[發明專利]一種研究鳥類飛行動力學的方法和裝置

無效

• 申請號: 201210375648.8
• 申請日: 2012-09-30
• 公開（公告）號: CN102914668A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 劉小峰;齊本勝;徐曉平;劉玉宏;苗紅霞
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: G01P15/18
• 分類號: G01P15/18;G01D21/02
• 代理公司: 常州市維益專利事務所 32211
• 代理人: 路接洲

技術領域

本發明涉及仿生研究領域，尤其涉及仿生研究中一種研究鳥類飛行動力學的方法和裝置。

背景技術

鳥類能輕松穿越復雜的叢林，能在快速飛行的過程中避開障礙物，并具有優秀的安全起飛和安全著陸能力。這種能力，不僅是研究人員不斷探索的科學研究內容，也是工程界，特別是飛行器研究者的仿生學習對象。

為了揭示鳥類飛行過程中飛行動力學特征及其變化規律，如鳥類在起飛和降落時速度變化，位姿變化，飛行過程中軌跡變化以及變化頻率，特別是在自然開放的環境中研究鳥類的飛行動力學，需要發展新研究方法，并設計相應的有效的裝置和系統。

鳥類能夠準確、快速、安全飛行并避障，需要準確感知外部環境信息。鳥類的主要感覺器官集中與頭部，如視覺、聽覺、體感與平衡，甚至地磁信號的感受器官。因而，研究飛行過程中鳥類頭部相對于軀干的運動特性尤其受到關注，包括頭部擺動幅度和角度等，對深入探索鳥類的飛行動力學，進而揭示鳥類飛行機制具有重要意義。這種研究，對研制無人機及更智能的自動飛行系統有重要的啟發意義與工程仿生價值。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提出一種研究鳥類飛行動力學的方法和裝置，用于研究鳥類起飛、滑翔、降落的飛行動力學特性。

本發明所采用的技術方案為：一種研究鳥類飛行動力學的方法，該方法是在鳥類頭部、翅膀和/或者軀干部位設置一個或多個三軸加速度傳感器采集鳥類飛行時頭部、翅膀和/或者軀干部位的加速度數據，存儲在監測裝置中；計算機通過所述裝置中的USB接口獲得相應的加速度數據；計算機對加速度數據進行處理，將各采樣點加速度數據映射為相應的擺動方位角和擺幅；通過智能控制算法，將被測鳥類頭部、翅膀和/或軀干的擺動映射為鳥類的扭頭、振翅、拐彎和/或滑翔的具體行為。

其具體步驟包括：

第一步：將監測裝置安裝于被監測對象的身上，放飛被監測對象，同時啟動監測裝置；

第二步：所述裝置初始化主控模塊的模數轉換器，初始化三軸加速度傳感器，定時器并開啟中斷程序；

第三步：所述裝置設置并啟動數據存儲模塊；

第四步：采用三軸加速度傳感器采集到的鳥類飛行時頭部、翅膀和/或者軀干等部位的加速度數據，存儲在存儲芯片中；

第五步：計算機通過所述裝置中的USB接口獲得相應的加速度數據；

第六步：計算機對加速度數據進行處理，將各采樣點加速度數據映射為相應的擺動方位角和擺幅；

第七步：通過智能控制算法，將被測鳥類頭部、翅膀和/或軀干的擺動映射為鳥類的扭頭、振翅、拐彎、滑翔等具體行為，以便進一步的分析。

所述的第二步中裝置每隔1/16s或者1/32s執行一次中斷程序；所述的第四步中采用MMA7361L三軸加速度傳感器采集頭部擺動信息，采用MMA7660FC三軸加速度傳感器采集翅膀和/或軀干的擺動信息，同時將數據傳送到MX25L6436E存儲芯片中存儲。

所述第五步中，計算機通過所述裝置的USB接口獲得相應的加速度數據是在被檢測對象歸巢時，從所述裝置上取下所述數據存儲模塊，將所述數據存儲模塊通過USB接口連接到電腦上從而獲得數據，然后對獲取的數據進行分析，得出實驗結果；所述第七步中，所述的智能控制算法包括模糊控制、神經元網絡、量子遺傳算法、小波分析、支持向量機、D-S證據理論中的一種或多種，來獲取鴿子在飛行時頭部擺動的幅度和頻率、身體的傾斜程度、翅膀扇動的幅度和頻率等信息。

同時，基于該方法本發明還提供了一種研究鳥類飛行動力學的裝置，該裝置包括

三軸加速度傳感器，用于采樣鳥類不同部位在X、Y、Z三個方向的加速度數據；

數據存儲模塊，由串行NOR?Flash存儲器為主構成，用于存取采樣到的加速度數據；

主控模塊，所述裝置核心控制單元，由低功耗小封裝單片機為主構成；

通訊模塊，RS232接口電平和USB接口電平轉換電路，分別和主控模塊和USB接口連接；

控制開關，連接到主控模塊，用于確定所述裝置是否處于工作狀態，是否可以對鋰電池充電，以及裝置是處于數據采樣階段還是處于數據傳輸階段；

電源模塊，給所述裝置提供電源，含鋰電池、充電回路和電壓調整電路，充電回路連接到USB接口；

USB接口，USB?MINI?B型5Pin接口，給所述裝置提供數據交換和充電電源的物理接口；