仿生扑翼飞行机器人的动力特性与驱动机构研究

论文摘要

仿生扑翼飞行机器人的研究是当今微型飞行器研究中的一个热点问题。本文在对仿生扑翼飞行机器人飞行机理研究取得相应科研成果的基础上,主要围绕仿生扑翼飞行机器人的气动特性进行分析计算,并将分析结果运用到扑翼驱动机构的设计研制中,开展相关的实验分析研究。首先在总结仿生扑翼飞行气动特性的计算方法基础上,建立了扑翼运动学模型,利用数值模拟法对气动模型进行气动力估算及仿真,并参照生物飞行的尺度效应,建立了仿生扑翼飞行机器人的仿生翼模型。其次,明确仿生扑翼飞行机器人对扑翼驱动机构的要求,在系统了解和分析比较目前研究进程中的各种可行扑翼机构的基础上,针对解决扑翼对称性问题,设计研制了平面对称扑翼驱动机构。通过相关实验,验证了该平面对称扑翼驱动机构的优越性。最后通过对第一代实验样机的扑翼驱动机构、仿生机翼及控制系统等的改进,研制了新型仿生扑翼飞行机器人样机,并对仿生扑翼飞行机器人样机展开了初步实践。对样机进行气动力测定试验结果表明实际研究与理论计算基本吻合,试验取得了比较满意的效果,同时也为扑翼飞行的某些气动理论提供了实践参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 仿生扑翼飞行机器人的用途
• 1.3 仿生扑翼飞行机器人的研究现状
• 1.3.1 国外关于仿生扑翼飞行机器人的研究
• 1.3.2 国内关于仿生扑翼飞行机器人的研究
• 1.3.3 研究仿生扑翼飞行机器人所要解决的关键问题
• 1.4 扑翼驱动机构的研究现状
• 1.4.1 基于连杆机构的扑翼驱动机构
• 1.4.2 基于MEMS技术的扑翼驱动机构
• 1.4.3 基于连杆机构与基于 MEMS 技术的驱动机构比较
• 1.5 本文的研究工作
• 1.5.1 课题来源及意义
• 1.5.2 拟开展的工作
• 1.6 本章小结
• 第二章 仿生扑翼飞行的气动特性分析
• 2.1 扑翼飞行的非定常空气动力学机理
• 2.1.1 鸟类及昆虫的扑翼飞行机理
• 2.1.2 生物飞行机理在扑翼飞行中的运用
• 2.2 扑翼飞行的气动特性研究方法
• 2.3 扑翼飞行的气动特性计算
• 2.3.1 扑翼模型的建立
• 2.3.2 扑翼模型的气动力计算
• 2.3.3 扑翼模型的气动力仿真
• 2.4 仿生扑翼飞行机器人的尺度律研究
• 2.4.1 尺度律在仿生设计中的应用
• 2.4.2 根据尺度律建立的仿生翼模型
• 2.5 本章小结
• 第三章 仿生扑翼驱动机构原理分析
• 3.1 扑翼飞行对扑翼驱动机构的要求
• 3.2 平面连杆驱动机构原理分析
• 3.3 空间连杆驱动机构原理分析
• 3.4 平面对称扑翼驱动机构原理分析
• 3.4.1 平面连杆机构及空间连杆机构比较
• 3.4.2 平面对称扑翼机构原理设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 扑翼驱动机构的结构设计与实验分析
• 4.1 扑翼驱动机构的参数设定
• 4.1.1 扑翼机构参数设定
• 4.1.2 齿轮减速机构参数设定
• 4.2 扑翼驱动机构研制
• 4.3 扑翼驱动机构实验分析
• 4.3.1 驱动机构传动效率测定
• 4.3.2 驱动机构颤振性验证
• 4.4 本章小结
• 第五章 仿生扑翼飞行机器人的试验研究
• 5.1 仿生扑翼飞行机器人样机构成
• 5.2 样机机翼研制
• 5.2.1 样机机翼结构及外形设计
• 5.2.2 样机机翼的加工方法
• 5.3 样机控制系统研制
• 5.4 样机试验研究
• 5.4.1 吊挂试验
• 5.4.2 测力计试验
• 5.4.3 不同翼型的对比试验
• 5.4.4 试验结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 研究工作展望
• 参考文献
• 致谢