[发明专利]扑翼飞行机器人姿态控制的仿真系统和方法

说明书

本发明公开了一种扑翼飞行机器人姿态控制的仿真系统和方法。其中，该方法包括：采用获取扑翼飞行机器人的真实数据；根据真实数据进行建模得到扑翼飞行机器人的三维模型；将三维模型与刚体组件建立对应关系并设置虚拟控制参数，其中，虚拟控制参数是模拟三维模型在真实世界的物理属性；根据虚拟控制参数通过物理引擎控制三维模型进行仿真飞行的方式。本发明解决了现有技术中对扑翼飞行机器人的仿真飞行过程中无法更好的进行控制姿态的技术问题。

技术领域

本发明涉及自动控制领域，具体而言，涉及一种扑翼飞行机器人姿态控制的仿真系统和方法。

背景技术

有关飞行器姿态控制的研究一直是飞行器设计过程中尤为重要的环节。飞行姿态的稳定与可控决定了1.飞行器能否维持合适的飞行攻角，获得持续稳定的飞行升力而不失速；2.飞行器能否根据期望进行灵活可控的转向，躲避障碍；3.飞行器能否在环境恶劣的天气仍然稳定飞行等等。姿态控制研究对提升飞行器的飞行性能和抗干扰能力有着重要的作用，同时它也是实现飞行器路径规划任务的前提。

相较于四旋翼、固定翼等无人飞行器，扑翼飞行机器人的发展仍然不成熟。市面上现有的扑翼飞行机器人，大多数没有考虑姿态控制，而是依靠自身机械结构使机身在飞行过程中保持平稳，这样的姿态稳定方式抗扰动能力不强，存在着较大的局限性。

现有的扑翼飞行机器人多采用电机驱动，通过机械传动，来模拟自然界生物的扑翼动作。采用这种驱动方式的扑翼飞行机器人受到其机械结构的限制，可控变量较少，不能在飞行过程中调节其翅膀的扑动角度、扑动相位等参数，给扑翼飞行机器人的姿态角控制带来困难。

针对现有技术中对扑翼飞行机器的仿真飞行过程中无法更好的控制姿态的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种扑翼飞行机器人姿态控制的仿真系统和方法，以至少解决现有技术中对扑翼飞行机器人的仿真飞行过程中无法更好的进行控制姿态的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种扑翼飞行机器人姿态控制的仿真方法，包括：获取扑翼飞行机器人实验场景的真实数据，其中，所述真实数据包括所述扑翼飞行机器人的数据；根据所述真实数据进行建模得到所述扑翼飞行机器人实验场景的三维模型；将所述三维模型与刚体组件建立对应关系并设置虚拟控制参数，其中，所述虚拟控制参数是模拟所述三维模型在真实实验场景的物理属性；根据所述虚拟控制参数通过物理引擎控制所述三维模型的进行仿真。

进一步地，将所述三维模型与所述刚体组件建立对应关系并设置所述虚拟控制参数包括：将所述三维模型与所述刚体组件建立对应关系；设置与所述刚体组件相关的刚体参数，其中，所述刚体参数包括质量、重心位置、平动阻力、旋转阻力、是否受重力影响、是否接收其它刚性物体的碰撞、碰撞类型；和/或设置铰链属性参数，其中，所述铰链属性是模拟所述三维模型在真实世界运动规律的属性；和/或设置驱动属性参数，其中，所述驱动属性参数是模拟所述三维模型中的舵机在真实世界产生转角、转速、扭矩的变化。

进一步地，设置所述铰链属性参数包括：对所述三维模型中舵机、舵机臂、以及滚珠轴承和轴销所组成的结构，分别设置所述铰链属性参数。

进一步地，根据所述虚拟控制参数控制所述三维模型的进行仿真之后包括：将仿真过程中的仿真数据与在实验场景下的实验数据保存在指定路径下，其中，所述实验数据是根据扑翼飞行机器人实验场景的真实数据进行飞行实验所获得的；对所述仿真数据与所述实验数据进行分析；根据所述分析结果改进所述虚拟控制参数。

进一步地，获取所述扑翼飞行机器人实验场景的真实数据包括：限制所述扑翼飞行机器人在偏航角和俯仰角平面内的两个旋转自由度；获得所述扑翼飞行机器人在滚转角平面内的真实数据。

进一步地，获取所述扑翼飞行机器人实验场景的真实数据包括：限制所述扑翼飞行机器人在x轴，y轴，z轴上的平动位移；获得所述扑翼飞行机器人实验场景的真实数据。