仿生飛鳥機(jī)器人模仿鳥類的飛行方式，可主動(dòng)適應(yīng)氣流環(huán)境，因而具有良好的飛行性能，能夠在軍用、警用、民用等方面發(fā)揮重要作用，應(yīng)用前景十分廣闊。與傳統(tǒng)固定翼或旋翼無人機(jī)相比，飛鳥機(jī)器人體型小巧，質(zhì)量輕，功耗低，所運(yùn)行的導(dǎo)航和控制算法卻更復(fù)雜，對飛行控制器的體積、質(zhì)量和功耗提出了嚴(yán)格的要求，另一方面，在飛行過程中，需要實(shí)時(shí)監(jiān)控飛行狀態(tài)并獲取有效的監(jiān)測信息，需要一套地面測控系統(tǒng)。基于此，本文研制仿生飛鳥機(jī)器人的嵌入式飛行控制器以及地面測控系統(tǒng)，滿足飛行控制和地面實(shí)時(shí)監(jiān)控的需求。

　　基于對仿生飛鳥機(jī)器人應(yīng)用場景的分析，確定了嵌入式飛行控制器和地面測控系統(tǒng)的功能需求，并基于此設(shè)計(jì)了總體框架，制定了通訊協(xié)議。嵌入式飛行控制器采集飛鳥機(jī)器人的位置、姿態(tài)、角速度、加速度、翅膀撲動(dòng)頻率和尾翼角度等信息，并運(yùn)行導(dǎo)航和控制算法。地面測控系統(tǒng)與嵌入式飛行控制器之間通過無線鏈路進(jìn)行通信，用于對飛鳥機(jī)器人發(fā)送遙控指令，并能實(shí)時(shí)接收飛行控制器傳回的狀態(tài)數(shù)據(jù)。制定的通訊協(xié)議能夠滿足多種數(shù)據(jù)和指令傳輸、多鳥同時(shí)監(jiān)控、軟件升級和維護(hù)的要求。飛行控制器在質(zhì)量、體積、功耗方面進(jìn)行了優(yōu)化，具有小巧、輕型、低能耗的特點(diǎn)。

　　飛鳥機(jī)器人的傳感器主要包括一套GPS、一套H3144E芯片和兩套分別安裝于機(jī)體和尾翼終端的MPU6050，其中GPS提供經(jīng)緯度和高度信息，H3144E芯片采集翅膀撲動(dòng)頻率，MPU6050則提供姿態(tài)、角速度和加速度信息。嵌入式飛行控制器采用STM32處理器為核心，對上述傳感器的測量信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，且能對4路電機(jī)進(jìn)行控制。地面面測控系統(tǒng)的軟件基于C#和Labview聯(lián)合開發(fā)，具有隨用隨關(guān)的多窗口控制界面，可實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)信息、繪制狀態(tài)波形，并通過3D模型動(dòng)態(tài)顯示飛鳥姿態(tài)；提供5種模式的飛行控制指令，規(guī)劃飛行軌跡，并通過百度地圖顯示飛行軌跡等功能。通信上，采用具有廣播模式的Zigbee，能進(jìn)行多鳥飛行的無線通信。

　　在原有樣機(jī)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了飛鳥機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，提出了一種不同時(shí)到達(dá)死點(diǎn)的平行四邊形尾翼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)方案，以及可調(diào)整減速比和補(bǔ)償加工誤差的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案。并制作了樣機(jī)、進(jìn)行了室內(nèi)和室外的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了嵌入式控制器、地面測控系統(tǒng)的功能和性能，實(shí)驗(yàn)表明改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)提高了飛行性能。
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