[发明专利]一种测试过程无干扰的微牛级飞行昆虫接触反力测试系统

说明书

本发明公开了一种测试过程无干扰的微牛级飞行昆虫接触反力测试系统，包括测试系统安放平台及置于测试系统安放平台上的测试系统底座和高帧数摄像机，其中测试系统底座上安装方形的有机玻璃罩和可以进出有机玻璃罩的碳纤维弹簧，有机玻璃罩侧面粘贴有碳纤维弹簧垂直定位标尺、位置与挠度信息参考标尺、高帧数摄像机垂直定位标尺，有机玻璃罩上表面设有飞行昆虫投放方孔，飞行昆虫投放方孔处设置飞行昆虫投放方孔挡板，有机玻璃罩的两个相邻侧面分别设有碳纤维弹簧安放方孔和高帧数摄像机镜头移动通道。该系统专门用于测试飞行昆虫降落/起飞时在界面产生的接触反力，具有测试过程无干扰、测力精度微牛级等特点。

技术领域

本发明属于力学测试技术领域，尤其涉及一种测试过程无干扰的微牛级飞行昆虫接触反力测试系统，具有测试过程无干扰、测力精度微牛级等特点。

背景技术

接触面对昆虫运动系统的作用力称为接触反力，其测试在机械仿生领域应用较为普遍。运动是动物繁衍、捕食、躲避天敌的基础。许多动物，诸如苍蝇、蚊子、水黾等，拥有独特的运动功能特性，使其完成复杂运动行为。测力系统不断被研制出，用以昆虫接触反力的测试。飞行昆虫在降落/起飞时对界面产生的作用力，亦为接触反力。该接触反力的测试，对研究其运动特性至关重要，还将利于小型飞行机器人的研制。该接触反力的测试精度在微牛级，且测试过程不能有人为干扰，否则会造成接触反力测试数据的不准确。

发明专利CN101380235A公开了一种动物足-面接触反力的测试方法及系统测力技术，该方法通过16个传感器组成2×8式传感器阵列，用于测试动物在地面、壁面和天花板表面的接触力，测试系统主要由弹性体、金属应变片、有机玻璃板和摄像机组成，弹性体结构呈倒T形状，其分布有腰型孔以减轻弹性体重量，避免重力对测力结果产生影响，有机玻璃板上对应的测力片位置处设置长宽为31毫米的正方形方孔，传感器测力片的测力范围为30毫米×30毫米，但该项技术适用于测试大型爬行动物的接触反力，对于飞行昆虫则不能满足测试需求，更不能测试起飞/降落过程中的接触反力。发明专利CN107340231A公开了一种离心式微牛级昆虫摩擦力在线实时测试系统及测试方法，测试系统包括测试平台及附属机构、调速电机及转速控制器、视频监控系统和能够实现各部件固定安装的机座等4部分，采用滚珠丝杠及步进电机结构，能够精确控制高速视频成像系统的位移，视频监控系统的摄像机中心与测试平台中心保持重合，摄像机具有垂直方向上自由度可调节功能，并可实时调节其与测试平台的垂直距离，用于准确获取测试对象脱离平台时的半径信息，由此计算出测试对象在材料表面产生的最大附着力，但该测力系统仅用于测试昆虫在材料表面的最大附着力，而不能测试飞行昆虫降落/起飞时在界面产生的接触反力。发明专利CN105444940A提出了一种微小力值的测量方法，该发明利用阴影提取法观测水生昆虫腿部与水面接触产生的阴影面积计算获取运动支撑力，根据所拍摄到的水生昆虫在水面上划行产生的阴影图片，通过阿基米德原理对水生昆虫腿部进行三维模型的重建并计算出相应的运动支撑力，该发明涉及的测力技术，测试精度可达到微牛级，但测试对象只能为水生昆虫，不能用于飞行昆虫降落/起飞时的接触反力的测试。

综上所述，现阶段以测力传感器阵列为核心、基于离心运动原理、基于图像处理的接触反力测试系统，其在测力精度、测试对象固定平台等方面不能满足飞行昆虫降落/起飞时在界面产生的接触反力的测试。因此，需要研制一种测试过程无干扰的微牛级飞行昆虫接触反力测试系统，具有测试过程无干扰（不影响昆虫的生理活性）、测力精度微牛级等特点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种测试过程无干扰的微牛级飞行昆虫接触反力测试系统，该系统专门用于测试飞行昆虫降落/起飞时在界面产生的接触反力，具有测试过程无干扰（不影响昆虫的生理活性）、测力精度微牛级等特点，能够真实反映飞行昆虫降落/起飞时在界面产生的接触反力。