一种研究鸟类飞行动力学的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种研究鸟类飞行动力学的装置，属于仿生研究领域；该装置具有三轴加速度传感器、数据存储模块、主控模块、通讯模块、电源模块、控制开关和USB接口；使用时，通过主控模块控制，该装置将鸟类飞行时头部和/或翅膀等部位的加速度信号采集并存储到数据存储模块；然后，数据存储模块中的加速度信号通过通讯模块和USB接口，传输到计算机；传输到计算机的加速度信号通过智能控制算法，得到鸟类飞行过程中头部摆动的幅度和角度，或者翅膀扇动的幅度和频率，以便进一步研究鸟类的起飞、避障、降落动力学。本实用新型专利技术具有体积小，重量轻，功耗低，操作简单，使用方便的特点。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及仿生研究领域，尤其涉及仿生研究中一种研究鸟类飞行动力学的 装直。
技术介绍
鸟类能轻松穿越复杂的丛林，能在快速飞行的过程中避开障碍物，并具有优秀的安全起飞和安全着陆能力。这种能力，不仅是研究人员不断探索的科学研究内容，也是工程界，特别是飞行器研究者的仿生学习对象。为了揭示鸟类飞行过程中飞行动力学特征及其变化规律，如鸟类在起飞和降落时速度变化，位姿变化，飞行过程中轨迹变化以及变化频率，特别是在自然开放的环境中研究鸟类的飞行动力学，需要发展新研究方法，并设计相应的有效的装置和系统。鸟类能够准确、快速、安全飞行并避障，需要准确感知外部环境信息。鸟类的主要感觉器官集中与头部，如视觉、听觉、体感与平衡，甚至地磁信号的感受器官。因而，研究飞行过程中鸟类头部相对于躯干的运动特性尤其受到关注，包括头部摆动幅度和角度等，对深入探索鸟类的飞行动力学，进而揭示鸟类飞行机制具有重要意义。这种研究，对研制无人机及更智能的自动飞行系统有重要的启发意义与工程仿生价值。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种研究鸟类飞行动力学的装置，用于研究鸟类起飞、滑翔、降落的飞行动力学特性。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种研究鸟类飞行动力学的方法所使用到的装置，该装置包括三轴加速度传感器，用于采样鸟类不同部位在Χ、Υ、Ζ三个方向的加速度数据；数据存储模块，由串行NOR Flash存储器为主构成，用于存取采样到的加速度数据；主控模块，所述装置核心控制单元，由低功耗小封装单片机为主构成；通讯模块，RS232接口电平和USB接口电平转换电路，分别和主控模块和USB接口连接； 控制开关，连接到主控模块，用于确定所述装置是否处于工作状态，是否可以对锂电池充电，以及装置是处于数据采样阶段还是处于数据传输阶段；电源模块，给所述装置提供电源，含锂电池、充电回路和电压调整电路，充电回路连接到USB接口 ；USB接口，USB MINI B型5Pin接口，给所述装置提供数据交换和充电电源的物理接口 ；其中，所述的主控模块与三轴加速度传感器、控制开关、数据存储模块、通讯模块相连接，所述的通讯模块与USB接口相连接，所述的USB接口与电源模块相连接。本技术所述三轴加速度传感器包括两种三轴加速度传感器，所用型号为 MMA7361L和MMA7660FC，采用容性MEMs单封装结构，其中所述MMA7361L三轴加速度传感器 和主控模块相连，MMA7660FC三轴加速度传感器与主控模块相连。本技术MX25L6436E的Nor Flash存储芯片，采用8-pin SOP封装，其中所述 MX25L6436E存储芯片与主控模块相连接。本技术主控模块为Philips小封装低功耗单片机，所用型号为P89LPC916，采 用TSS0P16封装，其中所述P89LPC916单片机与三轴加速度传感器、控制开关、通讯模块、数 据存储模块相连接。本技术充电电路与USB接口相连接，锂电池与充电电路相连接，电压调整电 路与锂电池相连接，所述电压调整电路输出+3. 3V电压。本技术研究鸟类飞行动力学的方法是在鸟类头部、翅膀和/或者躯干部位 设置一个或多个三轴加速度传感器采集鸟类飞行时头部、翅膀和/或者躯干部位的加速度 数据，存储在监测装置中；计算机通过所述装置中的USB接口获得相应的加速度数据；计算 机对加速度数据进行处理，将各采样点加速度数据映射为相应的摆动方位角和摆幅；通过 智能控制算法，将被测鸟类头部、翅膀和/或躯干的摆动映射为鸟类的扭头、振翅、拐弯和/ 或滑翔的具体行为。其具体步骤包括第一步将监测装置安装于被监测对象的身上，放飞被监测对象，同时启动监测装 置；第二步所述装置初始化主控模块的模数转换器，初始化三轴加速度传感器，定时 器并开启中断程序；第三步所述装置设置并启动数据存储模块；第四步采用三轴加速度传感器采集到的鸟类飞行时头部、翅膀和/或者躯干等 部位的加速度数据，存储在存储芯片中；第五步计算机通过所述装置中的USB接口获得相应的加速度数据；第六步计算机对加速度数据进行处理，将各采样点加速度数据映射为相应的摆 动方位角和摆幅；第七步通过智能控制算法，将被测鸟类头部、翅膀和/或躯干的摆动映射为鸟类 的扭头、振翅、拐弯、滑翔等具体行为，以便进一步的分析。所述的第二步中装置每隔l/16s或者l/32s执行一次中断程序；所述的第四步中 采用MMA7361L三轴加速度传感器采集头部摆动信息，采用MMA7660FC三轴加速度传感器采 集翅膀和/或躯干的摆动信息，同时将数据传送到MX25L6436E存储芯片中存储。所述第五步中，计算机通过所述装置的USB接口获得相应的加速度数据是在被检 测对象归巢时，从所述装置上取下所述数据存储模块，将所述数据存储模块通过USB接口 连接到电脑上从而获得数据，然后对获取的数据进行分析，得出实验结果；所述第七步中， 所述的智能控制算法包括模糊控制、神经元网络、量子遗传算法、小波分析、支持向量机、 D-S证据理论中的一种或多种，来获取鸽子在飞行时头部摆动的幅度和频率、身体的倾斜程 度、翅膀扇动的幅度和频率等信息。本技术的有益效果是，解决了
技术介绍
中存在的缺陷，能够追踪鸟类的活动路径及飞行特点；在使用时，通过主控模块控制，该装置将鸟类飞行时头部和/或翅膀等部位的加速度信号能够连续采集并存储到数据存储模块，待被追踪鸟类归巢后，将数据传输到电脑上完成记录鸟类行为和相关研究；不仅可以观测个体行为还可以观测群体行为；对研究而言，最重要的是获取实验数据，此装置具有大容量的数据存储芯片，可以保存鸟类长时间的飞行数据；且本技术的装置具有体积小，重量轻，功耗低，操作简单，使用方便的特点。以下结合附图和实施例对本技术进一步说明。附图说明图1为本技术一种研究鸟类飞行动力学的装置在鸟类身上的安装示意图；图2为本技术一种研究鸟类飞行动力学的装置的方框图；图3为本技术一种研究鸟类飞行动力学的装置的实施图；图4 Ca)和(b)为两种三轴加速度传感器的电路原理图；图5为主控模块与数据存储模块连接电路原理图。具体实施方式现在结合附图和优选实施例对本技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本技术的基本结构，因此其仅显示与本技术有关的构成。参考图2，本技术实施例的一种研究鸟类飞行动力学的装置包括安装于被监测对象背部的三轴加速度传感器7和8、主控模块2、数据存储模块4、控制开关1、电源模块6、USB接口 5。参考图1，具体是在装置的背带端用甲基丙烯酸(哥两好)粘在尼龙粘扣带上，然后将尼龙粘扣带与实验鸟类背部的尼龙粘扣带9扣紧。主控模块2别与三轴加速度传感器7和8、控制开关1、数据存储模块4、通讯模块3连接，通讯模块3别与USB接口 5和主控模块2相连接，电源模块6分别与三轴加速度传感器7和8、主控模块2、数据存储模块4、通讯模块3相连接，用来为这些模块提供直流电。其中，三轴加速度传感器7用于采集类头部在X、Y、Z三个方向的加速度数据。另一个三轴加速度传感器8用于采集翅膀和/或躯干在X、Y、Z三个方向的加速度数据。数据存储模块4，由串行NOR Flash存储器为主构成，用于存取本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种研究鸟类飞行动力学的装置，其特征在于：该装置包括?三轴加速度传感器，用于采样鸟类不同部位在X、Y、Z三个方向的加速度数据；?数据存储模块，由串行NOR?Flash存储器为主构成，用于存取采样到的加速度数据；?主控模块，所述装置核心控制单元，由低功耗小封装单片机为主构成；?通讯模块，RS232接口电平和USB接口电平转换电路，分别和主控模块和USB接口连接；?控制开关，连接到主控模块，用于确定所述装置是否处于工作状态，是否可以对锂电池充电，以及装置是处于数据采样阶段还是处于数据传输阶段；?电源模块，给所述装置提供电源，含锂电池、充电回路和电压调整电路，充电回路连接到USB接口；?USB接口，USB?MINI?B型5Pin接口，给所述装置提供数据交换和充电电源的物理接口；?其中，所述的主控模块与三轴加速度传感器、控制开关、数据存储模块、通讯模块相连接，所述的通讯模块与USB接口相连接，所述的USB接口与电源模块相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小峰，齐本胜，徐晓平，刘玉宏，苗红霞，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：实用新型
国别省市：