[发明专利]一种扑翼飞行器自主起飞控制系统及方法

权利要求书

1.一种扑翼飞行器自主起飞控制系统，其特征在于，所述扑翼飞行器自主起飞控制系统包括：由遥控小车、支架、应变测量装置、车速测量装置、车载控制板和机载控制板组成的扑翼飞行器自主起飞辅助系统，遥控器，无线接收机，扑翼飞行器，以及姿态传感器；其中，

所述遥控小车，用来搭载支架、应变测量装置、车速测量装置、车载控制板；

所述支架，用来支撑起飞前的自主起飞扑翼飞行器，由支架杆、横梁和支架底座组成；其中，所述支架底座固定在遥控小车上，支撑起整个支架的上部；所述支架杆垂直安装于所述支架底座上，连接横梁和支架底座，呈宽长条型，使搭载的扑翼飞行器有一个离地距离，支架杆的长度参数由扑翼飞行器的尺寸决定；所述横梁和支架杆之间采用螺丝连接，可根据需求调整横梁的角度，所述横梁的端部设置有微型电磁铁，直接与搭载的扑翼飞行器接触，通电后微型电磁铁产生磁性，与扑翼飞行器的相应部位接触，将扑翼飞行器固定在横梁上；

所述应变测量装置，用来采集所述遥控小车行驶过程中扑翼飞行器对所述支架的作用力，以此来反推扑翼飞行器所受到的阻力和升力，根据这些数据来设定合理的起飞条件；

所述车速测量装置，用来测量遥控小车行驶的实时速度；

所述车载控制板与所述应变测量装置和车速测量装置相连，用于采集车速和应变测量装置的测量信号，还用于根据指令驱动遥控小车调整其运行速度；当所述车速信号达到起飞阈值时，车载控制板还用于向机载控制板发送信号，触发自主起飞动作；

所述机载控制板安装于搭载的扑翼飞行器上，用于接收车载控制板的自主起飞信号，驱动所述扑翼飞行器启动自主起飞过程；

所述遥控器控制整个系统的启动和停止；所述无线接收机搭载于遥控小车上，用于与所述遥控器实现无线通信；所述姿态传感器安装于所述扑翼飞行器上；

所述应变测量装置由应变片与信号放大模块组成；其中，

所述应变片安装在所述支架杆的根部，用于测量遥控小车搭载扑翼飞行器行驶的过程中，风阻所带来的支架杆形变量；

所述信号放大模块用于将所述应变片的测量值进行电信号的放大；

所述遥控小车所搭载的扑翼飞行器静止在支架上时的受力满足式(1)：

其中，F_N为支架对扑翼飞行器的支持力，且所述支持力的方向垂直于支架面；m为扑翼飞行器质量；g为重力加速度；mg为扑翼飞行器所受重力，方向竖直向下；α为支架与水平面的夹角；f为扑翼飞行器与支架之间的摩擦力；

所述扑翼飞行器起飞前跟随遥控小车匀速直线运动时的受力满足式(2)：

其中，F为风阻，由应变片反馈数据解算得出；T为扑翼飞行器固定在遥控小车支架上的拉力；F′_N为支架对扑翼飞行器的支持力，且所述支持力的方向垂直于支架面；f'为扑翼飞行器与支架之间的摩擦力，μ为摩擦系数；mg为扑翼飞行器所受重力，方向竖直向下；α为支架与水平面的夹角；

解得T＝F(sinα+cosαcotα)；

当遥控小车的支架释放扑翼飞行器时，拉力T消失，扑翼飞行器受到的升力大小为Tcosα，以及阻力的大小为Tsinα+F，以此作为判断起飞条件的阈值。

2.一种扑翼飞行器自主起飞控制方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1所述的扑翼飞行器自主起飞控制系统实现，包括如下步骤：

步骤S1，将扑翼飞行器固定在遥控小车上，并预设扑翼飞行器自主起飞启动的车速阈值；扑翼飞行器通过对电磁铁通电产生的磁性固定在遥控小车的横梁上，遥控小车与扑翼飞行器之间通过蓝牙实现通信；所述预设车速阈值，根据安装在所述支架杆的根部的应变片返回的数据与支架的攻角进行扑翼飞行器的力的测量分析得到的升推力与车速之间的关系；测定当前风速，设定支架的初始角度，根据扑翼飞行器当前起飞所需要的最小升推力设定当前角度下的车速阈值；

步骤S2，遥控器通过无线接收机发出开始命令，姿态传感器读取姿态数据；

步骤S3，判断是否收到遥控器的遥控小车启动信号；若否，则转入步骤S2继续读取姿态数据；若是，则转入步骤S4；

步骤S4，遥控小车开始加速；

步骤S5，判断遥控小车速度是否达到车速阈值；若否，则转入步骤S4，遥控小车继续加速；若是，则转入步骤S6；

步骤S6，判断扑翼飞行器姿态是否适合起飞；若否，则根据姿态信息调整尾翼和翅膀，并再次判断扑翼飞行器姿态是否适合起飞；若是，则转入步骤S7；

步骤S7，扑翼飞行器翅膀扑动，脱离遥控小车，开始飞行；

步骤S8，判断遥控器是否给了停止信号，若否，则根据遥控器的命令继续飞行，若是，则转入步骤S9；

步骤S9，停止飞行。