微小型飞行昆虫降落/起飞过程微牛级接触力测试系统设计

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。