CN112379695A - 一种仿猛禽的臀-尾协同变体控制***的控制方法 - Google Patents
一种仿猛禽的臀-尾协同变体控制***的控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112379695A CN112379695A CN202011337111.3A CN202011337111A CN112379695A CN 112379695 A CN112379695 A CN 112379695A CN 202011337111 A CN202011337111 A CN 202011337111A CN 112379695 A CN112379695 A CN 112379695A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tail
- bird
- prey
- hip
- motion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 48
- 210000002414 leg Anatomy 0.000 claims abstract description 35
- 238000013507 mapping Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000011664 nicotinic acid Substances 0.000 claims abstract description 11
- 210000001217 buttock Anatomy 0.000 claims abstract description 9
- 238000013527 convolutional neural network Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000013135 deep learning Methods 0.000 claims abstract description 7
- 210000001624 hip Anatomy 0.000 claims description 18
- 210000003746 feather Anatomy 0.000 claims description 16
- 210000001930 leg bone Anatomy 0.000 claims description 11
- 101000911772 Homo sapiens Hsc70-interacting protein Proteins 0.000 claims description 6
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 claims description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 7
- 244000062804 prey Species 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
- G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
一种仿猛禽的臀‑尾协同变体控制***的控制方法，属于飞行器控制技术领域。它包括以下步骤:1、获取猛禽尾部的运动规律；2、对模仿猛禽尾部运动的臀部、腿部动作进行大样本采集；3、用卷积神经网络对样本数据进行深度学习，建立起猛禽尾部运动和臀部、腿部运动的映射关系；4、基于步骤3中的映射关系，通过模拟猛禽运动来控制仿猛禽飞行器的运动。本发明臀部、腿部动作来控制仿猛禽飞行器尾部动作，可以实现多自由度仿猛禽飞行器的控制，控制方式简单；面对一些突发情况需要仿猛禽飞行器快速变化尾部形态，这种协同控制方式可以有效实现这种变化；仿猛禽飞行器飞行时可以通过臀部、腿部动作来微调尾部的动作，提高仿猛禽飞行器的飞行效率。
Description
技术领域
本发明属于飞行器控制技术领域，具体涉及一种仿猛禽的臀-尾协同变体控制***的控制方法。
背景技术
鸟类是自然界主要的飞行生物之一，其具有高超的飞行技巧。而鸟类的尾羽在飞行过程中能起到平衡身体、调整速度、改变方向、控制升降等的作用，因此对鸟类尾部结构的研究对仿生飞行器具有十分重要的意义。
随着人类对鸟类飞行研究的逐渐深入，飞行能力越来越强的仿鸟类飞行器也逐渐被研发出来，但要实现和鸟类尾部相似的动作，飞行器就需要有更多的自由度。当飞行器的自由度较多时，若采用传统的仪器控制方式对每一个自由度进行操控，一方面无法快速同时操控多个自由度来实现某个飞行技巧，另一方面，对仿猛禽飞行器的控制操作将变得十分复杂，无法很好操控飞行器。所以提出一种可以快速、简单控制仿猛禽飞行器的控制方式具有很好的现实意义。
猛禽尾部结构和人类臀部、腿部比较相似，因此人类可以通过臀部、腿部来近似模拟猛禽尾部的动作。但是猛禽尾部变化的角度和频率与人类臀部、腿部不同，因此需要通过建立一种猛禽尾部和人类臀部、腿部的相互映射关系。通过这种映射关系人类可以通过模拟猛禽尾部动作来控制飞行器的飞行。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种仿猛禽的臀-尾协同变体控制***的控制方法，其目的在于建立人类臀部、腿部动作和猛禽尾部动作的相互映射关系，人可以通过模仿猛禽尾部的运动来控制仿猛禽飞行器尾部的运动，使得人们可以快速、简单操控仿猛禽飞行器，实现仿猛禽飞行器的各种高超飞行技巧。
本发明提供如下技术方案：一种仿猛禽的臀-尾协同变体控制***的控制方法，其特征在于：包括以下步骤:
步骤1、获取猛禽尾部的运动规律；
步骤2、对模仿猛禽尾部运动的臀部、腿部动作进行大样本采集；
步骤3、用卷积神经网络对样本数据进行深度学习，建立起猛禽尾部运动和臀部、腿部运动的映射关系；
步骤4、基于步骤3中的映射关系，通过模拟猛禽运动来控制仿猛禽飞行器的运动。
所述的一种仿猛禽的臀-尾协同变体控制***的控制方法，其特征在于所述臀-尾协同变体控制***包括猛禽尾部,所述猛禽尾部包括尾椎骨、尾羽，所述猛禽尾部对应设置有人体臀-腿部,所述人体臀-腿部包括与猛禽尾部结构一一对应的腰椎骨、腿骨。
所述的一种仿猛禽的臀-尾协同变体控制***的控制方法，其特征在于所述步骤1中，猛禽尾部的运动规律包括尾椎骨的上下左右转动、尾椎骨侧转、尾羽的张开和并拢，所述人体臀-腿部通过腰椎骨的前后左右转动模拟尾部转动、腰椎骨的扭动模拟尾部的侧转、两腿骨的张开合并模拟尾羽的张开并拢。
所述的一种仿猛禽的臀-尾协同变体控制***的控制方法，其特征在于所述步骤1中，采用姿态传感器对尾椎骨、尾羽每个自由度参数进行识别，从而获得猛禽尾部各个自由度参数数据。
所述的一种仿猛禽的臀-尾协同变体控制***的控制方法，其特征在于所述步骤2中，通过姿态传感器对人体臀部、腿部骨骼的每个自由度参数进行识别，采集臀部、腿部的动作数据。
所述的一种仿猛禽的臀-尾协同变体控制***的控制方法，其特征在于所述采集到的臀部、腿部动作的大样本数据是在获取猛禽尾部运动规律的基础上，对猛禽尾部各个自由度进行模拟而获得的。
所述的一种仿猛禽的臀-尾协同变体控制***的控制方法，其特征在于所述步骤3中，利用臀部、腿部各个自由度参数的样本数据，通过卷积神经网络进行深度学习，建立起猛禽尾部各个自由度参数和臀部、腿部动作各个自由度参数之间的映射关系。
所述的一种仿猛禽的臀-尾协同变体控制***的控制方法，其特征在于所述步骤4中，在建立猛禽尾部自由度参数和人体臀部、腿部自由度参数的映射关系后，通过腰椎骨的转动，腿骨的张开合并来控制仿猛禽飞行器尾椎骨的转动和尾羽的张开并拢。
通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明通过臀部、腿部动作来控制仿猛禽飞行器尾部动作，可以实现多自由度仿猛禽飞行器的控制，使得仿猛禽飞行器的控制方式变得简单；面对一些突发情况需要仿猛禽飞行器快速变化尾部形态，这种协同控制方式可以有效实现这种变化；仿猛禽飞行器飞行时可以通过臀部、腿部动作来微调尾部的动作，提高仿猛禽飞行器的飞行效率。
附图说明
图1为本发明的猛禽尾部结构示意图；
图2为本发明的人体臀-腿部结构示意图；
图3为本发明的臀-尾骨骼的运动自由度图结构示意图；
图4为本发明的臀-尾佩戴姿态传感器示意图。
图中：1、腰椎骨；2、腿骨；3、尾椎骨；4、尾羽。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合说明书附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
请参阅图1-4，一种仿猛禽的臀-尾协同变体控制***，包括猛禽尾部, 并设有与猛禽尾部相对应的人体臀-腿部，猛禽尾部包括尾椎骨（3）、尾羽（4），人体臀-腿部包括与猛禽尾部结构一一对应的腰椎骨（1）、腿骨（2）。
猛禽尾椎骨3有三个自由度，使尾部上下左右转动和侧转；对应人体腰椎骨1可以前后左右摆动和扭动，如图3所示，尾椎骨可以绕轴1上下摆动、绕轴2左右摆动、轴3进行扭动。
如图3所示，猛禽尾羽4可张开并拢，对应人体腿骨2可以张开合并。
一种仿猛禽的臀-尾协同变体控制***的控制方法，包括以下步骤：
步骤1、获取猛禽尾部的运动规律：如图4所示，猛禽尾部上都装有姿态传感器，通过姿态传感器可以识别尾部的姿态，获得尾椎骨3和尾羽4的自由度参数数据。从而获得尾部的运动规律；
步骤2、对模仿猛禽尾部运动的臀部、腿部动作进行大样本采集：如图4所示，人体臀部、腿部都装有姿态传感器，对猛禽尾部各个自由度进行模拟，获得大量相应的腰椎骨1、腿骨2的自由度参数数据；
步骤3、用卷积神经网络对样本数据进行深度学习，建立起猛禽尾部运动和臀部、腿部运动的映射关系：利用臀部、腿部各个自由度参数的样本数据，通过卷积神经网络进行深度学习，建立起猛禽尾部各个自由度参数和臀部、腿部动作各个自由度参数之间的映射关系；
步骤4、基于步骤3中的映射关系，通过模拟猛禽运动来控制仿猛禽飞行器的运动：在建立猛禽尾部自由度参数和人体臀部、腿部自由度参数的映射关系后，通过腰椎骨（1）的转动，腿骨（2）的张开合并来控制仿猛禽飞行器尾椎骨（3）的转动和尾羽（4）的张开并拢。人们也可以通过臀部、腿部的细微变动来不断改善仿猛禽飞行器在飞行时的姿态，提高飞行效率；人们可以在突发情况时快速变动腿部、臀部来改变仿猛禽飞行器尾部的姿态。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种仿猛禽的臀-尾协同变体控制***的控制方法，其特征在于：包括以下步骤:
步骤1、获取猛禽尾部的运动规律；
步骤2、对模仿猛禽尾部运动的臀部、腿部动作进行大样本采集；
步骤3、用卷积神经网络对样本数据进行深度学习，建立起猛禽尾部运动和臀部、腿部运动的映射关系；
步骤4、基于步骤3中的映射关系，通过模拟猛禽运动来控制仿猛禽飞行器的运动。
2.根据权利要求1所述的一种仿猛禽的臀-尾协同变体控制***的控制方法，其特征在于所述臀-尾协同变体控制***包括猛禽尾部,所述猛禽尾部包括尾椎骨（3）、尾羽（4），所述猛禽尾部对应设置有人体臀-腿部,所述人体臀-腿部包括与猛禽尾部结构一一对应的腰椎骨（1）、腿骨（2）。
3.根据权利要求2所述的一种仿猛禽的臀-尾协同变体控制***的控制方法，其特征在于所述步骤1中，猛禽尾部的运动规律包括尾椎骨（3）的上下左右转动、尾椎骨（3）侧转、尾羽（4）的张开和并拢，所述人体臀-腿部通过腰椎骨（1）的前后左右转动模拟尾部转动、腰椎骨（1）的扭动模拟尾部的侧转、两腿骨（2）的张开合并模拟尾羽的张开并拢。
4.根据权利要求2所述的一种仿猛禽的臀-尾协同变体控制***的控制方法，其特征在于所述步骤1中，采用姿态传感器对尾椎骨（3）、尾羽（4）每个自由度参数进行识别，从而获得猛禽尾部各个自由度参数数据。
5.根据权利要求2所述的一种仿猛禽的臀-尾协同变体控制***的控制方法，其特征在于所述步骤2中，通过姿态传感器对人体臀部、腿部骨骼的每个自由度参数进行识别，采集臀部、腿部的动作数据。
6.根据权利要求5所述的一种仿猛禽的臀-尾协同变体控制***的控制方法，其特征在于所述采集到的臀部、腿部动作的大样本数据是在获取猛禽尾部运动规律的基础上，对猛禽尾部各个自由度进行模拟而获得的。
7.根据权利要求5所述的一种仿猛禽的臀-尾协同变体控制***的控制方法，其特征在于所述步骤3中，利用臀部、腿部各个自由度参数的样本数据，通过卷积神经网络进行深度学习，建立起猛禽尾部各个自由度参数和臀部、腿部动作各个自由度参数之间的映射关系。
8.根据权利要求7所述的一种仿猛禽的臀-尾协同变体控制***的控制方法，其特征在于所述步骤4中，在建立猛禽尾部自由度参数和人体臀部、腿部自由度参数的映射关系后，通过腰椎骨（1）的转动，腿骨（2）的张开合并来控制仿猛禽飞行器尾椎骨（3）的转动和尾羽（4）的张开并拢。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011337111.3A CN112379695B (zh) | 2020-11-25 | 2020-11-25 | 一种仿猛禽的臀-尾协同变体控制***的控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011337111.3A CN112379695B (zh) | 2020-11-25 | 2020-11-25 | 一种仿猛禽的臀-尾协同变体控制***的控制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112379695A true CN112379695A (zh) | 2021-02-19 |
| CN112379695B CN112379695B (zh) | 2022-11-11 |
Family
ID=74587914
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011337111.3A Active CN112379695B (zh) | 2020-11-25 | 2020-11-25 | 一种仿猛禽的臀-尾协同变体控制***的控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112379695B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113306716A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-08-27 | 浙江工业大学 | 一种仿鸟类小翼羽的飞行器的仿生结构 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105905297A (zh) * | 2016-04-15 | 2016-08-31 | 中国地质大学（武汉） | 仿生自适应扑翼飞行器 |
| CN107009364A (zh) * | 2016-06-22 | 2017-08-04 | 常州恐龙园股份有限公司 | 一种恐龙机器人的脖子和尾巴摆动机构 |
| CN108241179A (zh) * | 2018-01-16 | 2018-07-03 | 南京工程学院 | 一种仿生与滑翔混合推进方式的水下机器人 |
| CN109178294A (zh) * | 2018-08-06 | 2019-01-11 | 浙江工业大学 | 可变体的仿生尾翼及其设计方法 |
| CN109334975A (zh) * | 2018-08-06 | 2019-02-15 | 浙江工业大学 | 可变形机翼的三铰仿生变体机构及其设计方法 |
| CN110329505A (zh) * | 2019-06-12 | 2019-10-15 | 南京理工大学 | 一种仿生蜂鸟飞行器 |
| CN111152218A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-05-15 | 浙江大学 | 一种异构仿人机械臂的动作映射方法及*** |
-
2020
- 2020-11-25 CN CN202011337111.3A patent/CN112379695B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105905297A (zh) * | 2016-04-15 | 2016-08-31 | 中国地质大学（武汉） | 仿生自适应扑翼飞行器 |
| CN107009364A (zh) * | 2016-06-22 | 2017-08-04 | 常州恐龙园股份有限公司 | 一种恐龙机器人的脖子和尾巴摆动机构 |
| CN108241179A (zh) * | 2018-01-16 | 2018-07-03 | 南京工程学院 | 一种仿生与滑翔混合推进方式的水下机器人 |
| CN109178294A (zh) * | 2018-08-06 | 2019-01-11 | 浙江工业大学 | 可变体的仿生尾翼及其设计方法 |
| CN109334975A (zh) * | 2018-08-06 | 2019-02-15 | 浙江工业大学 | 可变形机翼的三铰仿生变体机构及其设计方法 |
| CN110329505A (zh) * | 2019-06-12 | 2019-10-15 | 南京理工大学 | 一种仿生蜂鸟飞行器 |
| CN111152218A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-05-15 | 浙江大学 | 一种异构仿人机械臂的动作映射方法及*** |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113306716A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-08-27 | 浙江工业大学 | 一种仿鸟类小翼羽的飞行器的仿生结构 |
| CN113306716B (zh) * | 2021-06-25 | 2022-06-17 | 浙江工业大学 | 一种仿鸟类小翼羽的飞行器的仿生结构 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112379695B (zh) | 2022-11-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chin et al. | Inspiration for wing design: how forelimb specialization enables active flight in modern vertebrates | |
| CN207324022U (zh) | 虚拟水上运动陆基训练*** | |
| CN107598897A (zh) | 一种基于人体示教的仿人机器人步态规划的方法 | |
| CN105654836B (zh) | 基于SolidWorks、ADAMS环境的球形机器人综合仿真方法 | |
| CN100557639C (zh) | 基于关键帧和时空约束的三维虚拟人体运动生成方法 | |
| CN112379695B (zh) | 一种仿猛禽的臀-尾协同变体控制***的控制方法 | |
| Deng et al. | Design optimization and experimental study of a novel mechanism for a hover-able bionic flapping-wing micro air vehicle | |
| La Delfa et al. | Designing Drone Chi: Unpacking the Thinking and Making of Somaesthetic Human-Drone Interaction | |
| CN109334975B (zh) | 可变形机翼的三铰仿生变体机构及其设计方法 | |
| CN105117545B (zh) | 下肢假肢行走运动仿真实验的方法 | |
| CN101390671A (zh) | 用于服装压力测试的关节可调节式女性上体软体假人 | |
| Hallett et al. | The sauropod dinosaurs: life in the age of giants | |
| CN112476456B (zh) | 一种仿猛禽的臂-翼协同变体控制***及控制方法 | |
| CN104269094B (zh) | 一种人体负荷模拟运动*** | |
| CN108000551B (zh) | 一种基于气动肌肉的仿人胸-背关节*** | |
| CN106910233B (zh) | 一种虚拟昆虫动画角色的运动仿真方法 | |
| Lee | Biomechanical modeling and control of the human body for computer animation | |
| CN112278267A (zh) | 一种仿生扑翼飞行器及其控制方法 | |
| CN113160367A (zh) | 鳞翅目昆虫模型仿真和控制方法、***及可读存储介质 | |
| CN206434855U (zh) | 机械人 | |
| CN107813294A (zh) | 一种非金属柔性拟人机器人 | |
| Ramdhun et al. | Biomechanics of an Avian Flight: Exploration of the Complex Interactions Between the Musculoskeletal, Sensory, and Neural Systems | |
| Stowers | Avian inspired morphing wings | |
| CN211486529U (zh) | 模仿动物或猫的玩偶 | |
| CN107902087A (zh) | 一种模拟蜻蜓翅膀结构的装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |