仿生蝴蝶飞行器设计分析

面向仿生飞行器未来在地外探测上的潜在应用,提出了一种仿蝴蝶扑翼飞行器的整体设计与制造方案。构思并设计了一款结构相对简单的舵机驱动式双驱扑翼飞行器,并对其做出一系列优化。首先对研究对象进行了概念设计。为了方便实验探究,基于自由度理论设计了一种结构简单,自由度高的仿蝴蝶扑翼微飞行器,并基于飞行器的飞行原理设计了姿态控制方案。利用一系列自行设计的加工工艺,制造组装出整机后,通过实验平台对扑翼微飞行器的飞行状态进行测试,并结合高速摄像机对比观察升力与翅膀运动规律的关系。该仿蝴蝶扑翼飞行器由舵机直驱,翼展为49.8 cm,机身总长37.9 cm,整机重量为32.2 g。测得该飞行器的升力为0.272 N,拍打频率在1.1 Hz左右,最大拍打角为136°。     

基于MEMS传感器的微飞行器控制器设计

设计了一种通用扑翼飞行器控制器方案,硬件上,该方案包含微控制器与惯性传感器选型及电路设计,软件上,通过对四元数和方向余弦矩阵转换公式的推导,引入加速度计和陀螺仪的融合滤波,并将滤波算法在控制器中实现。飞行器姿态控制算法采用经典的多环串级PID控制器,结合基于粒子滤波的飞行器室内定位算法进行定位。在仿真平台和测试台架上分别对该控制器方案及其算法进行了验证,测试结果符合预期指标。