[發(fā)明專利]一種撲翼飛行機(jī)器人編隊(duì)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111065723.6
• 申請(qǐng)日: 2021-09-13
• 公開（公告）號(hào): CN113504797B
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賀威;雷龍生;尹曌;鄒堯;何修宇;付強(qiáng);孫永斌;孟亭亭;李擎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明提供一種撲翼飛行機(jī)器人編隊(duì)控制方法，屬于仿生機(jī)器人領(lǐng)域。所述方法包括：根據(jù)大雁集群編隊(duì)飛行方式，確定大雁集群編隊(duì)飛行的尾渦產(chǎn)生機(jī)制、節(jié)能原理及尾渦衰減機(jī)制；根據(jù)大雁集群編隊(duì)飛行的尾渦產(chǎn)生機(jī)制、節(jié)能原理及尾渦衰減機(jī)制，結(jié)合撲翼飛行機(jī)器人自身撲動(dòng)特性，從能耗均衡和節(jié)能角度，確定撲翼飛行機(jī)器人集群編隊(duì)飛行以及編隊(duì)隊(duì)形切換方案；根據(jù)得到的撲翼飛行機(jī)器人集群編隊(duì)飛行以及編隊(duì)隊(duì)形切換方案，通過控制撲翼飛行機(jī)器人集群的位置實(shí)現(xiàn)隊(duì)形維持控制以及隊(duì)形重構(gòu)控制。采用本發(fā)明，能夠節(jié)省飛行能量，增加撲翼飛行機(jī)器人集群的整體續(xù)航能力，實(shí)現(xiàn)能量高效利用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及仿生機(jī)器人領(lǐng)域，特別是指一種撲翼飛行機(jī)器人編隊(duì)控制方法。

背景技術(shù)

隨著仿生機(jī)器人的高速發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域的仿生機(jī)器人引起了國內(nèi)外科研人員的興趣與關(guān)注。其中仿鳥撲翼飛行機(jī)器人作為仿生機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)新型分支，是集力學(xué)、機(jī)械學(xué)、材料學(xué)、信號(hào)理論、控制理論等前沿交叉學(xué)科于一體的綜合性系統(tǒng)，具有質(zhì)量輕，敏捷性強(qiáng)，能量利用率高，隱蔽性好等優(yōu)點(diǎn)，并且具備長時(shí)間低空飛行的能力，因此在軍事偵察和民用監(jiān)測(cè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

另一方面，伴隨著飛行任務(wù)復(fù)雜性的提高，對(duì)撲翼飛行機(jī)器人在大區(qū)域中執(zhí)行任務(wù)時(shí)的動(dòng)機(jī)性、快速性等性能提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求，單個(gè)撲翼飛行機(jī)器人往往很難完成規(guī)定任務(wù)。在撲翼飛行機(jī)器人集群執(zhí)行任務(wù)偵察、救援等任務(wù)時(shí)，尤其是針對(duì)長時(shí)間偵察任務(wù)以及遠(yuǎn)距離救援任務(wù)，通常會(huì)遇到續(xù)航能力不足，任務(wù)執(zhí)行效率過低等問題。因此，在執(zhí)行復(fù)雜集群任務(wù)時(shí)，需要從能量高效利用的角度考慮，在個(gè)體續(xù)航能力達(dá)到極致的前提下通過合理的撲翼飛行機(jī)器人的集群編隊(duì)方式發(fā)揮其整體優(yōu)勢(shì)，降低對(duì)單機(jī)的性能要求，提高整體飛行過程的能量利用效率，增加集群的整體續(xù)航能力，從而保證執(zhí)行任務(wù)時(shí)的可靠性。

目前，針對(duì)撲翼飛行機(jī)器人的集群編隊(duì)控制的研究是寥寥無幾，尤其是針對(duì)以生物為仿生對(duì)象的仿生集群編隊(duì)的節(jié)能機(jī)制的研究更是少之又少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供了撲翼飛行機(jī)器人編隊(duì)控制方法，能夠節(jié)省飛行能量，增加撲翼飛行機(jī)器人集群的整體續(xù)航能力，實(shí)現(xiàn)能量高效利用。所述技術(shù)方案如下：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種撲翼飛行機(jī)器人編隊(duì)控制方法，該方法包括：

根據(jù)大雁集群編隊(duì)飛行方式，確定大雁集群編隊(duì)飛行的尾渦產(chǎn)生機(jī)制、節(jié)能原理及尾渦衰減機(jī)制；

根據(jù)大雁集群編隊(duì)飛行的尾渦產(chǎn)生機(jī)制、節(jié)能原理及尾渦衰減機(jī)制，結(jié)合撲翼飛行機(jī)器人自身撲動(dòng)特性，從能耗均衡和節(jié)能角度，確定撲翼飛行機(jī)器人集群編隊(duì)飛行以及編隊(duì)隊(duì)形切換方案；

根據(jù)得到的撲翼飛行機(jī)器人集群編隊(duì)飛行以及編隊(duì)隊(duì)形切換方案，通過控制撲翼飛行機(jī)器人集群的位置實(shí)現(xiàn)隊(duì)形維持控制以及隊(duì)形重構(gòu)控制。

進(jìn)一步地，根據(jù)大雁集群編隊(duì)飛行方式，確定大雁集群編隊(duì)飛行的尾渦產(chǎn)生機(jī)制包括：

大雁在集群編隊(duì)飛行時(shí)，在大雁翅膀后方產(chǎn)生一對(duì)渦流狀的氣流，該氣流稱為尾渦，其中，大雁產(chǎn)生的尾渦誘導(dǎo)速度表示為：

其中，表示大雁翅膀到尾渦渦線的距離；表示與正交的單位向量；表示尾渦單位長度對(duì)應(yīng)的尾渦強(qiáng)度，表示為：

其中，表示流體速度，表示大雁的翅膀翼面面積，表示大雁的升力系數(shù)，表示大雁的翼展長度。

進(jìn)一步地，根據(jù)大雁集群編隊(duì)飛行方式，確定大雁集群編隊(duì)飛行的節(jié)能原理包括：

在尾渦內(nèi)側(cè)產(chǎn)生一個(gè)下洗氣流，同時(shí)在尾渦外側(cè)產(chǎn)生一個(gè)上洗氣流，當(dāng)后方大雁在所述上洗氣流中飛行時(shí)，能利用該上洗氣流帶來的抬升力，其中，前方大雁產(chǎn)生的尾渦作用于后方大雁橫向的平均誘導(dǎo)上洗氣流速度表示為：