一种大四轴多旋翼无人机的外型优化设计方法及系统与流程

本发明涉及无人机制造，具体是涉及一种大四轴多旋翼无人机的外型优化设计方法及系统。

背景技术：

1、四轴飞行器又称四旋翼飞行器、四旋翼直升机，简称四轴、四旋翼。这四轴飞行器是一种多旋翼飞行器。四轴飞行器的四个螺旋桨都是电机直连的简单机构，十字形的布局允许飞行器通过改变电机转速获得旋转机身的力，从而调整自身姿态。

2、利用现有技术在大四轴多旋翼无人机的外型造型的设计过程中，外型模型的构建难度大，数据信息处理精度较低，易造成最终外型造型的设计误差偏大。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，提供一种大四轴多旋翼无人机的外型优化设计方法及系统，本技术方案解决了上述背景技术中提出的问题。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种大四轴多旋翼无人机的外型优化设计方法，包括：

4、通过测绘工具采集大四轴多旋翼无人机的外型上的公共控制点信息，所述公共控制点信息包括横坐标、纵坐标与竖坐标；

5、根据所述公共控制点信息进行数据处理，通过二次多项式拟合获取大四轴多旋翼无人机的外型的函数模型；

6、根据所述大四轴多旋翼无人机的外型的函数模型，随机生成离散点集，所述离散点集中所有离散点横坐标均不重复，且按照横坐标升序排列，构造一个德洛内三角形，所述德洛内三角形包含离散点集中的所有离散点，将离散点集中的点逐一插入德洛内三角形并连线，得到德洛内三角网；

7、根据所述德洛内三角网，构造德洛内三角网中所有三角形的边的垂直平分线，记为维诺边，由所述维诺边构成的连续多边形记为大四轴多旋翼无人机的外型的维诺图；

8、获取大四轴多旋翼无人机的外型造型平滑性和连续性要求，根据所述大四轴多旋翼无人机的外型造型平滑性和连续性要求，对所述大四轴多旋翼无人机的外型的维诺图进行网格优化，得到优化维诺图；

9、对所述优化维诺图进行材质贴图操作，得到最终外型造型；

10、获取容许误差范围并判断所述最终外型造型与公共控制点信息是否符合容许误差范围，若是，则输出最终外型造型，若否，则输出最终外型造型优化误差较大并重新计算最终外型造型。

11、优选的，所述根据所述公共控制点信息进行数据处理，通过二次多项式拟合获取大四轴多旋翼无人机的外型的函数模型具体包括：

12、根据公共控制点信息设定核函数公式；

13、根据所述核函数公式推导出外型上所有点的竖坐标值拟合函数；

14、根据公共控制点竖坐标值，使用最小二乘法计算外型模型的待定系数阵；

15、根据所述外型模型的待定系数阵与核函数公式、外型上所有点的竖坐标值拟合函数，使用误差方程的矩阵形式获取大四轴多旋翼无人机的外型的函数模型；

16、所述核函数公式为：

17、q(x,y；xi,yi)＝[(x-xi)2+(y-yi)2+q2]b，

18、式中，q为核函数，q为平滑因子，用于校正核函数公式，b为1/2或-1/2，取1/2时称为正外型，取-1/2时称为倒外型，(xi,yi)为公共控制点的横坐标和纵坐标，(x,y)为外型上未知点的横坐标和纵坐标；

19、所述外型上所有点的竖坐标值拟合函数为：

20、

21、式中，h为竖坐标值拟合函数，ai为待定系数，n为外型的总和；

22、所述外型模型的待定系数阵为：

23、a＝(q(x,y；xi,yi)tq(x,y；xi,yi))-1q(x,y；xi,yi)th(x,y)，

24、式中，a为外型模型的待定系数阵；

25、所述误差方程的矩阵形式为：

26、v＝q(x,y；xi,yi)a-h(x,y)，

27、式中，v为误差方程的矩阵形式。

28、优选的，所述将离散点集中的点逐一插入德洛内三角形并连线，得到德洛内三角网具体包括：

29、构造一个德洛内三角形，所述德洛内三角形包含离散点集中的所有离散点，存入德洛内三角形链表；

30、将离散点集中的点依次插入德洛内三角形，在德洛内三角形链表中找出其外接圆，包含插入点的三角形，称为该离散点的影响三角形；

31、删除影响三角形的公共边，并将插入点与影响三角形的全部顶点连接起来；

32、根据优化准则对局部新形成的三角形进行优化，将形成的三角形存入德洛内三角形链表；

33、所述优化准则为对新形成的三角形进行优化，将两个具有共同边的三角形合成一个多边形，以最大空圆准则判断第四个顶点是否在三角形的外接圆内部，若是，则将对角线对调，输出局部优化过程结束，若否，则删除新形成的三角形；

34、所述最大空圆准则为任意一个三角形的外接圆内部不包含其他点。

35、优选的，所述构造德洛内三角网中所有三角形的边的垂直平分线，记为维诺边，由所述维诺边构成的连续多边形记为大四轴多旋翼无人机的外型的维诺图具体包括：

36、将所有离散点构成德洛内三角网，并对离散点和形成的三角形编号，计算并记录每个三角形的外接圆圆心；

37、根据德洛内三角形链表，获取当前三角形三边共边的至多三个相邻三角形；

38、将获取的相邻三角形的外心与当前三角形的外心连接，存入维诺边链表中；

39、根据德洛内三角形链表，获取当前三角形没有任何相邻三角形的边，将该边的中垂线射线存入维诺边链表中；

40、根据所述维诺边链表中所有边得到大四轴多旋翼无人机的外型的维诺图。

41、优选的，所述获取大四轴多旋翼无人机的外型造型平滑性和连续性要求，根据所述大四轴多旋翼无人机的外型造型平滑性和连续性要求，对所述大四轴多旋翼无人机的外型的维诺图进行网格优化，得到优化维诺图具体包括：

42、根据网格曲面余切权公式计算得到大四轴多旋翼无人机的外型的维诺图中每个点的余切权；

43、将所述余切权代入拉普拉斯坐标公式，得到大四轴多旋翼无人机的外型的维诺图中每个点的拉普拉斯坐标；

44、将所述拉普拉斯坐标置于空间直角坐标系中，得到优化维诺图；

45、所述网格曲面余切权公式为：

46、ωij＝cotα+cotβ，

47、式中，ωij为i点与其相邻点j点的余切权，α，β分别为i点与其相邻点j点连线所在的两个相邻三角形内的两个对角；

48、所述拉普拉斯坐标公式为：

49、

50、式中，δi为i点的拉普拉斯坐标，vi,vj分别为i点与其相邻点j点的对应坐标值。

51、一种大四轴多旋翼无人机的外型优化设计系统，用于实现如上述的大四轴多旋翼无人机的外型优化设计方法，包括：

52、外型信息处理模块，所述外型信息处理模块用于通过测绘工具采集大四轴多旋翼无人机的外型上的公共控制点信息、根据所述公共控制点信息进行数据处理，通过二次多项式拟合获取大四轴多旋翼无人机的外型的函数模型、根据所述大四轴多旋翼无人机的外型的函数模型，随机生成离散点集；

53、外型造型优化模块，所述外型造型优化模块用于构造一个德洛内三角形、根据所述德洛内三角网，构造德洛内三角网中所有三角形的边的垂直平分线、获取大四轴多旋翼无人机的外型造型平滑性和连续性要求，根据所述大四轴多旋翼无人机的外型造型平滑性和连续性要求，对所述大四轴多旋翼无人机的外型的维诺图进行网格优化、对所述优化维诺图进行材质贴图操作、获取容许误差范围并判断所述最终外型造型与公共控制点信息是否符合容许误差范围。

54、优选的，所述外型信息处理模块包括：

55、信息采集单元，所述信息采集单元用于通过测绘工具采集大四轴多旋翼无人机的外型上的公共控制点信息，所述公共控制点信息包括横坐标、纵坐标与竖坐标；

56、数据处理单元，所述数据处理单元用于根据所述公共控制点信息进行数据处理，通过二次多项式拟合获取大四轴多旋翼无人机的外型的函数模型；

57、数据生成单元，所述数据生成单元用于根据所述大四轴多旋翼无人机的外型的函数模型，随机生成离散点集，所述离散点集中所有离散点横坐标均不重复，且按照横坐标升序排列。

58、优选的，所述外型造型优化模块包括：

59、初步作图单元，所述初步作图单元用于构造一个德洛内三角形，所述德洛内三角形包含离散点集中的所有离散点，将离散点集中的点逐一插入德洛内三角形并连线，得到德洛内三角网；

60、细化作图单元，所述细化作图单元用于根据所述德洛内三角网，构造德洛内三角网中所有三角形的边的垂直平分线，记为维诺边，由所述维诺边构成的连续多边形记为大四轴多旋翼无人机的外型的维诺图；

61、优化作图单元，所述优化作图单元用于获取大四轴多旋翼无人机的外型造型平滑性和连续性要求，根据所述大四轴多旋翼无人机的外型造型平滑性和连续性要求，对所述大四轴多旋翼无人机的外型的维诺图进行网格优化，得到优化维诺图；

62、材质贴图单元，所述材质贴图单元用于对所述优化维诺图进行材质贴图操作，得到最终外型造型；

63、数据检测单元，所述数据检测单元用于获取容许误差范围并判断所述最终外型造型与公共控制点信息是否符合容许误差范围，若是，则输出最终外型造型，若否，则输出最终外型造型优化误差较大并重新计算最终外型造型。

64、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

65、本发明提出一种大四轴多旋翼无人机的外型优化设计方案，本方案基于通过测绘工具采集大四轴多旋翼无人机的外型上的公共控制点信息，通过二次多项式拟合获取大四轴多旋翼无人机的外型的函数模型，随机生成离散点集，构造一个德洛内三角形，将离散点集中的点逐一插入德洛内三角形并连线，得到德洛内三角网，构造德洛内三角网中所有三角形的边的垂直平分线，对所述大四轴多旋翼无人机的外型的维诺图进行网格优化，对所述优化维诺图进行材质贴图操作，获取容许误差范围并判断所述最终外型造型与公共控制点信息是否符合容许误差范围，有效地提高处理精度，减少大四轴多旋翼无人机的外型造型的误差。