扑动翼翼肋刚度测量装置以及刚度测量方法
【技术领域】
[0001]本发明属于翼肋刚度测量技术领域，具体涉及一种扑动翼翼肋刚度测量装置以及刚度测量方法。
【背景技术】
[0002]扑翼飞行器是一种模仿自然界鸟类或昆虫飞行的新型飞行器，具有体积小、重量轻、隐蔽性高以及使用灵活等特点，因而具有广阔的应用前景。微型扑翼飞行器更是由于其在微型尺度的独特优势而越来越受到关注。
[0003]围绕这一课题，国内外虽已研制出可控飞行的扑翼飞行器，但距离实用化还有较大的差距。其中一个主要的原因为:在扑动翼的制作过程中，无法精确控制左右对应翼肋的刚度完全相同，最终无法保证左右机翼刚度分布的完全对称性。
[0004]具体的，左机翼和右机翼分别由m根翼肋组成，以m等于5为例，则:左机翼由根部向梢部依次由刚度各不相同的第1-1根翼肋、第1-2根翼肋、第1-3根翼肋、第1-4根翼肋和第1-5根翼肋组成；而右机翼由根部向梢部依次由刚度各不相同的第2-1根翼肋、第2-2根翼肋、第2-3根翼肋、第2-4根翼肋和第2-5根翼肋组成；理想情况下，为保证左机翼和右机翼刚度分布完全对称，需要保证第1-1根翼肋和第2-1根翼肋的刚度相同、第1-2根翼肋和第2-2根翼肋的刚度相同…依此类推，保证第1-5根翼肋和第2-5根翼肋的刚度相同。
[0005]而在传统的扑翼机机翼制作方法中，翼肋的挑选往往是通过经验选取的，因此，无法保证左右对应翼肋刚度完全相同，进而无法保证左右机翼具有相同的刚度分布，最终导致左右扑动翼在相同的扑动状态下产生不同的力和力矩特性，影响扑翼飞行器的操纵性和可控性。
【发明内容】
[0006]针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种扑动翼翼肋刚度测量装置以及刚度测量方法，可有效解决上述问题。
[0007]本发明采用的技术方案如下:
[0008]本发明提供一种扑动翼翼肋刚度测量装置，包括机架(1)、电机(2)、运动机构
(3)、加持机构(4)、位置传感器(5)、力传感器(6)、数据采集卡、电机驱动器(7)和总控制器；
[0009]所述运动机构(3)包括导轨(3A)、滑块(3B)以及丝杠螺母副；所述丝杠螺母副包括螺母(3C)和丝杠(3D);其中，所述丝杠(3D)置于所述导轨(3A)的腔体中，且与所述导轨(3A)平行设置；在所述导轨(3A)的一端设置所述电机(2)，所述电机(2)的输出轴与所述丝杠(3D)的一端固定连接，所述螺母(3C)通过滚珠套设于所述丝杠(3D)上，当所述电机(2)驱动所述丝杠(3D)旋转时，所述螺母(3C)沿所述丝杠(3D)进行轴向移动；所述滑块(3B)的底部与所述螺母(3C)固定连接，所述滑块(3B)可沿所述导轨(3A)滑动；
[0010]所述位置传感器(5)设置于所述导轨(3A)的一侧，且与所述导轨(3A)平行设置；
[0011]所述加持机构(4)包括加持部件本体以及触头(4B)，所述加持部件本体固定安装于所述滑块(3B)的上部，用于加持固定被测试翼肋的根部；所述触头(4B)的一端与所述加持部件本体固定连接，所述触头(4B)的另一端与所述位置传感器(5)的测量部分相接触；
[0012]所述力传感器(6)固定安装于所述机架⑴的表面，且设置于所述导轨(3A)的另一侧，所述力传感器(6)的顶部设置有供被测试翼肋的梢部插入的通孔(6A);
[0013]所述位置传感器(5)和所述力传感器(6)的输出端均连接到所述数据采集卡的输入端；所述数据采集卡的输出端和所述电机驱动器(7)均连接到所述总控制器。
[0014]优选的，所述机架⑴为两层结构，由上支撑板(1A)和下支撑板(1B)组成；所述电机驱动器(7)放置于所述上支撑板(1A)和所述下支撑板(1B)之间的空间；
[0015]所述电机⑵、所述运动机构(3)、所述加持机构⑷和所述位置传感器(5)设置于所述上支撑板的左端；所述力传感器(6)设置于所述上支撑板的右端。
[0016]优选的，所述导轨(3A)为开口中空结构，包括一体成形的左滑轨(3A-1)、右滑轨(3A-2)以及底板(3A-3);其中，所述左滑轨(3A-1)和所述右滑轨(3A-2)相向位于所述底板(3A-3)的两侧。
[0017]优选的，所述滑块(3B)包括:滑块底座(3B-1)、左滑脚(3B-2)和右滑脚(3B-3)；其中，所述左滑脚(3B-2)和所述右滑脚(3B-3)均固定设置于所述滑块底座(3B-1)的底面，并且，所述左滑脚(3B-2)和所述右滑脚(3B-3)均与所述滑块底座(3B-1)的底面垂直；
[0018]所述左滑脚(3B-2)的外侧和所述滑块底座(3B-1)之间形成左导向面，该左导向面与所述左滑轨(3A-1)相适配；所述右滑脚(3B-3)的外侧和所述滑块底座(3B-1)之间形成右导向面，该右导向面与所述右滑轨(3A-2)相适配；
[0019]所述左滑脚(3B-2)和所述右滑脚(3B-3)之间的间隔容纳固定所述螺母(3C)。
[0020]优选的，所述加持机构(4)包括:上层盖板(4A)、下层盖板(4C)、铰接件(4D)、紧固件以及所述触头(4B)；
[0021]其中，所述上层盖板(4A)和所述下层盖板(4C)通过所述铰接件(4D)可转动连接；所述紧固件用于紧固所述上层盖板(4A)和所述下层盖板(4C);所述触头(4B)的一端固定连接到所述下层盖板(4C)。
[0022]优选的，所述下层盖板(4C)的上表面刻有与翼肋根部形状相适配的凹槽。
[0023]本发明还提供一种扑动翼翼肋刚度测量方法，包括以下步骤:
[0024]步骤1，制造扑动翼翼肋刚度测量装置，具体为:
[0025]根据被测试翼肋的长度，控制力传感器(6)到加持机构⑷的距离，使其能够对被测试翼肋进行两端固定；
[0026]根据被测试翼肋的根部形状，设计与其匹配的加持机构(4)中的加持部位凹槽形状；
[0027]根据被测试翼肋的梢部形状，设计与其匹配的力传感器(6)顶部所开设的通孔(6A)形状;
[0028]步骤2，当需要对外形形状相同或相似的翼肋进行刚度测试时，将被测试翼肋的根部加持固定到加持机构(4)，将被测试翼肋的梢部插入到力传感器(6)的通孔(6A)中；
[0029]然后，总控制器分别与数据采集卡和电机驱动器(7)建立正常连接，并向电机驱动器(7)发送驱动指令；
[0030]步骤3，电机驱动器(7)按预设控制规则控制电机⑵的转动速度和转动方向，电机(2)转动带动滑块(3B)沿导轨(3A)进行水平往复移动，进而带动固定于滑块(3B)的加持机构(4)进行同步的水平往复移动；
[0031]而当加持机构(4)进行水平往复移动时，一方面，加持机构(4)移动引起被测试翼肋发生弯曲变形，进而向力传感器(6)施加力，力传感器(6)受力产生力信号，该力信号实时被数据采集卡采集，并传输到总控制器；另一方面，加持机构(4)移动导致触头(4B)沿位置传感器(5)移动，位置传感器(5)产生触头(4B)的位置信号，该位置信号实时被数据采集卡采集，并传输到总控制器；
[0032]步骤4，在测试结束后，总控制器对不断接收到的力信号和位置信号进行分析，建立得到横坐标为力信号、纵坐标为位置信号的力-位置变化曲线；
[0033]步骤5，然后，当需要判断另一个翼肋的刚度是否与已测试的翼肋刚度一致时，设已测试的翼肋为第1翼肋，设另一个待测翼肋为第2翼肋；
[0034]将第2翼肋安装于同样的扑动翼翼肋刚度测量装置中，电机驱动器(7)按同样的控制规则控制电机(2)的转动速度和转动方向，重复步骤3-步骤4，得到对第2翼肋测试得到的力-位置变化曲线；
[0035]判断对第2翼肋测试得到的力-位置变化曲线与对第1翼肋测试得到的力-位置变化曲线的一致性，如果一致，则得到第1翼肋和