[发明专利]一种扑翼微型飞行器平均升力和翼运动同步测量平台

权利要求书

1.一种扑翼微型飞行器平均升力和翼运动同步测量平台包括光学平台、支撑杆、支撑杆连接件、飞行器夹具、电子秤、挡风板和3台高速摄像机及相机固定支架；

所述光学平台置于地面，所述光学平台上放置所述电子秤，扑翼微型飞行器通过安装在所述光学平台上的支撑杆上固定在所述电子秤的上方；

所述电子秤放置在所述光学平台上且位于所述扑翼微型飞行器正下方，所述电子秤、所述挡风板与所述扑翼微型飞行器电机中心对齐，成一条线；测量平均升力时，直接读取所述电子秤的读数，获得平均升力大小；秤面距离所述扑翼微型飞行器下缘的高度差为2.5倍至3倍的扑翼微型飞行器翼弦长，以保证平均升力测量结果的准确性；

所述3台高速摄像机通过所述相机固定支架分别布置在所述飞行器的垂直正上方、水平侧方以及水平前方。

2.如权利要求1所述一种扑翼微型飞行器平均升力和翼运动同步测量平台，其特征在于，所述光学平台为实验平台基座，表面光滑平整，台面阵列螺纹孔用来与带有螺纹的所述支撑杆相连接；

所述支撑杆为两端带螺纹的实心不锈钢长杆，其中一根竖直支撑杆经螺纹固定到所述光学平台上，安装后所述竖直支撑杆与所述光学平台紧密连接，且不会晃动；另一根水平支撑杆经所述支撑杆连接件与所述竖直支撑杆固定连接；

所述支撑杆连接件为金属连接件，其上开有两个相互垂直的贯通孔，孔直径与所述支撑杆直径相同；所述竖直支撑杆与所述水平支撑杆相互垂直，采用螺丝锁紧的方式固定；

所述飞行器夹具上开有两个互相垂直的孔，其中一个水平通孔与所述水平支撑杆直径相同；另一个是垂直通孔，与扑翼微型飞行器电机直径相同且深至少1cm；所述飞行器夹具通过热熔胶与所述水平支撑杆以及所述扑翼微型飞行器电机固定在一起；

所述3台高速摄像机通过外部支架分别固定安装在所述扑翼微型飞行器的正上方、左侧方和正前方，拍摄所述扑翼微型飞行器运动过程时，手动或自动触发所述高速摄像机以设定的帧数开始拍摄，拍摄图像在拍摄结束后保存在计算机上，之后通过图像处理获得拍动频率、拍动角及扑翼攻角的变化规律。

3.如权利要求1所述一种扑翼微型飞行器平均升力和翼运动同步测量平台，其特征在于，所述扑翼微型飞行器采用电机驱动，测试时采用稳压电源供电，电机长度大于1cm且可与所述飞行器夹具连接，所述扑翼微型飞行器全翼展小于30cm；沿翼展向方向均匀取3-5个截面，在每个截面处翼膜上均匀标记至少三个坐标点，以准确获得所述扑翼微型飞行器不同展向位置处的攻角变化规律和机翼变形。

4.如权利要求1或2所述一种扑翼微型飞行器平均升力和翼运动同步测量平台，其特征在于，所述飞行器夹具为3D打印零部件，采用树脂材料打印。

5.如权利要求1或2所述一种扑翼微型飞行器平均升力和翼运动同步测量平台，其特征在于，所述电子秤精度达到0.01g，量程大于500g。

6.如权利要求1或2所述一种扑翼微型飞行器平均升力和翼运动同步测量平台，其特征在于，所述挡风板面积为30×30cm，所述挡风板重量与所述扑翼微型飞行器的最大升力之和应小于所述电子秤称重量程。

7.如权利要求1所述一种扑翼微型飞行器平均升力和翼运动同步测量平台，其特征在于，所述相机固定支架为铝型材。

8.如权利要求1或2所述一种扑翼微型飞行器平均升力和翼运动同步测量平台，其特征在于，所述高速摄像机的拍摄帧率至少大于100倍的扑翼微型飞行器翼最大拍动频率，拍摄时间不少于10个拍动周期时长。

9.如权利要求1-8任意一项所述的一种扑翼微型飞行器平均升力和翼运动同步测量平台平均升力及翼运动测量方法为：

(1)准备好需要测试的扑翼微型飞行器、稳压电源以及测量平台，所述测量品台为扑翼微型飞行器平均升力和翼运动同步测量平台；

(2)搭建所述测量平台并保证所述光学平台水平，所述支撑杆固定在所述光学平台上且不发生晃动，用铅垂线保证所述电子秤、所述挡风板和扑翼微型飞行器中心对齐，所述挡风板与所述扑翼微型飞行器后缘的高度差设置为2.5倍至3倍弦长的高度；

(3)将所述扑翼微型飞行器的电机与稳压电源连接，所述电子秤归零，所述高速摄像机通过所述相机固定支架固定在光学平台上；固定好后调整镜头，使整个扑翼微型飞行器在拍摄区域中心，调整镜头光圈保证景深使拍动全过程中能拍摄到扑翼清晰图像，最后完成高速摄像机标定；

(3)稳压电源给电，待扑翼微型飞行器电机电压达到预期值且扑翼微型飞行器拍动稳定后，触发所述高速摄像机拍摄，目视读出所述电子秤示数，该参数即为扑翼微型飞行器的平均升力；

(4)保存高速摄像机图像至电脑，处理俯视摄像机拍摄得到的图像获得拍动角规律，具体做法为：将上拍极限位置图片作为起始图片，以该图像中机翼拍动轴和翼尖的连线为基准线，后续图像中机翼转轴和翼尖连线与基准线的夹角即为该时刻拍动角，连续处理一个拍动周期的图像即可得到拍动角在一个拍动周期内的运动规律；

(5)处理水平放置的两台所述高速摄像机的图像，根据相机标记结果获得翼上不同展向位置截面处标记点的坐标，据此计算展向位置处的当地攻角和机翼的扭曲变形情况。