[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

本發明公開了一種撲翼飛行機器人姿態控制的仿真系統和方法。其中，該方法包括：采用獲取撲翼飛行機器人的真實數據；根據真實數據進行建模得到撲翼飛行機器人的三維模型；將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，虛擬控制參數是模擬三維模型在真實世界的物理屬性；根據虛擬控制參數通過物理引擎控制三維模型進行仿真飛行的方式。本發明解決了現有技術中對撲翼飛行機器人的仿真飛行過程中無法更好的進行控制姿態的技術問題。

技術領域

本發明涉及自動控制領域，具體而言，涉及一種撲翼飛行機器人姿態控制的仿真系統和方法。

背景技術

有關飛行器姿態控制的研究一直是飛行器設計過程中尤為重要的環節。飛行姿態的穩定與可控決定了1.飛行器能否維持合適的飛行攻角，獲得持續穩定的飛行升力而不失速；2.飛行器能否根據期望進行靈活可控的轉向，躲避障礙；3.飛行器能否在環境惡劣的天氣仍然穩定飛行等等。姿態控制研究對提升飛行器的飛行性能和抗干擾能力有著重要的作用，同時它也是實現飛行器路徑規劃任務的前提。

相較于四旋翼、固定翼等無人飛行器，撲翼飛行機器人的發展仍然不成熟。市面上現有的撲翼飛行機器人，大多數沒有考慮姿態控制，而是依靠自身機械結構使機身在飛行過程中保持平穩，這樣的姿態穩定方式抗擾動能力不強，存在著較大的局限性。

現有的撲翼飛行機器人多采用電機驅動，通過機械傳動，來模擬自然界生物的撲翼動作。采用這種驅動方式的撲翼飛行機器人受到其機械結構的限制，可控變量較少，不能在飛行過程中調節其翅膀的撲動角度、撲動相位等參數，給撲翼飛行機器人的姿態角控制帶來困難。

針對現有技術中對撲翼飛行機器的仿真飛行過程中無法更好的控制姿態的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發明內容

本發明實施例提供了一種撲翼飛行機器人姿態控制的仿真系統和方法，以至少解決現有技術中對撲翼飛行機器人的仿真飛行過程中無法更好的進行控制姿態的技術問題。

根據本發明實施例的一個方面，提供了一種撲翼飛行機器人姿態控制的仿真方法，包括：獲取撲翼飛行機器人實驗場景的真實數據，其中，所述真實數據包括所述撲翼飛行機器人的數據；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。

進一步地，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。

進一步地，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。

進一步地，根據所述虛擬控制參數控制所述三維模型的進行仿真之后包括：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。

進一步地，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。

進一步地，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。