扑翼节律运动的产生与控制

根据昆虫扑翼飞行节律运动的原理，设计一个压电驱动的两自由度扑翼机构。在建立扑翼物理模型的基础上，研究了其模态特征，并结合主动控制构建了一个范德波尔（van der Pol）类型的自激振动扑翼系统，使扑翼产生稳定的极限环运动。通过研究系统的响应，分析了控制力中各参数变化对系统特性的影响。在此基础上，利用交叉反馈选择出系统的第一阶模态振动，并调节各参数使扑翼飞行器实现不同的飞行模式。     

仿鹰扑翼飞行器设计及多飞行模式的实现

现有仿生扑翼飞行器大多针对单一飞行模式进行设计与研究,无法实现复杂多变的飞行姿态。文中根据鹰的飞行特性,以空间RSSR机构和多连杆机构为出发点,设计了一种扑动-折叠-扭转的仿鹰扑翼机构,以实现多飞行模式。首先,通过鹰的仿生学研究,根据总体设计目标提出多飞行模式扑翼飞行器功能设计要求;其次,基于XFLR5建立了多飞行模式扑翼的气动力模型,分析了起飞、巡航、降落3种典型飞行模式下的翅翼气动力的变化规律;最后,根据飞行参数建立了机构的运动学模型,通过仿真分析得到扑翼在不同飞行模式下的运动变化规律及翼尖轨迹曲线。证明该扑翼机构具有良好的仿生运动特性和气动特性,为多飞行模式微型扑翼飞行器提供了设计参考。     

仿生扑翼飞行器翅翼驱动方式的研究现状及展望

随着仿生扑翼飞行器的微型化，当扑翼飞行器达到昆虫置级的时候，任何复杂的运动系统都将面临难以实现的问题，翅翼的驱动方式也将面临新的挑战。本文从仿生飞行的历史与现状出发，论述了国内、外各类仿生扑翼飞行器翅翼驱动方式的研究状况。基于将昆翅视为柔性翅的观点，提出了仿生扑翼飞行器未来的研究前景翅翼在自适应变形状态下施以简单的节律运动将是仿生扑翼飞行器翅翼驱动方式的发展趋势之一。     

可变幅扑翼飞行器设计及多飞行模式实现

针对目前扑翼飞行器飞行模式单一,无法灵活调整飞行姿态的问题,设计了一款可变幅扑翼飞行器,通过调节翅翼扑动幅值,实现扑翼运动姿态和飞行模式切换.建立可变幅扑翼飞行器机构运动学模型,基于Adams和Matlab进行联合仿真,对扑翼飞行器进行运动特性分析.建立多飞行模式下的气动模型,通过XFLR5软件分析可变幅扑翼飞行器的气动特性,通过设定相关参数,实现了起飞、快速飞行、慢速巡航等多种飞行模式,提高了扑翼飞行器的灵活性,为未来扑翼飞行器的进一步发展提供了研究基础.     

仿生微扑翼飞行器的翅翼设计与优化

提出了微扑翼机构翅翼的共振激励放大驱动机理及其对翅翼的振动模态要求,并依据该机理用有限元方法研究了微扑翼飞行器的仿生翼设计和优化问题。通过对3种仿昆虫翅翼的模态分析,总结出能够满足共振激励要求的翅翼外型和翅脉布局,建立了参数化的自定义仿生翼模型。在此基础上,以翅翼的展弦比和翅脉关键点的坐标为主要参数,使用有限元优化方法,对仿生翅翼的模态优化进行了初步探讨。文中的建模、分析方法和结论对微扑翼飞行器的分析、设计和应用提供了一定的理论依据。     

基于半转机构的扑翼飞行器的设计

针对国内外现有飞行器的发展现状,设计了一款旋转式扑翼仿生飞行器。该飞行器采用半转机构来模拟鸟类飞行,使飞行器能够产生很高的升力。介绍了设计的总体方案和工作原理,详细设计了飞行器的机械结构和控制装置,运用了UG软件对飞行器三维建模、虚拟装配和运动仿真,对制造实物提供了有用的研究价值。     

基于四连杆机构的扑翼设计与仿真

为研究鸟类翅膀双关节结构,基于仿生学原理,设计一种基于四连杆机构的扑翼结构。该四杆机构的输入由无刷电机驱动二级减速器提供,可进行周期性扑翼运动,且其频率及姿态角可调。根据鸟类关节角运动范围,确定机器人连杆机构输出角,使其可在期望范围内运动。通过MATLAB/SimMechanics建模,对机器人四连杆机构进行仿真,并集成到iSIGHT中进行参数优化,得出与期望轨迹相近的设计变量值。结果表明,基于四连杆机构设计的扑翼机方案可行、频率可控;优化后的仿真曲线能够很好地逼近于给定的任务轨迹。所用设计方法具有快速高效的特点,结果直观可见,为其他仿生扑翼机构的参数设置和优化提供了一种可行的方案。     

基于TRIZ理论的微扑翼飞行器翅翼运动的规划

为了产生使微扑翼飞行器上升的升力,翅翼在下拍时的面积要尽可能大,而上拍时要尽可能小。针对这种物理矛盾,应用TRIZ理论的动态法,提出了近30种翅翼运动规划方案,其中许多是不曾采用过的。为新的翅翼驱动机构的设计提供了一定的基础。     

基于曲柄滑块机构的X翼扑翼机构研究与测试

设计了一款机翼对称拍打的X翼扑翼机构。采用曲柄滑块机构,将曲柄的圆周运动转化为直轴的直线往复运动,直轴再通过摇杆带动两侧机翼,从而实现机翼的对称拍打。制作了一台扑翼机构的样机,运用光学运动捕捉系统和风洞对该扑翼机构进行了运动测试,从扑翼机构的拍打角度幅值、拍打频率、产生的升力以及电机的运行状况方面分析了该扑翼机构的可靠性。通过对比试验,确定了一组合适的拍打角度幅值和翼面面积,使得该扑翼机构能够产生12.9 g的升力,验证说明clap-fling机制能够有效提高该扑翼机构的升力。     

扑翼飞行的绕流升力与阻流升力及其估算

针对扑翼飞行比固定翼飞行气动特性更为复杂、升力计算更加困难问题,从绕流物体的基本气动特性出发,将飞行升力分成绕流升力与阻流升力。分析了扑翼飞行模式下绕流升力与阻流升力作用特点,解释了动物飞行中绕流升力与阻流升力的变化规律。在此基础上,建立了扑翼飞行运动模型,推导出扑翼最大绕流升力与阻流升力理论估算模型。实验算例表明,分类升力估算方法是可行的,绕流升力与阻流升力占比与扑翼实际飞行规律趋势一致。     

仿生扑翼飞行机器人自主导航系统研究进展

仿生扑翼飞行机器人模仿自然界鸟类和昆虫等生物的飞行方式,具有安全性强、迷惑性好等优点,在灾害救援、反恐防暴等方面具有极其重要的应用前景。 为实现其在未知复杂环境下的自主飞行并执行探测任务,需研制一套集感知建图、规划避障与飞控制导等功能模块为一体的导航系统。 本文首先对扑翼飞行机器人的导航系统进行了概述,按照翼展大小将扑翼飞行机器人分为微小型和大中型两类,其次对比分析了国内外在微小型、大中型扑翼飞行机器人导航系统方面的主要研究进展。 接着对自主导航系统所涉及到的感知定位与建图、运动规划与避障、轨迹跟踪与飞控制导等关键技术进行了分析总结,指出其局限性及亟待解决的问题。 最后,对未来的研究趋势进行了展望,包括提升机载嵌入式计算能力、多模态信息融合、面向多模态飞行的流场感知、仿生视觉系统研究、群体感知与编队控制等热点方向。     

非线性振子的CPG步态控制方法研究

通过分析生物节律运动机理．提出基于中枢模式发生器模型的步态控制方法。利用改进的Vanderpol方程构造非线性振子作为单个CPG的数学模型。采用KB法得到振荡神经元一阶近似周期解,在此基础上设计具有线性反馈项的环状CPG网络模型,并给出了控制机器人步态协调运动方法。仿真结果验证了基于CPG模型的控制方法可以有效生成节律运动的常规步态并实现步态切换。     

一种悬浮扑翼机器人的视觉自主避障方法研究

提出了一种基于视觉感知的悬浮扑翼机器人自主避障方案,以满足室内障碍物环境中低速、安全和长航时飞行要求。 首先,借鉴鸟类视觉避障原理,提出了一种基于光流视觉检测的避障方法,用于识别动、静态障碍物;其次,设计了一种氦气球与 扑翼结合的飞行机器人,利用氦气浮力提供主要升力,扑翼运动提供推进力和次要升力,并设计了飞行控制方法以满足稳定飞 行及避障的要求;最后,制作了机器人样机,测试了其飞行性能和自主避障能力,并与其他障碍物检测算法进行了对比。 结果表 明,样机的直飞航向偏移为 5. 52°,转弯速度可达 23°/ s,并以 6. 1 ms 的单帧检测时间达到 77% 的避障成功率,证明其能够实现 低速悬浮飞行和自主避障,为其开展室内探测任务奠定了基础。     

基于PLC的高精度飞剪控制系统

针对国产高线飞剪系统剪切定位不精确、运行不稳定以及剪切速度不高等缺陷,设计了基于GE 90-30可编程逻辑控制器(PLC)的高线高精度飞剪控制系统,实现了轧线信号及处理、夹送辊操作、飞剪驱动模块、头部剪切操作、尾部剪切操作、单剪切、报警等功能。结果表明:剪切速度最大可达22 m/s,剪切精度达到误差小于10 mm,具有良好的剪切精确度和响应速度。     

基于运动控制器的开放式运动控制系统研究与应用

介绍了在运动控制中应用比较广泛的运动控制器的特点及其应用,并以基于固高GT200-SV控制器开发的一个两轴同步运动控制系统为例,进一步对以运动控制器为核心的开放式运动控制系统进行研究和分析.     

基于运动控制系统实现注射成型自动化

介绍运用运动控制系统实现注射成型的自动化。通过对注塑工艺过程及具体控制要求分析,重点对设备的机械部分、控制系统及软件部分进行了设计和应用实践,证明运用控制系统实现设备自动化是设计灵活、性能可靠及高效的方法。     

混合驱动七杆飞剪机构的优化设计

二自由度混合驱动机构利用不同性质的电动机(常速电动机和伺服电机)来共同驱动二自由度闭链机构,以得到所需要的输出运动,是介于单自由度传统机构和多自由度全伺服机器人机构之间的一类新型机构,可实现有限柔性。将混合驱动七杆机构型应用于飞剪机构设计,分别对混合驱动五杆机构和上剪刃刀架构件进行优化综合,利用混合驱动能同时实现轨迹与速度同步精确控制的优势,以改善飞剪机构的剪切性能。     

无线并车吊运百米钢轨新型桥式起重机

介绍了国内首台吊运百米钢轨桥式起重机的性能参数、结构组成、工作原理、性能特点以及控制系统，着重阐述了该起重机控制特性的先进性，经过合理的、先进的设计技术使得整机性能及结构更趋合理，并使整机成本大幅度降低。