欢迎来到知嘟嘟! 联系电话:13336804447 卖家免费入驻,海量在线求购! 卖家免费入驻,海量在线求购!
知嘟嘟
我要发布
联系电话:13336804447
知嘟嘟经纪人
收藏
专利号: 2022108606550
申请人: 淮阴工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2025-12-23
缴费截止日期: 暂无
价格&联系人
年费信息
委托购买

摘要:

权利要求书:

1.一种准动态微型飞行器姿态测量方法,其特征在于,包括如下步骤:

步骤1:将陀螺仪安装在扑翼飞行器重心处,将扑翼飞行器安装在安置板上,安置板与碳纤维三轴支架的滚转轴固定,碳纤维三轴支架的偏航轴安装在实验台架上;

步骤2:扑翼飞行器接收舵机控制信号,开始机动飞行,扑翼飞行器姿态开始变化,陀螺仪开始测量扑翼飞行器三轴方向的角速度;

步骤3:建立适合扑翼飞行器的坐标系,首先建立机体坐标系ObXbYbZb、惯性坐标系OgXgYgZg、翅膀坐标系、速度坐标系OvXvYvZv,进行坐标变化,得到飞行器惯性坐标系与机体坐标系的关系,所述扑翼飞行器的姿态角由惯性坐标系与机体坐标系之间的关系确定,即为三个欧拉角,分别为俯仰角θ、偏航角ψ、滚转角γ;

步骤4:建立起扑翼飞行器的姿态动力学方程,针对飞行器自身的转动,即为扑翼飞行器在整个飞行过程中机体坐标系与惯性坐标系之间的关系,由此通过飞行时的转动角速度确定其姿态角。

2.根据权利要求1所述的准动态微型飞行器姿态测量方法,其特征在于,初始时刻,扑翼飞行器处于水平状态,陀螺仪X轴水平安装,且与飞行器前进方向一致,陀螺仪Y轴指向上,陀螺仪Z轴指向扑翼飞行器右侧。

3.根据权利要求1所述的准动态微型飞行器姿态测量方法,其特征在于,所述步骤3翅膀坐标系包括四个翅膀,对每个翅膀建立对应的翅膀坐标系,分别为左前翅LF、左后翅LH、右前翅RF、右后翅RH;

左后翅膀坐标系的原点OLH位于左后翅的翅根处,OLHZLH轴始终与翅膀的翻转轴重合,指向翅尖方向,OLHXLH在左后翅面内,并与OLHZLH垂直,指向前缘方向,OLHYLH则由右手坐标系来确定;

右前翅膀坐标系的原点ORF位于右前翅的翅根处,ORFZRF轴处于翅膀内,与翅膀的翻转轴平行,指向翅尖方向,ORFXRF也处于翅膀内部,垂直于ORFZRF轴并指向前缘方向,ORFYRF则由右手坐标系来确定;

其他两个翅膀坐标系与各自同侧方向上的翅膀系类似,只是坐标原点位于各自的翅根处。

4.根据权利要求1所述的准动态微型飞行器姿态测量方法,其特征在于,所述机体坐标系原点Ob处于扑翼飞行器的质心上,ObXb轴与飞行器的机身轴线平行,规定指向机身前部为正,ObYb轴位于机身对称面内,并与ObXb轴垂直,规定指向上为正,ObZb则由右手坐标系来确定;

所述惯性坐标系的原点Og为扑翼飞行器起飞时的质心处,OgXg处于水平面内,并规定指向起飞时的前进方向为正,OgYg竖直指向上,OgZg的方向由右手坐标系确定;

所述速度坐标系原点Oa固定于蜻蜓的质心处,OaXa轴与蜻蜓飞行的速度方向重合,OaYa轴处在蜻蜓对称面内,并垂直于OaXa轴,规定指向上方为正,反之为负,OaZa轴则由右手坐标系来确定。

5.根据权利要求1所述的准动态微型飞行器姿态测量方法,其特征在于,所述步骤3中得到飞行器惯性坐标系与机体坐标系的关系的具体步骤为:步骤3.1:首先将惯性坐标系的原点及各个轴分别与机体坐标系的原点及各个轴重合,将惯性坐标系沿着OgYg轴旋转ψ角度,OgXg轴与OgZg轴分别转到了OgX1轴与OgZ1轴,形成一个过渡的坐标系OgX1YgZ1;

步骤3.2:接着将过渡坐标系OgX1YgZ1沿着OgZ1轴旋转θ角度,OgX1轴与OgYg轴分别转到了OgXb轴与OgY2轴,形成另一个过渡的坐标系OgXbY2Z1;

步骤3.3:最后将过渡坐标系OgXbY2Z1沿着OgXb轴旋转γ角度,OgY2轴与OgZ1轴分别转到了OgYb轴与OgZb轴,最终获得坐标系ObXbYbZb的姿态。

6.根据权利要求5所述的准动态微型飞行器姿态测量方法,其特征在于,所述行器惯性坐标系与机体坐标系的关系的矩阵表达式为:式中L(γ,θ,ψ)为惯性坐标系到机体坐标系的转换矩阵。

7.根据权利要求1所述的准动态微型飞行器姿态测量方法,其特征在于,所述步骤4中建立起扑翼飞行器的姿态动力学方程具体步骤为:步骤4.1:设定扑翼飞行器在飞行过程中的角速度和动量矩分别为 和 并选择机体坐标系的原点Ob作为基点,则有:式中I为扑翼飞行器在机体坐标系中的转动惯量,HX、HY、HZ为扑翼飞行器模型的动量矩在机体坐标系中各个方向的分量,ωX、ωY、ωZ为扑翼飞行器模型的角速度在机体坐标系中的各轴的分量,IX、IY、IZ为扑翼飞行器模型对机体坐标系各轴的转动惯量,IXY、IXZ、IYZ、IYX、IZX、IZY为扑翼飞行器模型对机体坐标系各轴的惯量积;

步骤4.2:设定扑翼飞行器模型为一个对称的模型,惯性积为零,对步骤4.1中公式进行化简,再对其进行向量的叉积;

步骤4.3:扑翼飞行器受的总的力矩在机体坐标系中的各轴向的分量分别设为MXb、MXb、MXb,则:步骤4.4:转动的角速度等于扑翼飞行器模型绕各个轴转动的角速度的矢量和:

步骤4.5:由惯性坐标系到机体坐标系的转化关系得:

将扑翼飞行器飞行时的转动角速度和姿态角联系在一起,已知模型的转动角速度(ωX,ωY,ωZ,)即可求得其姿态角(θ,ψ,γ)。

8.一种准动态微型飞行器姿态测量系统,其特征在于,包括扑翼飞行器、碳纤维三轴支架、陀螺仪,将陀螺仪安装在扑翼飞行器重心处,将扑翼飞行器安装在安置板上,碳纤维三轴支架包括偏航轴、俯仰轴和滚转轴,安置板与碳纤维三轴支架的滚转轴固定,碳纤维三轴支架的偏航轴安装在实验台架上,所述俯仰轴转动连接于偏航轴上,滚转轴安装于俯仰轴上;还包括坐标数据处理模块,所述坐标数据处理模块被配置执行如权利要求1至7任一所述的准动态微型飞行器姿态测量方法的步骤。