本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于無線通信的撲翼機(jī)器人控制裝置。

背景技術(shù)：

撲翼機(jī)器人又稱為飛鳥仿生機(jī)器人，是一種有一對撲動(dòng)撲翼和一個(gè)擺動(dòng)尾翼的飛行器。撲翼飛行是一種通過靠模仿鳥類與昆蟲撲動(dòng)撲翼而實(shí)現(xiàn)飛行的飛行方式，這種方式區(qū)別與傳統(tǒng)的固定翼和旋翼式飛行，其最大的特點(diǎn)就是僅僅通過一對撲翼有規(guī)律地?fù)鋭?dòng)就可以同時(shí)產(chǎn)生飛行時(shí)所需要的升力和推力，以及用于調(diào)整飛行狀態(tài)和身體平衡等所需的俯仰、偏航與滾轉(zhuǎn)力矩，這種飛行方式也是自然界中數(shù)千種鳥類以及數(shù)十萬種昆蟲所采用的最基本的運(yùn)動(dòng)形式。一般的四旋翼控制裝置主要由單片機(jī)控制，采用單個(gè)陀螺儀測量和采集飛行角度數(shù)據(jù)，測量精度不高，飛行機(jī)器人飛行方向角度存在偏差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、飛行方向角度更加精確的尾翼可擺動(dòng)的撲翼機(jī)器人飛行控制裝置。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、飛行方向角度更加精確的尾翼可擺動(dòng)的撲翼機(jī)器人飛行控制方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種帶有尾翼的撲翼機(jī)器人飛行控制裝置，所述控制裝置包括機(jī)載控制裝置、遙控器和地面控制裝置，所述機(jī)載控制裝置包括微控制器、輸入捕捉模塊、程序下載模塊、PWM電機(jī)控制模塊、遙控接收機(jī)、第一無線數(shù)傳模塊、尾翼傳感模塊、機(jī)身傳感模塊、GPS模塊和霍爾傳感器，所述輸入捕捉模塊、程序下載模塊、PWM電機(jī)控制模塊、尾翼傳感模塊、機(jī)身傳感模塊、GPS模塊和霍爾傳感器與微控制器連接，所述遙控接收機(jī)分別與輸入捕捉模塊和PWM電極控制模塊連接，所述第一無線數(shù)傳與地面控制裝置無線通信，所述遙控接收機(jī)與遙控器無線通信。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述機(jī)載控制裝置還包括供電電源，所述供電電源與微控制器連接用于給微控制器供電。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述機(jī)載控制裝置還包括低壓警報(bào)模塊，所述低壓警報(bào)模塊分別與所述微控制器和所述供電電源連接，所述低壓警報(bào)模塊用于檢測供電電源電壓且在低壓時(shí)發(fā)出警報(bào)。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述PWM控制模塊包括撲翼撲動(dòng)電機(jī)、尾翼擺動(dòng)電機(jī)和撲翼角度電機(jī)。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述機(jī)身傳感模塊是機(jī)身MPU6050傳感器，所述機(jī)身MPU6050傳感器包括機(jī)身陀螺儀和機(jī)身加速度計(jì)，所述尾翼傳感模塊是尾翼MPU6050傳感器，所述尾翼MPU6050傳感器包括尾翼陀螺儀和機(jī)身陀螺儀。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述地面控制裝置包括遙控器、第二無線數(shù)傳模塊、微控制板和控制終端，所述第二無線數(shù)傳模塊與微控制板連接，所述微控制板與控制終端連接，所述第二無線數(shù)傳模塊與第一無線數(shù)傳模塊無線通信。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一無線數(shù)傳模塊和第二無線數(shù)傳模塊均是2.4G無線數(shù)傳模塊。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述GPS模塊用于獲取機(jī)器人的位置信息包括經(jīng)緯度、海拔高度和速度，所述霍爾傳感器用于測算撲翼機(jī)器人撲翼拍動(dòng)的頻率。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述控制終端是手機(jī)或平板電腦或筆記本電腦。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述微控制器是STM32F103RCT6芯片。

一種尾翼可擺動(dòng)的撲翼機(jī)器人飛行控制方法，所述控制方法應(yīng)用于上述的一種帶有尾翼的撲翼機(jī)器人飛行控制裝置，所述方法包括步驟：S1，采集和存儲當(dāng)前機(jī)器人飛行數(shù)據(jù)；S2，根據(jù)當(dāng)前的機(jī)器人飛行數(shù)據(jù)，判斷機(jī)器人當(dāng)前的飛行狀態(tài)，根據(jù)當(dāng)前的飛行狀態(tài)確定目標(biāo)姿態(tài)通過對撲翼和尾翼進(jìn)行調(diào)整控制，進(jìn)而控制機(jī)器人的飛行姿態(tài)。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S1包括子步驟：S11，機(jī)身傳感模塊采集機(jī)身運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并將機(jī)身運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)傳給微控制器，尾翼傳感模塊采集尾翼運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并將尾翼運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)傳給微控制器，GPS模塊采集撲翼機(jī)器人的位置信息傳給微控制器，霍爾傳感器采集撲翼拍動(dòng)的頻率傳給微控制器；S12，微控制器將飛行數(shù)據(jù)通過第一無線數(shù)傳模塊發(fā)送給地面控制裝置，地面控制裝置存儲飛行數(shù)據(jù)。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述機(jī)身運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)包括機(jī)身飛行方向的角度、角速度和加速度，所述尾翼運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)包括尾翼的角度、角速度和加速度。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S2包括子步驟：S21，地面控制裝置對接收到的當(dāng)前的機(jī)器人機(jī)身運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和尾翼運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，判斷機(jī)器人當(dāng)前的飛行狀態(tài)；S22，地面控制裝置和/或遙控器根據(jù)機(jī)器人當(dāng)前的飛行狀態(tài)發(fā)出控制命令發(fā)送到機(jī)載控制裝置，機(jī)載控制裝置的微控制器接收到控制命令后，根據(jù)控制命令驅(qū)動(dòng)PWM電機(jī)控制模塊，對撲翼和尾翼進(jìn)行調(diào)整控制，進(jìn)而控制機(jī)器人的飛行姿態(tài)。

本發(fā)明的有益效果是：一種帶有尾翼的撲翼機(jī)器人飛行控制裝置，機(jī)身傳感模塊和尾翼傳感模塊分別采集機(jī)身運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和尾翼運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，通過微控制器驅(qū)動(dòng)PWM電機(jī)控制模塊對撲翼和尾翼進(jìn)行調(diào)整控制，進(jìn)而控制機(jī)器人的飛行姿態(tài)，本發(fā)明控制裝置結(jié)構(gòu)簡單，飛行方向角度更加精確。

本發(fā)明一種帶有尾翼的撲翼機(jī)器人飛行控制裝置，可以通過地面控制裝置與撲翼機(jī)器人的機(jī)載控制裝置無線通信，進(jìn)而控制撲翼機(jī)器人，還可以通過遙控器對撲翼機(jī)器人進(jìn)行控制，使用更加方便。

本發(fā)明的另一個(gè)有益效果是：一種帶有尾翼的撲翼機(jī)器人飛行控制方法，機(jī)身傳感模塊和尾翼傳感模塊分別采集機(jī)身運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和尾翼運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，通過微控制器驅(qū)動(dòng)PWM電機(jī)控制模塊對撲翼和尾翼進(jìn)行調(diào)整控制，進(jìn)而控制機(jī)器人的飛行姿態(tài)，本發(fā)明控制方法使飛行方向角度更加精確。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說明：

圖1是一種帶有尾翼的撲翼機(jī)器人飛行控制裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是一種帶有尾翼的撲翼機(jī)器人飛行控制裝置地面控制裝置具體實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是地面、撲翼機(jī)器人、機(jī)身MPU6050傳感器和尾翼MPU6050傳感器的坐標(biāo)系示意圖；

圖4是機(jī)身MPU6050傳感器坐標(biāo)系與撲翼機(jī)器人坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換示意圖；

圖5是機(jī)身MPU6050傳感器坐標(biāo)系與地面參考坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換示意圖；

圖6是尾翼MPU6050傳感器坐標(biāo)系和撲翼機(jī)器人坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)示意圖；

圖7是尾翼MPU6050傳感器坐標(biāo)系與撲翼機(jī)器人坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換示意圖。

具體實(shí)施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

圖1是一種帶有尾翼的撲翼機(jī)器人飛行控制裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，一種帶有尾翼的撲翼機(jī)器人飛行控制裝置，控制裝置包括機(jī)載控制裝置10、地面控制裝置20和遙控器30，機(jī)載控制裝置10包括微控制器1、低壓警報(bào)模塊2、輸入捕捉模塊3、程序下載模塊4、PWM電機(jī)控制模塊5、機(jī)載設(shè)備驅(qū)動(dòng)擴(kuò)展口6、第一無線數(shù)傳模塊7、遙控接收機(jī)8、供電電源9、尾翼傳感模塊、機(jī)身傳感模塊、GPS模塊12和霍爾傳感器13，本實(shí)施例微控制器1是STM32F103RCT6芯片。其中，供電電源9的第一輸出端與低壓警報(bào)模塊2的輸入端連接，低壓警報(bào)模塊2與微控制器1連接，供電電源9的第二輸出端與微控制器1的第九輸入端連接用于給微控制器1提供工作電源，低壓警報(bào)模塊2用于檢測電源電壓，根據(jù)用電量以及當(dāng)前電量預(yù)測到達(dá)低壓時(shí)間，在接近低壓時(shí)持續(xù)對地面控制裝置20發(fā)出警報(bào)信號。遙控接收機(jī)8的第一輸出端與輸入捕捉模塊3的輸入端連接，遙控接收機(jī)8的第二輸出端與PWM電機(jī)控制模塊5的第二輸入端連接，輸入捕捉模塊3的輸出端與微控制器1第三輸入端連接，程序下載模塊4的輸出端與微控制器1的第四輸入端連接，微控制器1的輸出端與PWM電機(jī)控制模塊5的第一輸入端連接，機(jī)載設(shè)備驅(qū)動(dòng)擴(kuò)展口6的輸出端與微控制器1的第六輸入端連接，第一無線數(shù)傳模塊7的輸出端與微控制器1的第七輸入端連接，尾翼傳感模塊的輸出端與微控制器1的第十輸入端連接，機(jī)身傳感模塊的輸出端與微控制器1的第十一輸入端連接，GPS模塊12的輸出端與微控制器1的第十二輸入端連接，霍爾傳感器13的輸出端與微控制器1的第十三輸入端連接，本實(shí)施例尾翼傳感模塊和機(jī)身傳感模塊均采用MPU6050傳感器，機(jī)身MPU6050傳感器11安裝在機(jī)器人機(jī)身上，機(jī)身MPU6050傳感器11采集機(jī)身運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，尾翼MPU6050傳感器10安裝在尾翼上，尾翼MPU6050傳感器10采集尾翼運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，機(jī)身MPU6050傳感器11包括機(jī)身陀螺儀111和機(jī)身加速度計(jì)112，尾翼MPU6050傳感器10包括尾翼陀螺儀101和尾翼加速度計(jì)102。程序下載模塊4為微控制器1下載程序，PWM電機(jī)控制模塊5包括撲翼撲動(dòng)電機(jī)51、尾翼擺動(dòng)電機(jī)52和撲翼角度電機(jī)53，撲翼撲動(dòng)電機(jī)51驅(qū)動(dòng)撲翼撲動(dòng)，尾翼擺動(dòng)電機(jī)52驅(qū)動(dòng)尾翼擺動(dòng)，撲翼角度電機(jī)53驅(qū)動(dòng)改變撲翼角度。機(jī)載設(shè)備驅(qū)動(dòng)擴(kuò)展口6預(yù)留給微控制器1擴(kuò)展資源。第一無線數(shù)傳模塊7與地面控制裝置20無線通信，遙控接收機(jī)8與遙控器30無線通信，GPS模塊12獲取機(jī)器人的位置信息包括經(jīng)緯度、海拔高度和速度，霍爾傳感器13測算撲翼機(jī)器人撲翼擺動(dòng)的頻率。微控制器1將飛行數(shù)據(jù)通過第一無線數(shù)傳模塊7發(fā)送回地面控制裝置20，飛行數(shù)據(jù)包括低壓警報(bào)模塊2采集到的電量信息，尾翼MPU6050傳感器10采集到尾翼運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，機(jī)身MPU6050傳感器11采集到機(jī)身運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)、GPS模塊12采集到的位置信息、霍爾傳感器13采集到撲翼擺動(dòng)的頻率。機(jī)載控制裝置10將飛行數(shù)據(jù)傳給地面控制裝置20后，用戶可以通過地面控制裝置20控制撲翼機(jī)器人的飛行方向，也可以通過遙控器30控制撲翼機(jī)器人的飛行方向。用于也可以事先將程序通過程序下載模塊4存儲在微控制器1中，微控制器1對低壓報(bào)警模塊2、尾翼MPU6050傳感器10、機(jī)身MPU6050傳感器11、GPS模塊12和霍爾傳感器13的信息進(jìn)行解析，并根據(jù)程序?qū)WM電極控制模塊5進(jìn)行相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)。

圖2是一種帶有尾翼的撲翼機(jī)器人飛行控制裝置地面控制裝置具體實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，地面控制裝置包括第二無線數(shù)傳模塊14、微控制板15、控制終端，第二無線數(shù)傳模塊14與微控制板15連接，微控制板15與控制終端通過串口17連接，微控制板15可以采用STM32系列的芯片，第二無線數(shù)傳模塊14與上述機(jī)載控制裝置10的第一無線數(shù)傳模塊7無線通信，控制終端可以是手機(jī)或者平板電腦或者筆記本電腦等，本實(shí)施例控制終端采用的是PC機(jī)，PC機(jī)16中的軟件MATLAB161與上位機(jī)163通過虛擬串口162互相通信。本實(shí)施例中第一無線數(shù)傳模塊7和第二無線數(shù)傳模塊14均是2.4G無線數(shù)傳模塊。第二無線數(shù)傳模塊14接收第一無線數(shù)傳模塊7發(fā)送的飛行數(shù)據(jù)，STM32微控制板15對飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行解析后通過串口17發(fā)送給PC機(jī)16的MATLAB161，PC機(jī)16中的MATLAB161通過算法對飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行解析處理，上位機(jī)163根據(jù)飛行數(shù)據(jù)直觀顯示撲翼機(jī)器人相應(yīng)的狀態(tài)，并且在PC機(jī)16中對撲翼機(jī)器人進(jìn)行遙控。上位機(jī)163將遙控信息通過虛擬串口162發(fā)送給MATLAB161，MATLAB161對遙控信息解析并打包成命令通過串口17發(fā)送給STM32微控制板15，STM32微控制板15進(jìn)一步處理后通過第二無線數(shù)傳模塊14發(fā)送給撲翼機(jī)器人的機(jī)載控制裝置。

撲翼機(jī)器人可以全自主控制自身的飛行姿態(tài)，還可以通過地面控制裝置和/或遙控器控制撲翼機(jī)器人的飛行姿態(tài)。

方式一：地面控制裝置控制撲翼機(jī)器人的飛行姿態(tài)。

微控制器將收集到的飛行數(shù)據(jù)通過第一無線數(shù)傳模塊發(fā)送回地面控制裝置，地面控制裝置對飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行解析處理，地面控制裝置發(fā)出控制命令通過第二無線數(shù)傳發(fā)送給機(jī)載控制裝置，機(jī)載控制裝置的微控制器根據(jù)接收到的控制命令對PWM電機(jī)控制模塊進(jìn)行相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)，包括改變撲翼撲動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、尾翼擺動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和撲翼角度電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，控制撲翼機(jī)器人的飛行姿態(tài)，進(jìn)而改變撲翼機(jī)器人的飛行方向。

方式二：遙控器控制撲翼機(jī)器人的飛行姿態(tài)。

微控制器將收集到的飛行數(shù)據(jù)通過第一無線數(shù)傳模塊發(fā)送回地面控制裝置，地面控制裝置對飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行解析處理，用戶可以手動(dòng)遙控器向機(jī)載控制裝置發(fā)出遙控命令，機(jī)載控制裝置的遙控接收機(jī)接收到遙控命令后關(guān)閉微控制器對第一無線數(shù)傳數(shù)據(jù)的解析，進(jìn)入手動(dòng)遙控狀態(tài)，微控制器仍將收集到的飛行數(shù)據(jù)通過第一無線數(shù)傳模塊發(fā)送回地面控制裝置，地面控制裝置對飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行解析處理。機(jī)載控制裝置的遙控接收機(jī)根據(jù)接收到的遙控命令對PWM電機(jī)控制模塊進(jìn)行相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)，包括改變撲翼撲動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、尾翼擺動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和撲翼角度電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，控制撲翼機(jī)器人的飛行姿態(tài)，進(jìn)而改變撲翼機(jī)器人的飛行方向。

方式三：地面控制裝置和遙控器共同控制撲翼機(jī)器人的飛行姿態(tài)。

微控制器將收集到的飛行數(shù)據(jù)通過第一無線數(shù)傳模塊發(fā)送回地面控制裝置，地面控制裝置對飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行解析處理，機(jī)載控制裝置的微控制器同時(shí)接收地面控制裝置的控制命令和遙控器的遙控命令，遙控接收機(jī)接收到遙控器的遙控命令后將遙控命令通過輸入捕捉模塊傳給微控制器，微控制器根據(jù)程序?qū)刂泼詈瓦b控命令進(jìn)行相應(yīng)的處理和協(xié)調(diào)，對PWM電機(jī)控制模塊進(jìn)行相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)，包括改變撲翼撲動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、尾翼擺動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和撲翼角度電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，控制撲翼機(jī)器人的飛行姿態(tài)，進(jìn)而改變撲翼機(jī)器人的飛行方向。

一種帶有尾翼的撲翼機(jī)器人飛行控制裝置，機(jī)身傳感模塊和尾翼傳感模塊分別采集機(jī)身運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和尾翼運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，通過微控制器驅(qū)動(dòng)PWM電機(jī)控制模塊對撲翼和尾翼進(jìn)行調(diào)整控制，進(jìn)而控制機(jī)器人的飛行姿態(tài)，本發(fā)明控制裝置結(jié)構(gòu)簡單，飛行方向角度更加精確。

本發(fā)明一種帶有尾翼的撲翼機(jī)器人飛行控制裝置，可以通過地面控制裝置與撲翼機(jī)器人的機(jī)載控制裝置無線通信，進(jìn)而控制撲翼機(jī)器人，還可以通過遙控器對撲翼機(jī)器人進(jìn)行控制，使用更加方便。

一種尾翼可擺動(dòng)的撲翼機(jī)器人飛行控制方法，所述控制方法應(yīng)用于上述的一種帶有尾翼的撲翼機(jī)器人飛行控制裝置，所述方法包括步驟：S1，采集和存儲當(dāng)前機(jī)器人飛行數(shù)據(jù)；S2，根據(jù)當(dāng)前的機(jī)器人飛行數(shù)據(jù)，判斷機(jī)器人當(dāng)前的飛行狀態(tài)，根據(jù)當(dāng)前的飛行狀態(tài)確定目標(biāo)姿態(tài)通過對撲翼和尾翼進(jìn)行調(diào)整控制，進(jìn)而控制機(jī)器人的飛行姿態(tài)。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S1包括子步驟：S11，機(jī)身傳感模塊采集機(jī)身運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并將機(jī)身運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)傳給微控制器，尾翼傳感模塊采集尾翼運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并將尾翼運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)傳給微控制器，GPS模塊采集撲翼機(jī)器人的位置信息傳給微控制器，霍爾傳感器采集撲翼拍動(dòng)的頻率傳給微控制器；S12，微控制器將飛行數(shù)據(jù)通過第一無線數(shù)傳模塊發(fā)送給地面控制裝置，地面控制裝置存儲飛行數(shù)據(jù)。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述機(jī)身運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)包括機(jī)身飛行方向的角度、角速度和加速度，所述尾翼運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)包括尾翼的角度、角速度和加速度。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S2包括子步驟：S21，地面控制裝置對接收到的當(dāng)前的機(jī)器人機(jī)身運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和尾翼運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，判斷機(jī)器人當(dāng)前的飛行狀態(tài)；S22，地面控制裝置和/或遙控器根據(jù)機(jī)器人當(dāng)前的飛行狀態(tài)發(fā)出控制命令發(fā)送到機(jī)載控制裝置，機(jī)載控制裝置的微控制器接收到控制命令后，根據(jù)控制命令驅(qū)動(dòng)PWM電機(jī)控制模塊，對撲翼和尾翼進(jìn)行調(diào)整控制，進(jìn)而控制機(jī)器人的飛行姿態(tài)。

由于機(jī)身MPU6050傳感器與尾翼MPU6050傳感器在撲翼機(jī)器人的安裝位置不同，在采集機(jī)身運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和尾翼運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)，機(jī)身運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)包括機(jī)身的角速度、角度和加速度，尾翼運(yùn)動(dòng)速度包括尾翼的角速度、角度和加速度，機(jī)身MPU6050傳感器、尾翼MPU6050傳感器與撲翼機(jī)器人的坐標(biāo)系需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

下面以一具體實(shí)施例說明機(jī)身MPU6050傳感器、尾翼MPU6050傳感器與撲翼機(jī)器人的坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換。

圖3是地面、撲翼機(jī)器人、機(jī)身MPU6050傳感器和尾翼MPU6050傳感器的坐標(biāo)系示意圖，如圖3所示，O_aX_aY_aZ_a表示地面參考坐標(biāo)系，O_bX_bY_bZ_b表示撲翼機(jī)器人的坐標(biāo)系，O₁X₁Y₁Z₁表示機(jī)身MPU6050傳感器的坐標(biāo)系，O₂X₂Y₂Z₂表示尾翼MPU6050傳感器的坐標(biāo)系，撲翼機(jī)器人飛行方向?yàn)閾湟頇C(jī)器人X_b軸的正方向，垂直于飛行方向向右的為撲翼機(jī)器人的Y_b軸的正方向，垂直于飛行方向向機(jī)身下方的為撲翼機(jī)器人Z_b軸的正方向，撲翼機(jī)器人的Y_b軸與地面參考坐標(biāo)系的X_a軸平行且方向相同，撲翼機(jī)器人的X_b軸與地面參考坐標(biāo)系的Y_a軸平行且方向相同，撲翼機(jī)器人的Z_b軸與地面參考坐標(biāo)系的Z_a軸平行但方向相反。

初始化時(shí)，撲翼機(jī)器人平面O_bX_bY_b平行于地面，固定在機(jī)身上的機(jī)身MPU6050傳感器的X₁軸與撲翼機(jī)器人的Y_b軸的方向相反、Y₁軸的方向與撲翼機(jī)器人的X_b軸的方向相反、Z₁軸的方向與撲翼機(jī)器人的Z_b軸的方向相反，固定在尾翼的尾翼MPU6050傳感器的X₂軸的方向與撲翼機(jī)器人的Y_b軸的方向相同，Y₂軸的方向與撲翼機(jī)器人的X_b軸的方向相同，Z₂軸的方向與撲翼機(jī)器人的Z_b軸的方向相反。因此，機(jī)身MPU6050傳感器的坐標(biāo)系與撲翼機(jī)器人坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)變化，在MPU6050的定義中，俯仰角p(pitch)、偏航角y(yaw)和翻滾角r(roll)分別對應(yīng)φ、ψ和θ。在撲翼機(jī)器人的坐標(biāo)體系中，同樣也是定義仰角、偏航角和翻滾角分別對應(yīng)繞Y_b軸、Z_b軸和X_b軸旋轉(zhuǎn)，機(jī)身MPU6050傳感器繞撲翼機(jī)器人的X_b軸、Y_b軸、Z_b軸和運(yùn)動(dòng)的變換矩陣如下：

圖4是機(jī)身MPU6050傳感器坐標(biāo)系與撲翼機(jī)器人坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換示意圖，機(jī)身MPU6050傳感器采集機(jī)身運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)包括機(jī)身的角速度、角度和加速度，如圖4所示，機(jī)身MPU6050傳感器坐標(biāo)系由撲翼機(jī)器人坐標(biāo)系分兩次旋轉(zhuǎn)完成，第一次繞撲翼機(jī)器人坐標(biāo)系X_b軸旋轉(zhuǎn)180度，第二次繞撲翼機(jī)器人坐標(biāo)系Z_b軸旋轉(zhuǎn)-90度，兩次旋轉(zhuǎn)后得到機(jī)身MPU6050傳感器坐標(biāo)系，因此，機(jī)身MPU6050傳感器坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到撲翼機(jī)器人坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣表示如下公式：

圖5是機(jī)身MPU6050傳感器坐標(biāo)系與地面參考坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換示意圖，機(jī)身MPU6050傳感器坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到撲翼機(jī)器人坐標(biāo)系只能得到撲翼機(jī)器人的角速度信息，而撲翼機(jī)器人飛行加速度是撲翼機(jī)器人相對地面的加速度，即機(jī)身MPU6050傳感器相對地面的加速度，因此，需要將機(jī)身MPU6050傳感器坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成地面參考坐標(biāo)系。如圖5所示，機(jī)身MPU6050傳感器坐標(biāo)系由地面參考坐標(biāo)系繞地面參考坐標(biāo)系的Z₂軸旋轉(zhuǎn)180度轉(zhuǎn)換而成，因此，機(jī)身MPU6050傳感器坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到撲翼機(jī)器人坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣表示如下公式：

圖6是尾翼MPU6050傳感器坐標(biāo)系和撲翼機(jī)器人坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)示意圖，圖7是尾翼MPU6050傳感器坐標(biāo)系與撲翼機(jī)器人坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換示意圖，結(jié)合圖6和圖7，尾翼MPU6050傳感器采集尾翼運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)包括尾翼的角速度、角度和加速度，尾翼的角速度是相對撲翼機(jī)器人的角速度，如圖6所示，撲翼機(jī)器人的坐標(biāo)系由O_bX_bY_bZ_b旋轉(zhuǎn)到O_b-1X_b-1Y_b-1Z_b-1，即X_b軸旋轉(zhuǎn)θ₁、Y_b軸旋轉(zhuǎn)φ₁、Z_b軸旋轉(zhuǎn)ψ₁，而尾翼MPU6050傳感器的坐標(biāo)系由O₂X₂Y₂Z₂旋轉(zhuǎn)到O_2-1X_2-1Y_2-1Z_2-1，繞尾翼MPU6050傳感器坐標(biāo)系由撲翼機(jī)器人坐標(biāo)系兩次旋轉(zhuǎn)完成，第一次繞撲翼機(jī)器人坐標(biāo)系X_b軸旋轉(zhuǎn)180度，第二次繞撲翼機(jī)器人坐標(biāo)系Z_b軸旋轉(zhuǎn)90度，兩次旋轉(zhuǎn)后得到尾翼MPU6050傳感器坐標(biāo)系，因此，尾翼MPU6050傳感器坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到撲翼機(jī)器人坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣表示如下公式：

因此，當(dāng)撲翼機(jī)器人坐標(biāo)系做出X_b軸旋轉(zhuǎn)θ₁、Y_b軸旋轉(zhuǎn)φ₁、Z_b軸旋轉(zhuǎn)ψ₁時(shí)，尾翼MPU6050傳感器相對撲翼機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)角度為：

公式(7)中，r表示翻滾角、p表示俯仰角、y表示偏航角；

機(jī)身MPU6050傳感器相對撲翼機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)角度為：

公式(8)中，r表示翻滾角、p表示俯仰角、y表示偏航角。

一種帶有尾翼的撲翼機(jī)器人飛行控制方法，機(jī)身傳感模塊和尾翼傳感模塊分別采集機(jī)身運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和尾翼運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，通過微控制器驅(qū)動(dòng)PWM電機(jī)控制模塊對撲翼和尾翼進(jìn)行調(diào)整控制，進(jìn)而控制機(jī)器人的飛行姿態(tài)，本發(fā)明控制方法使飛行方向角度更加精確。

以上是對本發(fā)明的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可作出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。