江苏开放大学机械设计制造及其自动化本仿鸟自主栖息扑翼机器人的设计及分析

摘  要

 

不同于固定翼和旋翼无人机，传统的飞行器依靠刚性机翼和螺旋桨分别产生升力和推力，或者在旋翼无人机的情况下依靠旋转机翼同时产生升力和推动力，鸟类通过相对于身体以振荡（拍打）运动移动翅膀来产生升力和推进力。而鸟类的拍动运动所产生的升力和推力是仿鸟型机器人设计并实现安静、安全和高效飞行的主要源动力。然而，为了扩大飞行器的应用范围，所设计的扑翼机器人必须能栖息和降落，这一壮举被鸟类广泛证明。尽管仿生扑翼机器人的研制在近些年取得了一定的成绩，但扑翼飞行器的稳定性、自主起飞和着陆仍然悬而未决。针对这一问题，本文基于鸟类的自主栖息性能设计一种新型扑翼栖息机器人。首先，观察老鹰翅膀的形态变化及自主着陆目标物的能力，设计机器人的翅膀、尾翼、减速机构和抓取装置的整体3D模型。然后，使用ADAMS软件自主栖息机器人的扑翼运动及抓取机构的运动学进行模拟，得到关键部件在不同的速度和加速度下的运动特性曲线。接着，使用ANSYS对自主栖息机器人的整机模型进行静力学和动力学分析，得到压力载荷下的翅膀变形特性和模态响应性能。最后，针对以上分析结果，使用碳纤维切割制作抓取机构和扑翼机构，对电机、控制板和电池等各零部件进行组装、调试，测试抓取装置的性能及整机飞行的稳定性。

 

关键词：扑翼飞行器；升力和推力；运动学；抓取机构；气动响应

 

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