微型仿生撲翼機(jī)器人是一種模仿自然界中可飛行鳥類或者昆蟲的氣動(dòng)原理,通過翅膀規(guī)律性地拍動(dòng)以實(shí)現(xiàn)飛行。相對(duì)于傳統(tǒng)固定翼類與旋翼類,微型仿生撲翼機(jī)器人具備飛行機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、質(zhì)量輕便、偽裝性好、較低噪聲和較低能耗等優(yōu)點(diǎn),非常適合在偽裝偵查、自然環(huán)境檢測(cè)和反恐軍事作戰(zhàn)等相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用�，F(xiàn)有微型撲翼機(jī)器人大多為體型較大的仿鳥機(jī)器人及實(shí)用性不強(qiáng)的仿昆蟲機(jī)器人,對(duì)柔性翅翼氣動(dòng)理論及飛行參數(shù)的研究尚不完善,缺乏完備的樣機(jī)研制流程。本文充分地對(duì)柔性翅翼的柔性氣動(dòng)理論及參數(shù)進(jìn)行建模與分析,設(shè)計(jì)一臺(tái)質(zhì)量約為50g的微型仿鳥機(jī)器人機(jī)械樣機(jī),并設(shè)計(jì)了微型撲翼控制器系統(tǒng)與上位機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),并進(jìn)行試飛實(shí)驗(yàn),論證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性。針對(duì)微型仿鳥撲翼機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計(jì)需求,建立一種柔性翅翼的動(dòng)力學(xué)模型并分析飛行參數(shù)對(duì)氣動(dòng)力的影響。將非定常氣動(dòng)環(huán)境下的葉素理論與平面柔性變形翼的特征相融合,計(jì)算飛行所需的氣動(dòng)升力與推力;改變飛行迎角、翅膀柔性幅值、撲動(dòng)頻率、振幅與飛行初速度等飛行參數(shù),分析了各指標(biāo)對(duì)氣動(dòng)力的影響規(guī)律;利用儒科夫斯基理論建立了三角形尾翼的氣動(dòng)力模型并分析尾翼的二軸姿態(tài)角對(duì)機(jī)器人三維空間力矩的影響;對(duì)撲翼機(jī)器人整機(jī)的氣動(dòng)... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：85 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

韓國(guó)ParkJH統(tǒng)計(jì)的翼展與質(zhì)量關(guān)系

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文3隨著當(dāng)代科技的進(jìn)步與發(fā)展，發(fā)現(xiàn)仿生撲翼飛行器諸多優(yōu)點(diǎn)，深受廣大國(guó)外學(xué)者關(guān)注并研發(fā)各式各樣的撲翼機(jī)器人樣機(jī)，并取得了一定的成果。1998年，AeroVironment公司聯(lián)合加州理工學(xué)院和加州洛杉磯大學(xué)，研制出一種質(zhì)量輕便的微型撲翼機(jī)器人[20-22]，并為之命名為“Micro-Bat”，如圖1-2所示。機(jī)器人樣機(jī)采用碳纖維作為機(jī)身骨架與翅膀骨骼，尾部為水平垂直尾翼，并非仿生鳥類型尾翼，總重量大概為15克，可以裝載一臺(tái)小型攝像頭。其飛行特點(diǎn)是利用尾部舵面提供部分升力，提高能量利用效率。但是其飛行時(shí)間短，在外形上更像鳥類而不想蝙蝠。圖1-2Micro-Bat樣機(jī)2014年，美國(guó)加州伯克利大學(xué)研制出一款仿鳥類微型撲翼飛行器[23]，命名為“H2-Bird”，如圖1-3和1-4所示。該撲翼機(jī)由碳纖維剛性支撐桿件與有機(jī)薄膜構(gòu)成的四段翼型撲翼機(jī)，通過四翼面的規(guī)律性拍動(dòng)產(chǎn)生可以產(chǎn)生更高效率的氣動(dòng)力，并通過調(diào)整垂直于水平尾翼的姿態(tài)產(chǎn)生偏航力矩與俯仰力矩以實(shí)現(xiàn)俯仰、偏航的姿態(tài)動(dòng)作。該撲翼機(jī)在起飛時(shí)配備了蟑螂機(jī)器人為其飛行提供起飛的初速度，即可實(shí)現(xiàn)無(wú)人自主起飛。該機(jī)以微型伺服電機(jī)為主驅(qū)動(dòng)，尾翼通過兩個(gè)微型舵機(jī)控制垂直和水平舵面的角度，利用地面遙控向機(jī)載微型控制器發(fā)送信號(hào)，控制三路電機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向以實(shí)現(xiàn)飛行姿態(tài)的改變與保持。裝配后的樣機(jī)總質(zhì)量為13g，翅膀拍動(dòng)頻率16Hz，總飛行時(shí)間達(dá)2.5min。圖1-3H2-Bird助跑式起飛圖1-4H2-Bird四段翼樣機(jī)德國(guó)Festo公司在本世紀(jì)研制了很多款飛行效果良好的仿生撲翼飛行器，在國(guó)際同行業(yè)內(nèi)達(dá)到了領(lǐng)先水平。2011年，該公司研制了命名為“Smart-Bird”的飛鳥機(jī)器人[24]，

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文3隨著當(dāng)代科技的進(jìn)步與發(fā)展，發(fā)現(xiàn)仿生撲翼飛行器諸多優(yōu)點(diǎn)，深受廣大國(guó)外學(xué)者關(guān)注并研發(fā)各式各樣的撲翼機(jī)器人樣機(jī)，并取得了一定的成果。1998年，AeroVironment公司聯(lián)合加州理工學(xué)院和加州洛杉磯大學(xué)，研制出一種質(zhì)量輕便的微型撲翼機(jī)器人[20-22]，并為之命名為“Micro-Bat”，如圖1-2所示。機(jī)器人樣機(jī)采用碳纖維作為機(jī)身骨架與翅膀骨骼，尾部為水平垂直尾翼，并非仿生鳥類型尾翼，總重量大概為15克，可以裝載一臺(tái)小型攝像頭。其飛行特點(diǎn)是利用尾部舵面提供部分升力，提高能量利用效率。但是其飛行時(shí)間短，在外形上更像鳥類而不想蝙蝠。圖1-2Micro-Bat樣機(jī)2014年，美國(guó)加州伯克利大學(xué)研制出一款仿鳥類微型撲翼飛行器[23]，命名為“H2-Bird”，如圖1-3和1-4所示。該撲翼機(jī)由碳纖維剛性支撐桿件與有機(jī)薄膜構(gòu)成的四段翼型撲翼機(jī)，通過四翼面的規(guī)律性拍動(dòng)產(chǎn)生可以產(chǎn)生更高效率的氣動(dòng)力，并通過調(diào)整垂直于水平尾翼的姿態(tài)產(chǎn)生偏航力矩與俯仰力矩以實(shí)現(xiàn)俯仰、偏航的姿態(tài)動(dòng)作。該撲翼機(jī)在起飛時(shí)配備了蟑螂機(jī)器人為其飛行提供起飛的初速度，即可實(shí)現(xiàn)無(wú)人自主起飛。該機(jī)以微型伺服電機(jī)為主驅(qū)動(dòng)，尾翼通過兩個(gè)微型舵機(jī)控制垂直和水平舵面的角度，利用地面遙控向機(jī)載微型控制器發(fā)送信號(hào)，控制三路電機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向以實(shí)現(xiàn)飛行姿態(tài)的改變與保持。裝配后的樣機(jī)總質(zhì)量為13g，翅膀拍動(dòng)頻率16Hz，總飛行時(shí)間達(dá)2.5min。圖1-3H2-Bird助跑式起飛圖1-4H2-Bird四段翼樣機(jī)德國(guó)Festo公司在本世紀(jì)研制了很多款飛行效果良好的仿生撲翼飛行器，在國(guó)際同行業(yè)內(nèi)達(dá)到了領(lǐng)先水平。2011年，該公司研制了命名為“Smart-Bird”的飛鳥機(jī)器人[24]，

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]多段柔性變體撲翼飛行器設(shè)計(jì)[J]. 黃鳴陽(yáng),肖天航,昂海松.  航空動(dòng)力學(xué)報(bào). 2016(08)
[2]撲翼飛行器非定常氣動(dòng)特性研究[J]. 王建領(lǐng),何廣平,狄杰建.  飛行力學(xué). 2016(03)
[3]仿生微型撲翼飛行器中的空氣動(dòng)力學(xué)問題研究進(jìn)展與挑戰(zhàn)[J]. 楊文青,宋筆鋒,宋文萍,陳利麗.  實(shí)驗(yàn)流體力學(xué). 2015(03)
[4]昆蟲級(jí)褶皺翼型的滑翔氣動(dòng)特性[J]. 張銳,周超英.  航空動(dòng)力學(xué)報(bào). 2014(03)
[5]微型撲翼飛行器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)方法[J]. 王利光,宋筆鋒,付鵬,安偉剛.  機(jī)械設(shè)計(jì)與制造. 2013(08)
[6]仿鳥柔性撲翼氣動(dòng)特性與能耗的數(shù)值研究[J]. 肖天航,段文博,昂海松.  空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào). 2011(06)
[7]基于自適應(yīng)逆的微型飛行器飛行控制系統(tǒng)[J]. 蔡紅明,昂海松,鄭祥明.  南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào). 2011(02)
[8]撲翼飛行器機(jī)翼平面形狀設(shè)計(jì)方法研究[J]. 高廣林,宋筆鋒,李占科.  飛行力學(xué). 2009(05)
[9]微撲翼飛行器總體設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)[J]. 蘇進(jìn)展,方宗德,劉嵐.  光學(xué)精密工程. 2008(04)

碩士論文
[1]微型撲翼柔性翅翼變形及其氣動(dòng)力特性實(shí)驗(yàn)研究[D]. 袁杰.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2019
[2]一種帶翼型撲翼飛行機(jī)器人設(shè)計(jì)及飛行控制研究[D]. 劉軍濤.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018
[3]大型仿生撲翼飛行器飛行控制方法研究[D]. 張兵.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[4]仿生飛鳥機(jī)器人嵌入式控制器及地面測(cè)控系統(tǒng)研究[D]. 陳廉銳.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017



本文編號(hào)：2990959