两自由度仿生扑翼飞行机器人设计与运动分析

根据鸟类的飞行特性,设计了一种两自由度仿生扑翼飞行机器人。扑翼飞行机器人采用单电机驱动,能够实现扑动、扭转两自由度耦合运动,结构紧凑、运动高效,且机翼的运动形式接近鸟类。首先根据总体设计目标提出扑动-扭转耦合机构的运动特性要求,基于Adams建立了扑动-扭转耦合扑翼机构的运动学模型,通过仿真分析得到扑动和扭转运动的变化规律,并得到了翼尖轨迹曲线。扑动-扭转耦合机构的参数与设计结果达到了扑翼机构的运动要求,为仿生扑翼飞行机器人的设计和研究奠定了基础。     

仿生扑翼机构的运动精度影响因素研究

本文对"Sparrow"MAV(Micro air vehicle)模型进行了分析.该模型的曲柄滑块传动机构,可紧凑地实现转动和移动之间运动形式的转换,因而在扑翼飞行器的应用中占有重要地位.机构各构件的尺寸误差和变形直接影响着扑翼机构的运动精度,进而影响机构的驱动转矩.针对机构中各构件的尺寸误差和变形对运动精度的影响,...     

一种仿海龟扑翼推进机构设计

基于仿生学原理,分析海龟扑翼运动规律及扑翼推进机理,设计一种新型仿海龟扑翼运动规律的推进机构.该推进机构以凸轮机构和曲柄滑块机构为基础,具体设计了推进机构的几何参数,使推进机构能够逼近海龟扑翼的运动轨迹.以铰链机构为扑翼翻转的驱动机构,建立了该翻转机构的数学模型及优化设计模型,对该铰链翻转机构进行优化设计,逼近海龟扑翼在不同位置处的翻转角度.设计结果表明,该推进机构能模仿海龟扑翼的运动形式,在水下机器人领域具有广阔的应用前景.     

扑翼飞行器驱动机构的优化设计与仿真

针对目前双曲柄双摇杆结构应用在扑翼飞行器设计上较少,研究分析了扑翼驱动机构基于最小传动角最大的优化设计方法。在对传统四杆机构图解法的基础上,建立最小传动角与扑翼机架长度的关系模型。根据鸟类扑翼飞行的仿生条件,导出了机架安装角与扑翼扑动幅值、曲柄驱动角运动方程。利用MATLAB进行求解,确定驱动机构最优设计方案。建立扑翼驱动机构的虚拟样机,在ADAMS平台上进行虚拟运动仿真。结果表明,驱动机构的优化设计模型与扑翼扑动理论参数模型一致,此优化设计方法可行实用。     

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。     

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.     

柔性空间扑翼机构的刚柔耦合动力特性分析

针对目前扑翼驱动机构无法以简单结构实现复杂仿生运动问题,由空间四杆机构出发,引入柔性杆件设计思路,设计了一种柔性空间扑翼驱动机构。在单驱动条件下,实现了翅翼的扑动-扭转-挥摆耦合运动。建立了机构的运动学和气动力计算模型,求解了机构在运动过程中扑动角、扭转角、挥摆角以及翅翼所受的气动力变化。根据机构特性,在Adams中建立了考虑动力学特性与机构强度的刚柔耦合模型,分析了机构的运动轨迹、运动特性及柔性杆件的应力变化情况。结果表明,该驱动机构具有运动对称性与稳定性,翅翼实现了扑动-扭转-挥摆的耦合仿生运动,同时又满足了柔性机构的强度设计要求。     

水下非对称扑翼运动的流体动力分析与机构设计

水下非对称扑翼运动不仅能够产生前向推力,同时使垂直于航行速度方向的平均升力不为零,基于这个原理可以更好地实现水下航行器的推进和操纵。利用计算流体力学方法对典型非对称扑翼运动算例进行了数值仿真计算,分析了非对称扑翼运动规律与流体动力之间关系。基于完全解耦的2自由度并联机构,对扑翼驱动机构进行了设计,并对非对称扑翼运动进行了运动学仿真。该机构不仅具有刚度好、运动精度高和系统惯性小的优点,而且其解耦特性使机构分析和控制系统开发的难度降低,同时更容易实现复杂的扑翼运动规律。     

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。     

基于CPG的扑翼飞行节律运动控制

生物的扑翼飞行本质上是一种具有时间和空间对称性的节律运动,由中枢模式发生器(CPG)所产生和控制.根据昆虫扑翼飞行的原理,设计了一个两自由度扑翼机构,在构建基于非线性振子的扑翼飞行CPG模型的基础上,研究了系统的响应,分析了模型中各参数变化对系统特性的影响.通过对扑翼飞行控制模型的工程模拟,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.这种仿生控制策略提高了扑翼飞行的运动能力和控制水平,探索了关于扑翼节律运动产生与控制的新思路.