微型飞行器的研究与发展

微型飞行器是90年代中期出现的新生事物，它正以日新月异的速度蓬勃向前发展。它的出现引起了世界各国的极大关注和高度重视。本文介绍了微型飞行器的概念和应用前景，重点综述国内外研究现状，总结出研究的关键问题，并提出了未来微型飞行器研究发展的趋势。     

二维直线运动平台几何误差建模与数字化分析

针对二维直线运动平台的定位精度受到绕X、Y、Z三个方向转动产生的角位移误差和沿着这三个方向的线位移误差的影响,采用一种基于三维模型的数字化方法对这些几何误差进行分析。通过参考坐标系和齐次变换矩阵建立二维直线运动平台几何误差运动学模型,并基于误差模型对运动平台的各项几何误差进行分配、计算和合成。基于以上误差分配原则对运动平台使用的导轨提出形位公差要求。通过上述工作,在虚拟样机设计阶段能对所设计结构几何误差进行预测,为后续精密运动的设计提供可靠的参考。     

一种混合驱动柔索并联仿生眼的轨迹规划

在与眼球运动相关的解剖学和运动学的基础上,设计了一种符合Listing定理的基于混合驱动柔索并联机构的3自由度机器人仿生眼.通过矢量封闭方法建立了逆运动学模型,求解出柔索并联机器人的雅可比矩阵和结构矩阵.利用达朗贝尔定理建立柔索并联机器人的力矩平衡方程组,采用广义逆矩阵的相关理论,以柔索张力矢量的2范数最小为目标进行张力优化.用蒙特卡洛方法计算出仿生眼球可达工作空间.最后,在Simulink环境下进行仿真,规划运动轨迹并得到柔索并联机器人运动特性的仿真结果,证明了本文设计的机构符合Listing定理.结果表明:基于混合驱动柔索并联机构的机器人仿生眼结构合理,数学模型正确.     

面向机载惯性稳定云台的微姿态参考系统的研究

基于MEMS传感器设计了面向机载惯性稳定云台的微姿态参考系统.首先,对磁力计受到的环境干扰磁场的影响进行了信号补偿;然后,在分析角速度陀螺、加速度计和磁力计等传感器特点的基础上,提出一种新的卡尔曼滤波算法模型;最后,通过性能测试,验证了微姿态参考模型具有较好的静态和动态性能,完全满足机载惯性稳定云台的需求.     

机载惯性稳定云台系统的研究

针对超小型无人直升机系统对机载云台的要求,首先,设计了二自由度的机载云台机构,然后,采用MEMS传感器设计了云台系统的微姿态参考系统,其中利用一种卡尔曼滤波算法实现各种传感器信息的融合,从而获得云台系统的最优姿态信息;然后,采用一种自适应模糊控制算法设计了机载云台的控制系统,该模糊控制算法具有模糊规则和解模糊自适应调节的性能;最后,飞行试验验证了云台机构、传感器系统和控制系统的可行性。     

拟实环境辅助微操作工具Z方向定位研究

针对微操作系统中微操作工具相对于被操作对象Z方向精确定位难问题,提出了利用拟实环境辅助定位的方法,将定位问题转化为如何确定模糊图像模糊度问题。首先在拟实环境中精确定位,在实际操作中由高精度步进电机直接驱动操作臂使微操作工具到达被操作对象所处焦平面,既克服了“爬山”现象对定位精度的影响,又不受物镜景深的限制。     

摄像机标定中的直接线性变换法

介绍了直接线性变换法，该方法通过求解线性方程组求出摄像机模型的参数，并方便地引入非线性畸变因素，快速、简便地完成摄像机标定任务。实验分析证明了该理论的正确性和可行性。     

高速摄像技术在微型旋翼机性能测量中的应用

提出了一种测量微型旋翼机桨距角及弹性连杆变形角度的新方法—高速摄像法。这种方法可以准确地测得高速旋转物体的角度,拍摄速度可达15 000帧/s。实验需要处理两个角度——桨距角和弹性连杆变形角度。实验中,首先对拍摄部位进行预处理,然后对微型飞行器在高速旋转时的不同状态进行拍摄,包括从正面拍摄桨距角和从侧面拍摄弹性连杆的变形角度,对拍摄到的图片进行筛选、存储并进行图像处理。图像处理部分是用MATLAB软件进行边缘检测,对比了四种不同的检测方法的效果,最后采用Canny算法。用最小二乘法拟和成直线,得到所需的角度;利用采集电路将角度与电压实时地对应起来,得到了电机电压和桨距角及弹性连杆变形角度的八组关系曲线,并对得到角度的精度进行了分析。实验证明这种方法在微型飞行器高速旋转时信号弱、干扰强、其动态特性难以精确测量情况下,可有效测量微型飞行器的变距角度。     

超小型无人机数据链的现状

数据链是无人机系统的重要组成部分,用于完成对无人机的遥控、遥测、跟踪定位及视频信息的传输。对诸多超小型无人机研究单位采用的数据链进行了调研,并对其中应用较多的数传电台和无线局域网进行了介绍和对比;为进一步进行超小型无人机数据链的研究提供了参考。     

MXD2020E在天线伺服系统中的应用

MXD2020E加速度传感器一般多用于测量静态的物体的斜度和动态的振动，对于在飞行器和其他动态环境下，其误差很难满足要求，不能直接用于倾角的测量。本文探讨了MXD2020E型加速度传感器在微小型飞行器的天线伺服系统姿态测量中的应用，并有效解决了加速度传感器的动态性干扰问题，为微小型飞行器的姿态测量提供了一种新方法。