[发明专利]一种基于全景摄像的摆线桨推进器检测控制装置及其方法

说明书

本发明公开了一种基于全景摄像的摆线桨推进器检测控制装置及其方法，检测控制装置由全景摄像头、图像处理器、标定条纹、两块永磁体、偏心圆环、以及安装在摆线桨桨盘上的可控电磁铁组成。全景摄像头、图像处理器固定在桨盘中心轴延伸支架上，随桨盘同步转动，采集偏心圆环和桨盘所在空间的位置信息，并将图像信息转换成计算的数字图像。偏心圆环靠近桨盘的侧面有两块永磁体和多个控制拉杆，偏心圆环径向设有过1^#永磁体的直线段标定条纹，偏心圆环控制机构通过调节电磁铁和永磁体间的斥力控制偏心圆环位置，其结构简单、控制精度高。偏心圆环位置检测算法利用参数约束的方法，降低待搜索参数空间的维数，增强了算法实时性。

技术领域

本发明涉及视觉检测控制技术，具体地说，涉及一种基于全景摄像的摆线桨推进器检测控制装置及其方法。

背景技术

摆线桨推进器，又名滚翼推进器，是一种桨叶展向同旋转轴轴向平行的特殊推进装置，摆线桨桨叶在随桨盘公转的同时还能够绕着各自的梁做周期性俯仰摆动，产生动态升力。西北工业大学在2011年研制的“风火轮”无人机实现了摆线桨作为主升力源的无人机空中悬停和可控飞行，引起了国内外广泛关注。风洞实验和实际飞行实验表明，摆线桨的桨叶在随桨盘公转的同时绕自身主管梁做周期性俯仰摆动，这种运动引起的桨叶动态失速使推进器在低雷诺数下具有很高的气动效率；另外，摆线桨推进式无人机悬停时产生的噪声远远小于无人直升机和四旋翼机，具有很高的隐蔽性。

现有的摆线桨推进器大都没有安装变桨距机构和矢量推力控制装置，仅仅将摆线桨的驱动电机转速作为执行机构的反馈量。然而，摆线桨特殊的非定常气动特性和桨叶间干扰效应导致上述粗糙的闭环控制很难实现可控飞行，现有的以摆线桨作为主升力源的无人机在系留悬停实验中往往存在严重的上下起伏现象。专利CN102582830A中公开了一种通过控制偏心圆环来改变桨距和推力方向的摆线桨推进器，该推进器充分发挥了摆线桨灵活的矢量推力优势；然而，该推进器的偏心圆环还主要通过机械拉杆进行控制并且大都没有安装定位装置；机械拉杆及其连接机构的摩擦力模型复杂，具有增大运载体负重、增大系统不确定度等严重缺陷。此外，控制设计不仅需要考虑偏心圆环在其面域内的平动，还须考虑绕其偏心圆圆心的扭摆；偏心圆环的偏心距、偏心相位角、扭摆角和驱动电机转速是矢量推力变桨距摆线桨的一簇控制量，必须同时控制，因此设计精确的偏心圆环检测定位装置和方法对增强执行机构的闭环反馈，进而实现精确的矢量推力控制和变桨距控制具有重要意义。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，解决变桨距摆线桨推进器偏心圆环运动检测和位置跟踪控制问题，本发明提出一种基于全景摄像的摆线桨推进器检测控制装置及其方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括全景摄像头、图像处理器、直线段标定条纹、永磁体、摆线桨中心轴、偏心圆环、沿摆线桨桨盘上周向分布的若干可控电磁铁，所述摆线桨中心轴与驱动电机的功率输出轴通过联轴器相互连接；两个相互平行的桨盘和圆形桨盘分别固定在摆线桨中心轴的两端，每个桨盘设有多个支架臂，支架臂数量为摆线桨桨叶数量的2倍，支架臂顶端与摆线桨桨叶上主管梁铰接，摆线桨桨叶随桨盘一起在驱动电机驱动下绕摆线桨中心轴转动；

所述偏心圆环靠近桨盘的侧面对称安装有两块永磁体和多个控制拉杆，偏心圆环径向设置有过N极永磁体的直线段标定条纹，控制拉杆个数与桨叶个数相同并与桨叶小管梁铰接；所述标定条纹所在直线经过偏心圆环的圆心，标定条纹表面覆有逆反射材料，标定条纹、偏心圆环和桨盘背景在光照条件下具有三段可明显区分的亮度；