[發明專利]撲翼飛行機器人姿態控制的仿真系統和方法

在審

• 申請號: 201810573733.2
• 申請日: 2018-06-06
• 公開（公告）號: CN108732942A
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 賀威;黃愷;尹曌;馮富森;付強;孫長銀
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

1.一種撲翼飛行機器人姿態控制的仿真方法，其特征在于，包括：

獲取撲翼飛行機器人實驗場景的真實數據，根據所述真實數據進行建模得到所述撲翼飛行機器人實驗場景的三維模型；

將所述三維模型與剛體組件建立對應關系并設置虛擬控制參數，其中，所述虛擬控制參數是模擬所述三維模型在真實實驗場景的物理屬性；

根據所述虛擬控制參數通過物理引擎控制所述三維模型的進行仿真。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，將所述三維模型與所述剛體組件建立對應關系并設置所述虛擬控制參數包括：

將所述三維模型與所述剛體組件建立對應關系；

設置與所述剛體組件相關的剛體參數，其中，所述剛體參數包括質量、重心位置、平動阻力、旋轉阻力、是否受重力影響、是否接收其它剛性物體的碰撞、碰撞類型；和/或

設置鉸鏈屬性參數，其中，所述鉸鏈屬性是模擬所述三維模型在真實世界運動規律的屬性；和/或

設置驅動屬性參數，其中，所述驅動屬性參數是模擬所述三維模型中的舵機在真實世界產生轉角、轉速、扭矩的變化。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，設置所述鉸鏈屬性參數包括：對所述三維模型中舵機、舵機臂、以及滾珠軸承和軸銷所組成的結構，分別設置所述鉸鏈屬性參數。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，根據所述虛擬控制參數控制所述三維模型進行仿真之后包括：

將仿真過程中的仿真數據與在實驗場景下的實驗數據保存在指定路徑下，其中，所述實驗數據是根據撲翼飛行機器人實驗場景的真實數據進行飛行實驗所獲得的；

對所述仿真數據與所述實驗數據進行分析；

根據所述分析結果改進所述虛擬控制參數。

5.根據權利要求1至4任意一項所述的方法，其特征在于，獲取所述撲翼飛行機器人實驗場景的真實數據包括：

限制所述撲翼飛行機器人在偏航角和俯仰角平面內的兩個旋轉自由度；

獲得所述撲翼飛行機器人在滾轉角平面內的真實數據。

6.根據權利要求1至4任意一項所述的方法，其特征在于，獲取所述撲翼飛行機器人實驗場景的真實數據包括：

限制所述撲翼飛行機器人在x軸，y軸，z軸上的平動位移；

獲得所述撲翼飛行機器人實驗場景的真實數據。

7.一種撲翼飛行機器人姿態控制的仿真系統，其特征在于，包括：

撲翼飛行機器人，由機翼、機身碳桿、舵機驅動的撲翼結構組成；

可伸縮立桿；

底座，所述撲翼飛行機器人通過所述可伸縮立桿與所述底座相連；

計算機物理引擎，用于根據所述真實數據進行建模得到撲翼飛行機器人實驗場景的三維模型；用于將所述三維模型與剛體組件建立對應關系并設置虛擬控制參數，其中，所述虛擬控制參數是模擬所述三維模型在真實實驗場景的物理屬性；

用于根據所述虛擬控制參數通過物理引擎控制所述三維模型的進行仿真。

8.根據權利要求7所述的系統，其特征在于，還包括：實驗平臺上位機，用于根據所述撲翼飛行機器人的真實數據進行飛行實驗獲得實驗數據；最小系統控制板，用于處理和發送撲翼飛行機器人的真實數據，用于控制撲翼飛行機器人進行實驗。

9.根據權利要求7所述的系統，其特征在于，所述撲翼飛行機器人還包括：自由度限制機構，用于限制所述撲翼飛行機器人在偏航角和俯仰角平面內的兩個旋轉自由度；所述自由度限制機構固定在所述撲翼飛行機器人的質心位置處。

10.根據權利要求9所述的系統，其特征在于，所述自由度限制機構包括：滾珠軸承、軸銷、底部固定件、中部固定件和頂部固定件，所述中部固定件與所述底部固定件進行連接，所述底部固定件與所述可伸縮立桿進行連接，所述頂部固定件的頂部方孔用于與撲翼機飛行機器人的機身進行連接，所述底部圓孔通過所述滾珠軸承與所述軸銷的配合與所述中部固定件進行鉸鏈配合。