高速摄像技术在微型旋翼机性能测量中的应用

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1、万方数据第15卷第3期2007年3月光学精密工程0pticsandPrecisionEngineeringV01．15No．3Mar．2007文章编号l004—924X(2007)03一0378一06-．_；--_一Ej同速摄像技术在微型旋翼机性能测量中的应用谢少荣，周焱，邢兰兴，罗均(上海大学机械工程及自动化学院，上海200072)摘要：提出了一种测量微型旋翼机桨距角及弹性连杆变形角度的新方法一高速摄像法。这种方法可以准确地测得高速旋转物体的角度，拍摄速度可达15ooO帧／s。实验需要处理两个角度——桨距

2、角和弹性连杆变形角度。实验中，首先对拍摄部位进行预处理，然后对微型飞行器在高速旋转时的不同状态进行拍摄，包括从正面拍摄桨距角和从侧面拍摄弹性连杆的变形角度，对拍摄到的图片进行筛选、存储并进行图像处理。图像处理部分是用MATLAB软件进行边缘检测，对比了四种不同的检测方法的效果，最后采用Canny算法。用最小二乘法拟和成直线，得到所需的角度；利用采集电路将角度与电压实时地对应起来，得到了电机电压和桨距角及弹性连杆变形角度的八组关系曲线，并对得到角度的精度进行了分析。实验证明这种方法在微型飞行器高速旋转时信号弱

3、、干扰强、其动态特性难以精确测量情况下，可有效测量微型飞行器的变距角度。关键词：桨距角测量；高速摄像机；MATLAB；边缘检测；微型旋翼机中图分类号：TB872；V465．3文献标识码：AApplicati伽ofhigh—speedcamerat0char躯teI-istiXIEShao—rong，ZHOUYan，XINGLan-xing，LUOJunⅣLW(Sf危00Z盯A缸胁咒imZ口以日础彻2站西画删以昭口以A埘僦￡i伽，霸n行办历跏i锄们叻，跣口咒咖i200072，饧i撇)Abstract：Inor

4、dertomeasurethedynamiccharacteristicsofhighrotatingMAVwithweaksignalandbiginterference，anewmeasurementwaybasedonthehighspeedcamerawaspresented．Beingdiffer—entfromthetraditionalwaymeasuredonlyintheory，thiskindofnewwaycanmeasureangleofhighrotatingobjectaccur

5、atelyincameraspeedof15000frame／s．Inthisexperiment，twoangles，thebladeangleandconnectingrodangle，isneedtomeasuredinfoursteps，theanglesaredisposedfortheconvenienceofnextstep，thentheMAVaretakenpicturesintwodifferentan91es，frontandside．Forgainingtherequiredangl

6、es，thepicturesaresavedandanalyzedusingMATLABsoftwarebyfourdif—ferentkindsofdetectingways，includingcheckingtheedgeoftheimageand“ttingcurve．Finally，therelationshipbetweenthemotorvoltage，pitchangleandthedistortingangleoftheconnectingrodintheeightgroupsofcurve

7、sareachievedbycorresponclingtotheanglesandv01tage．Theprecisionoftheanglesisanalyzed，whichisprovedthatthiswayiseffective．Keywords：anglemeasurement；highspeedcamera；MATI。AB；edgechecking；MAV收稿日期：2006一09—12；修订日期：2006～12—18．基金项目：国家自然科学基金项目(No．50405046)；上海市优秀青年教师

8、培养计划项目(No．04YoHB094)万方数据第3期谢少荣，等：高速摄像技术在微型旋翼机性能测量中的应用3791引言微型飞行器由于其广泛的应用而成为最近几年各国研究的重点。微型飞行器分为固定翼、旋翼、扑翼等类型，其中旋翼飞行器是一个研究难点，因为传统的机械变距系统是采用自动倾斜器(又称倾斜盘、十字盘)来改变旋翼桨叶的桨距，采用4个舵机分别驱动：俯仰、横滚、偏航和油门总距拉杆，实现前后、左右、上下、偏航的机动飞行