一种基于偏转角的飞行昆虫降落/起飞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基于偏转角的飞行昆虫降落/起飞接触反力测试系统，包括方形的有机玻璃罩、碳纤维弹簧和高帧数相机，有机玻璃罩内放置水平方向的碳纤维弹簧，高帧数相机用于飞行昆虫接触反力测试过程中测试图像的清晰拍摄，有机玻璃罩的后侧面粘贴有位置信息参考标尺，高帧数相机的镜头中心与碳纤维弹簧处于同一水平高度。本实用新型专利技术专门用于测试飞行昆虫降落/起飞时在界面所产生的接触反力，具有测力精度毫

【技术实现步骤摘要】
一种基于偏转角的飞行昆虫降落/起飞接触反力测试系统


[0001]本技术属于力学测试
，尤其涉及一种基于偏转角的飞行昆虫降落/起飞接触反力测试系统，具有测试过程无干扰、测力精度毫
‑
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，使其独立完成复杂行为。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/起飞时会对界面产生作用力，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毫
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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。此外，还需要测力系统的核心部件具有低成本、结构简便等特点。
[0003]专利技术专利CN101380235A公开了一种动物足
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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
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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
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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。专利技术专利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。专利技术专利CN105444940A提出了一种微小力值的测量方法，该专利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，该专利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、基于图像处理方法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，需要研制一种基于偏转角的飞行昆虫降落/起飞接触反力测试系统，具有测力精度毫
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微牛级、测试过程无人为干扰、测试系统结构简便等特点。

技术实现思路

[0005]本技术要解决的技术问题是提供一种基于偏转角的飞行昆虫降落/起飞接触反力测试系统，该系统专门用于测试飞行昆虫降落/起飞时在界面所产生的接触反力，具有测力精度毫
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微牛级、测试过程无人为干扰、测试系统结构简便等特点。
[0006]本技术要解决的技术问题是提供一种基于偏转角的飞行昆虫降落/起飞接触反力测试系统，可以快速计算得到昆虫降落/起飞接触反力。
[0007]为解决上述技术问题，本技术所采取的技术方案是：一种基于偏转角的飞行昆虫降落/起飞接触反力测试系统，其特征在于包括方形的有机玻璃罩、碳纤维弹簧和高帧数相机，其中有机玻璃罩置于测试系统底座上，有机玻璃罩的前面和右面分别设有高帧数相机镜头移动通道和碳纤维弹簧安放方孔，碳纤维弹簧穿过碳纤维弹簧安放方孔，并水平置于有机玻璃罩内部，碳纤维弹簧一端通过Z字形支座连接，穿过有机玻璃罩并固定于测试系统底座，高帧数相机的镜头穿过高帧数相机镜头移动通道，进入有机玻璃罩内部，并用于飞行昆虫接触反力测试过程中测试图像的清晰拍摄，有机玻璃罩的上表面设有飞行昆虫投放方孔，飞行昆虫投放方孔处设有飞行昆虫投放方孔挡板，有机玻璃罩的后侧面粘贴有水平布置的位置信息参考标尺，高帧数相机的镜头中心与碳纤维弹簧处于同一水平高度。
[0008]对上述方案作进一步限定，所述的碳纤维弹簧通过夹紧螺栓固定在Z字形支座与碳纤维弹簧固定压板之间，碳纤维弹簧固定端的周围设置用于约束其位置的橡胶垫，Z字形支座通过螺钉固定安装在测试系统底座上。
[0009]对上述方案作进一步限定，所述的Z字形支座上设置有照明组件，其中照明组件包括LED照明光源和LED照明光源固定斜台，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。
[0010]对上述方案作进一步限定，所述的测试系统底座上表面设置有机玻璃罩安装卡槽，测试系统底座下表面设置调平地脚螺栓，调平地脚螺栓分布在测试系统底座的4个角落。
[0011]对上述方案作进一步限定，所述的高帧数相机通过固定组件支撑固定，固定组件包括高帧数相机连接件、三脚架、高帧数相机连接件固定螺栓、三脚架固定元件、水平固定螺栓、承重支架，垂直固定螺栓设置高帧数相机固定螺纹孔、高帧数相机连接件固定螺纹孔，高帧数相机与高帧数相机连接件通过高帧数相机固定螺纹孔及螺钉连接；高帧数相机连接件固定螺纹孔与高帧数相机连接件固定螺栓配合，实现高帧数相机连接件与三脚架的连接。
[0012]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本技术的一种基于偏转角的飞行昆虫降落/起飞接触反力测试系统，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，采用碳纤维弹簧产生偏转角，利用高帧数相机对整个过程进行高清视频记录，并导入到仿生原型微形貌结构偏转角求解系统中，根据碳纤维弹簧的特性方程可获取不同偏转角对应的接触反力，具有测力精度毫
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微牛级、测试过程无人为干扰、测试系统结构简便等特点，对揭示飞行昆虫在降落/起飞过程中的运动特性具有重要意义。
附图说明
[0013]图1本技术中测试系统的整体结构示意图；
[0014]图2本技术中测试系统的碳纤维弹簧固定组件轴侧图；
[0015]图3本技术中测试系统的轴侧图；
[0016]图4本技术中测试系统的测试系统底座轴侧图；
[0017]图5本技术中测试系统的有机玻璃罩轴侧图；
[0018]图6本技术中测试系统的有机玻璃罩及其标尺组件轴侧图；
[0019]图7本技术中测试系统的飞行昆虫投放方孔挡板轴侧图；
[0020]图8本技术中测试系统的高帧数相机连接件轴侧图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于偏转角的飞行昆虫降落/起飞接触反力测试系统，其特征在于包括方形的有机玻璃罩（3
‑
1）、碳纤维弹簧（1
‑
1）和高帧数相机（4
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1），其中有机玻璃罩（3
‑
1）置于测试系统底座（2
‑
3）上，有机玻璃罩（3
‑
1）的前侧面和右侧面分别设有高帧数相机镜头移动通道（3
‑1‑
2）和碳纤维弹簧安放方孔（3
‑1‑
1），碳纤维弹簧（1
‑
1）穿过碳纤维弹簧安放方孔（3
‑1‑
1），并水平置于有机玻璃罩（3
‑
1）内部，碳纤维弹簧（1
‑
1）一端通过Z字形支座（1
‑
2）连接，穿过有机玻璃罩（3
‑
1）并固定于测试系统底座（2
‑
3），高帧数相机（4
‑
1）的镜头穿过高帧数相机镜头移动通道（3
‑1‑
2），进入有机玻璃罩（3
‑
1）内部，并用于飞行昆虫接触反力测试过程中测试图像的清晰拍摄，有机玻璃罩（3
‑
1）的上表面设有飞行昆虫投放方孔（3
‑1‑
3），飞行昆虫投放方孔（3
‑1‑
3）处设有飞行昆虫投放方孔挡板（3
‑
3），有机玻璃罩（3
‑
1）的后面粘贴有水平布置的位置信息参考标尺（3
‑
2），高帧数相机（4
‑
1）的镜头中心与碳纤维弹簧（1
‑
1）处于同一水平高度。2.根据权利要求1所述的一种基于偏转角的飞行昆虫降落/起飞接触反力测试系统，其特征在于所述的碳纤维弹簧（1
‑
1）通过夹紧螺栓（1
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5）固定在Z字形支座（1
‑
2）与碳纤维弹簧固定压板（1
‑
4）之间，碳纤维弹簧（1
‑
1）固定端的周围设置用于约束其位置的橡胶垫（1
‑
3），Z字形支座（1
‑
2）通过螺钉固定安装在测试系统底座（2

【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：