机械工程学报

作者：闫征, 王立新, 董世运, 闫世兴

单位：1. 河北科技大学机械工程学院 石家庄 050018;2. 陆军装甲兵学院再制造技术国家重点实验室 北京 100072

关键词：仿生原型,仿生飞行器,微牛级接触力,挠度,图像处理；

基金：河北省自然科学基金(E2019208306)、河北省高等学校科学技术研究重点(ZD2020115)和国家自然科学青年基金(51205107)资助项目。

现阶段微小型仿生飞行器降落/起飞过程的机动灵活性与仿生原型存在差异，降低了其作业过程的安全性与应用范围的普遍性，无干扰状态下仿生原型降落/起飞过程接触力的精确表征是解决该问题的必要前提。为此设计了微小型飞行昆虫降落/起飞过程微牛级接触力测试系统，以碳纤维弹簧T300为接触力的感知器件并对其标定获取接触力-挠度-接触点位置的数学方程(拟合优度R2=0.979)，选用高帧数摄像机记录微小型飞行昆虫在碳纤维弹簧降落/起飞过程的图像信息。选用苍蝇(Musca domestica)进行了接触力测试系统的运行调试，采用基于Matlab编写的图像分析处理程序提取碳纤维弹簧挠度、接触点位置等信息，计算求解接触力并进行修正以消除碳纤维弹簧重力的影响，结果显示苍蝇降落/起飞过程的接触力介于0.121～0.772 mN，为其体重(17.38 mg)的0.71～4.53倍。对于所设计的接触力测试系统，分辨力可达0.001 mN，并从模拟/实际标定、挠度精准获取、接触力修正、降落/起飞过程无干扰等4方面来提升准确度。研究结果为微小型飞行器仿生原型运动行为的定量、准确表征提供了可借鉴的技术与方法。

来源：2023年第5期

《机械工程学报》期刊编辑部

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