既不屬于鳥類也不屬于昆蟲類,蝙蝠是唯一可實現(xiàn)飛行的哺乳動物。盡管目前在撲翼飛行機理及仿生飛行器研究方面已取得階段性進展,但對蝙蝠撲翼飛行機理的認識尚不充分,且關于仿蝙蝠飛行器的研究尚處于起步階段。因此,深入了解蝙蝠翅膀的結(jié)構(gòu)尺寸及運動規(guī)律,開展蝙蝠翅膀及仿蝙蝠機器翅方面理論、仿真計算及實驗研究,對翅膀運動中的受力及功耗等關鍵問題進行分析,有助于加深對蝙蝠飛行機理的認識,為未來仿蝙蝠飛行器的研制提供參考等。本文根據(jù)實際測量的蝙蝠翅膀結(jié)構(gòu)尺寸及角度數(shù)據(jù),研制了一種可實現(xiàn)拍動、揮動、伸縮及扭轉(zhuǎn)運動的仿蝙蝠機器翅,并建立了仿蝙蝠機器翅及蝙蝠翅膀計算模型,通過觀察測量、實驗、理論推導、仿真計算等研究了參數(shù)及運動變化對蝙蝠翅膀升力、阻力及功耗的影響等問題。本文主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下：(1)大棕蝠翅膀的尺寸結(jié)構(gòu)及實時運動規(guī)律研究。以大棕蝠(Eptesicus fuscus)為研究對象,建立了蝙蝠翅膀坐標系統(tǒng),推導了實時變化的拍動角、揮動角、伸縮角、扭轉(zhuǎn)角及三個橈骨-指骨角的計算公式。搭建了蝙蝠飛行信息采集實驗平臺,基于高速相機采集的蝙蝠翅膀關鍵位置標記點信息,經(jīng)標記點追蹤軟件分析及計算后獲取了翅膀的...

【文章頁數(shù)】：126 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
符號和變量
第一章 緒論
    1.1 課題研究的目的及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 撲翼飛行機理研究現(xiàn)狀
        1.2.2 仿生撲翼飛行器研究現(xiàn)狀
        1.2.3 蝙蝠飛行機理研究現(xiàn)狀
        1.2.4 仿蝙蝠飛行器及機器翅研究現(xiàn)狀
        1.2.5 目前研究中存在的問題
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
第二章 蝙蝠翅膀?qū)崟r運動規(guī)律
    2.1 大棕蝠翅膀結(jié)構(gòu)及運動角度計算
        2.1.1 蝙蝠翅膀結(jié)構(gòu)
        2.1.2 蝙蝠翅膀運動角度的計算
    2.2 蝙蝠翅膀?qū)崟r運動角度及尺寸
        2.2.1 實時運動角度的測量與處理
        2.2.2 蝙蝠翅膀尺寸
    2.3 實驗結(jié)果與分析
        2.3.1 蝙蝠翅膀?qū)崟r角度測量結(jié)果
        2.3.2 實驗結(jié)果分析
    2.4 本章小結(jié)
第三章 仿蝙蝠機器翅設計
    3.1 仿蝙蝠機器翅骨架設計
        3.1.1 仿蝙蝠機器翅骨架建模
        3.1.2 仿蝙蝠機器翅骨架制作
        3.1.3 機器翅骨架連接
        3.1.4 機器翅運動
        3.1.5 相似性分析
    3.2 機器翅翅膜制作及力學性能實驗
        3.2.1 機器翅翅膜制作
        3.2.2 機器翅膜力學性能實驗
    3.3 機器翅運動的實現(xiàn)
        3.3.1 運動控制方式
        3.3.2 電機與機器翅運動關系
    3.4 機器翅運動角度實驗
        3.4.1 單運動時機器翅運動角度
        3.4.2 多運動時機器翅運動角度
    3.5 本章小結(jié)
第四章 仿蝙蝠機器翅風洞實驗
    4.1 仿蝙蝠機器翅風洞實驗平臺
        4.1.1 實驗平臺的搭建
        4.1.2 測力傳感器校準
    4.2 仿蝙蝠機器翅的功耗
        4.2.1 功耗的測量與計算方法
        4.2.2 負功耗
    4.3 誤差分析
        4.3.1 實驗環(huán)境、傳感器及電機
        4.3.2 風速
        4.3.3 重復性
    4.4 不同參數(shù)對氣動力及功耗的影響
        4.4.1 拍動幅度
        4.4.2 拍動頻率
        4.4.3 氣流速度
        4.4.4 下拍比
        4.4.5 傾斜角
    4.5 不同運動對氣動力及功耗的影響
        4.5.1 不同運動對氣動力及功耗的影響實驗
        4.5.2 實驗結(jié)果的分析
    4.6 本章小結(jié)
第五章 機器翅骨架慣性功耗及慣性力研究
    5.1 慣性功耗及慣性力公式的推導
        5.1.1 正弦拍動時慣性功耗及慣性力計算
        5.1.2 仿生運動時慣性功耗及慣性力計算
    5.2 仿蝙蝠機器翅慣性功耗及慣性力計算模型(4DOF模型)
        5.2.1 計算模型的建立
        5.2.2 參數(shù)設置及計算方法
        5.2.3 分割塊數(shù)對計算結(jié)果的影響
    5.3 正弦拍動時慣性功耗及慣性力在不同方向的分量
        5.3.1 慣性功耗及慣性力在拍動及伸縮方向的分量
        5.3.2 計算結(jié)果及原因分析
    5.4 影響翅膀慣性功耗及慣性力的主要因素
        5.4.1 拍動角度、頻率、質(zhì)量及比例系數(shù)
        5.4.2 計算結(jié)果與實驗結(jié)果的比較
    5.5 本章小結(jié)
第六章 蝙蝠翅膀慣性功耗及慣性力研究
    6.1 蝙蝠翅膀慣性功耗及慣性力計算模型的建立(7DOF模型)
        6.1.1 運動模型的建立
        6.1.2 蝙蝠翅膀慣性功耗及慣性力計算方法
    6.2 運動軌跡的驗證
        6.2.1 兩計算模型與真實蝙蝠翅膀運動軌跡的比較
        6.2.2 仿蝙蝠機器翅與真實蝙蝠翅膀運動軌跡的比較
    6.3 慣性功耗及慣性力在不同方向上的分量
        6.3.1 正弦拍動計算結(jié)果
        6.3.2 仿生運動計算結(jié)果
    6.4 不同運動對慣性功耗及慣性力的影響
        6.4.1 多運動疊加對慣性功耗及慣性力的影響
        6.4.2 單個運動對慣性功耗及慣性力的影響
    6.5 翅膀不同部分對慣性功耗及慣性力的影響
    6.6 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 總結(jié)
    7.2 展望
致謝
參考文獻
附錄A 控制器與編碼器上15針接頭的含義
附錄B 拍動、揮動、伸縮、扭轉(zhuǎn)及指間角度核心計算程序
附錄C 電機‘PVT’控制程序示例
在學期間發(fā)表的論文和取得的學術成果



本文編號：3748987