移动通道。该系统专门用于测试飞行昆虫降落/起飞时在界面产生的接触反力，具有测试过程无干扰、测力精度微牛级等特点。试过程无干扰、测力精度微牛级等特点。试过程无干扰、测力精度微牛级等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种测试过程无干扰的微牛级飞行昆虫接触反力测试系统


[0001]本技术属于力学测试
，尤其涉及一种测试过程无干扰的微牛级飞行昆虫接触反力测试系统，具有测试过程无干扰、测力精度微牛级等特点。

技术介绍

[0002]接触面对昆虫运动系统的作用力称为接触反力，其测试在机械仿生领域应用较为普遍。运动是动物繁衍、捕食、躲避天敌的基础。许多动物，诸如苍蝇、蚊子、水黾等，拥有独特的运动功能特性，使其完成复杂运动行为。测力系统不断被研制出，用以昆虫接触反力的测试。飞行昆虫在降落/起飞时对界面产生的作用力，亦为接触反力。该接触反力的测试，对研究其运动特性至关重要，还将利于小型飞行机器人的研制。该接触反力的测试精度在微牛级，且测试过程不能有人为干扰，否则会造成接触反力测试数据的不准确。
[0003]技术专利CN101380235A公开了一种动物足
‑
面接触反力的测试方法及系统测力技术，该方法通过16个传感器组成2
×
8式传感器阵列，用于测试动物在地面、壁面和天花板表面的接触力，测试系统主要由弹性体、金属应变片、有机玻璃板和摄像机组成，弹性体结构呈倒T形状，其分布有腰型孔以减轻弹性体重量，避免重力对测力结果产生影响，有机玻璃板上对应的测力片位置处设置长宽为31毫米的正方形方孔，传感器测力片的测力范围为30毫米
×
30毫米，但该项技术适用于测试大型爬行动物的接触反力，对于飞行昆虫则不能满足测试需求，更不能测试起飞/降落过程中的接触反力。技术专利CN107340231A公开了一种离心式微牛级昆虫摩擦力在线实时测试系统及测试方法，测试系统包括测试平台及附属机构、调速电机及转速控制器、视频监控系统和能够实现各部件固定安装的机座等4部分，采用滚珠丝杠及步进电机结构，能够精确控制高速视频成像系统的位移，视频监控系统的摄像机中心与测试平台中心保持重合，摄像机具有垂直方向上自由度可调节功能，并可实时调节其与测试平台的垂直距离，用于准确获取测试对象脱离平台时的半径信息，由此计算出测试对象在材料表面产生的最大附着力，但该测力系统仅用于测试昆虫在材料表面的最大附着力，而不能测试飞行昆虫降落/起飞时在界面产生的接触反力。技术专利CN105444940A提出了一种微小力值的测量方法，该技术利用阴影提取法观测水生昆虫腿部与水面接触产生的阴影面积计算获取运动支撑力，根据所拍摄到的水生昆虫在水面上划行产生的阴影图片，通过阿基米德原理对水生昆虫腿部进行三维模型的重建并计算出相应的运动支撑力，该技术涉及的测力技术，测试精度可达到微牛级，但测试对象只能为水生昆虫，不能用于飞行昆虫降落/起飞时的接触反力的测试。
[0004]综上所述，现阶段以测力传感器阵列为核心、基于离心运动原理、基于图像处理的接触反力测试系统，其在测力精度、测试对象固定平台等方面不能满足飞行昆虫降落/起飞时在界面产生的接触反力的测试。因此，需要研制一种测试过程无干扰的微牛级飞行昆虫接触反力测试系统，具有测试过程无干扰（不影响昆虫的生理活性）、测力精度微牛级等特点。

技术实现思路

[0005]本技术要解决的技术问题是提供一种测试过程无干扰的微牛级飞行昆虫接触反力测试系统，该系统专门用于测试飞行昆虫降落/起飞时在界面产生的接触反力，具有测试过程无干扰（不影响昆虫的生理活性）、测力精度微牛级等特点，能够真实反映飞行昆虫降落/起飞时在界面产生的接触反力。
[0006]为解决上述技术问题，本技术所采取的技术方案是：一种测试过程无干扰的微牛级飞行昆虫接触反力测试系统，其特征在于包括测试系统安放平台及置于测试系统安放平台上的测试系统底座和高帧数摄像机，其中测试系统底座上安装方形的有机玻璃罩和可以进出有机玻璃罩的碳纤维弹簧，所述的有机玻璃罩侧面粘贴有碳纤维弹簧垂直定位标尺、位置与挠度信息参考标尺、高帧数摄像机垂直定位标尺，有机玻璃罩上表面设有飞行昆虫投放方孔，飞行昆虫投放方孔处设置飞行昆虫投放方孔挡板，有机玻璃罩的两个相邻侧面分别设有碳纤维弹簧安放方孔和高帧数摄像机镜头移动通道，其中碳纤维弹簧安放方孔为碳纤维弹簧进出于有机玻璃罩通道，高帧数摄像机镜头移动通道为高帧数摄像机的移动通道，高帧数摄像机可通过高帧数摄像机镜头移动通道进入有机玻璃罩并采集测试图像。
[0007]对上述方案作进一步限定，所述的碳纤维弹簧由移动控制组件驱动，其中移动控制组件包括扇形底座、扇形底座固定螺钉、半圆形橡胶垫、半圆形压板、夹紧螺栓、步进电机、步进电机固定支架、扇形底座固定滑块、轴承固定支架、滚动轴承、滚珠丝杠、滑块、导轨、底座、底座固定螺钉、步进电机固定凸板，所述的碳纤维弹簧通过夹紧螺栓固定在扇形底座与半圆形压板之间，在半圆形压板的下部设置半圆形橡胶垫，扇形底座通过扇形底座固定螺钉固定安装在扇形底座固定滑块上；步进电机通过螺钉固定安装在步进电机固定支架上，轴承固定支架与滚动轴承配合，通过螺钉将轴承固定支架与底座固定安装；步进电机固定支架固定安装在底座上，扇形底座固定滑块与滚珠丝杠配合，滚珠丝杠与步进电机固定支架、轴承固定支架之间固定安装；滑块与导轨配合安装，采用螺钉将导轨固定安装在底座上，底座通过底座固定螺钉固定安装在步进电机固定凸板上；碳纤维弹簧通过步进电机驱动滚珠丝杠、滑块、导轨部件，被推入或者移出有机玻璃罩。
[0008]对上述方案作进一步限定，所述测试系统底座上设置照明组件，其中照明组件由LED照明光源和LED照明光源固定斜台组成，LED照明光源和LED照明光源固定斜台之间采用双面胶粘接的方式进行固定，并放置于有机玻璃罩内部。
[0009]对上述方案作进一步限定，所述的测试系统底座上设置有调平地脚螺纹孔、有机玻璃罩安装卡槽，其中调平地脚螺纹孔设置于测试系统底座下表面4个角，分别与调平地脚螺栓连接，有机玻璃罩安装卡槽用于有机玻璃罩在测试系统底座上的安放。
[0010]对上述方案作进一步限定，所述碳纤维弹簧垂直定位标尺、位置与挠度信息参考标尺、高帧数摄像机垂直定位标尺分别处于有机玻璃罩的侧面、背面和正面，碳纤维弹簧垂直定位标尺和高帧数摄像机垂直定位标尺校准碳纤维弹簧和高帧数摄像机镜头的中心在垂直方向上的距离，使之能够保持在同水平线上；有机玻璃罩的背面放置位置与挠度信息参考标尺，由2把标尺组合而成并成90
°
垂直，用于精确获取碳纤维弹簧在飞行昆虫接触反力测试过程中的位置数据和挠度数据，即水平方向的标尺用于获取位置数据，垂直方向上的标尺用于获取挠度数据。
[0011]对上述方案作进一步限定，所述高帧数摄像机通过固定组件与系统安放平台连
接，其中系统安放平台包括机架、万向旋转元件、高帧数摄像机连接件固定螺栓、万向旋转元件夹紧旋钮、垂直固定螺栓、水平固定螺栓、高帧数摄像机连接件组成，其中高帧数摄像机连接件设置高帧数摄像机固定螺纹孔与高帧数摄像机连接件固定螺纹孔；高帧数摄像机通过高帧数摄像机固定螺纹孔及螺钉与高帧数摄像机连接件固定，机架与万向旋转元件之间夹紧固定；万向旋转元件通过万向旋转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测试过程无干扰的微牛级飞行昆虫接触反力测试系统，其特征在于包括测试系统安放平台（5）及置于测试系统安放平台（5）上的测试系统底座（2
‑
7）和高帧数摄像机（4
‑
1），其中测试系统底座（2
‑
7）上安装方形的有机玻璃罩（3
‑
4）和可以进出有机玻璃罩（3
‑
4）的碳纤维弹簧（1
‑
1），所述的有机玻璃罩（3
‑
4）侧面粘贴有碳纤维弹簧垂直定位标尺（3
‑
5）、位置与挠度信息参考标尺（3
‑
6）、高帧数摄像机垂直定位标尺（3
‑
7），有机玻璃罩（3
‑
4）上表面设有飞行昆虫投放方孔（3
‑
2），飞行昆虫投放方孔（3
‑
2）处设置飞行昆虫投放方孔挡板（3
‑
8），有机玻璃罩（3
‑
4）的两个相邻侧面分别设有碳纤维弹簧安放方孔（3
‑
1）和高帧数摄像机镜头移动通道（3
‑
3），其中碳纤维弹簧安放方孔（3
‑
1）为碳纤维弹簧（1
‑
1）进出于有机玻璃罩（3
‑
4）通道，高帧数摄像机镜头移动通道（3
‑
3）为高帧数摄像机（4
‑
1）的移动通道，高帧数摄像机（4
‑
1）可通过高帧数摄像机镜头移动通道（3
‑
3）进入有机玻璃罩（3
‑
4）并采集测试图像。2.根据权利要求1所述的一种测试过程无干扰的微牛级飞行昆虫接触反力测试系统，其特征在于所述的碳纤维弹簧（1
‑
1）由移动控制组件驱动，其中移动控制组件包括扇形底座（1
‑
2）、扇形底座固定螺钉（1
‑
3）、半圆形橡胶垫（1
‑
4）、半圆形压板（1
‑
5）、夹紧螺栓（1
‑
6）、步进电机（1
‑
7）、步进电机固定支架（1
‑
8）、扇形底座固定滑块（1
‑
9）、轴承固定支架（1
‑
10）、滚动轴承（1
‑
11）、滚珠丝杠（1
‑
12）、滑块（1
‑
13）、导轨（1
‑
14）、底座（1
‑
15）、底座固定螺钉（1
‑
16）、步进电机固定凸板（1
‑
17），所述的碳纤维弹簧（1
‑
1）通过夹紧螺栓（1
‑
6）固定在扇形底座（1
‑
2）与半圆形压板（1
‑
5）之间，在半圆形压板（1
‑
5）的下部设置半圆形橡胶垫（1
‑
4），扇形底座（1
‑
2）通过扇形底座固定螺钉（1
‑
3）固定安装在扇形底座固定滑块（1
‑
9）上；步进电机（1
‑
7）通过螺钉固定安装在步进电机固定支架（1
‑
8）上，轴承固定支架（1
‑
10）与滚动轴承（1
‑
11）配合，通过螺钉将轴承固定支架（1
‑
10）与底座（1
‑
15）固定安装；步进电机固定支架（1
‑
8）固定安装在底座（1
‑
15）上，扇形底座固定滑块（1
‑
9）与滚珠丝杠（1
‑
12）配合，滚珠丝杠（1
‑
12）与步进电机固定支架（1
‑
8）、轴承固定支架（1
‑
10）之间固定安装；滑块（1
‑
13）与导轨（1
‑
14）配合安装，采用螺钉将导轨（1
‑
14）固定安装在底座（1
‑
15）上，底座（1
‑
15）通过底座固...

【专利技术属性】
技术研发人员：王立新，闫征，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：新型
国别省市：