仿生扑翼机器人课件.ppt

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1、仿生机器人课程报告仿生扑翼机器人理论研究一.背景引言二.现状分析三.技术原理四.问题突破五.意义期望一.背景引言木匠祖师爷鲁班的“木鸢”《渚宫旧事》记载：“尝为木鸢，乘之以窥宋城。”一.背景引言15世纪70年代，达芬奇设计出一种由飞行员自己提供动力的飞行器，并称之为“扑翼飞机”。之后人们仿照它进行了很多尝试，结果都失败了。达芬奇扑翼飞机设想图后人根据设想图制作模型一.背景引言1929年，德国人AlexanderLippisch成功制造出了一架大型载人扑翼飞机设计的人力模式扑翼飞机设计的混合模式扑翼飞机5一.背景引言1903年莱特兄弟发

2、明了世界上第一架飞机——飞行者I号螺旋桨飞机喷气式飞机6一.背景引言1992年在未来军事技术的研讨会上，美国国防高级研究计划局首次提出了较完整的微型飞行器（MAV，MicroAirVehicles）的概念二.现状分析微型飞行器微型固定翼飞行器微型旋翼飞行器微型扑翼飞行器8二.现状分析加拿大多伦多大学的“Flapper”扑翼飞机1/4尺寸比例在1991年首先进行了试飞，成功实现了可控制的持续飞行。后续的全尺寸有人驾驶扑翼机翼展达到12.5m，由一台18千瓦的活塞发动机驱动，完全由扑翼产生向前的推力和向上的升力，在1996—1998年间进

3、行了三次滑跑实验，最高滑行速度可以达到89.5千米/小时。2006年，全尺寸扑翼机进行了一次成功的飞行试验，飞行时间达到14秒。二.现状分析德国Festo公司的“SmartBird”具有无线遥控和自动飞行两种模式，可以自主起飞、盘旋和降落。SmartBird的设计灵感来源于海鸥，SmarBird的翅膀由内、外翼两段构成，内翼具有较大的刚性，而外翼具有较大的柔性，从而在飞行姿态上与海鸥更加接近。二.现状分析美国AeroVironment公司的“NanoHummingbird”该机翅膀采用中空的碳纤杆材料作为骨架，表面是网孔纤维，翼面材料

4、为聚氟乙烯薄膜。能像真蜂鸟那样拍打着翅膀在空中盘旋，甚至还能后空翻飞行，完成某些高难度的特技动作。通过无线飞行遥控器，该蜂鸟飞行机器人可以按照指令进行精确飞行，并能通过机载计算机进行速度和角度修正。另外，机器人还配备了摄像机，音视频数据实时回传给操作员，可进行狭小空间的测量和监控。二.现状分析荷兰戴夫特技术大学的微型的飞行昆虫机器人“DelFly”模仿苍蝇和蜻蜓的飞行原理，翅膀每秒钟可以扇动30次，飞行速度可以达到15m/s，并且可以盘旋，甚至空中倒退飞行。最新设计的DelFlyMicro翼展长度为10cm，重量仅为3.07g，配备了

5、无线摄像机和锂电池，可以利用机器视觉技术实现壁障飞行，被誉为世界上最小的飞行器。二.现状分析日本东京大学的仿蝴蝶扑翼飞行器Butterfly-typeOrnithopter(BTO)BTO的机身由轻质木材构成，翅膀由聚氨酯和聚合物薄膜构成，动力源为扑动橡皮筋，由曲柄带动两翼上下扑动，目前只能持续几秒钟的飞行。利用该仿蝴蝶扑翼飞行器，通过高速摄影和流场成的方式，科研人员对蝴蝶扑翼飞行中的前缘涡高升力机理进行了深入研究，同时也在聚合物薄膜翅膀的设计和制造方面取得了一定成果。二.现状分析国内仿生扑翼机器人研究北京航空航天大学是国内较早展开扑

6、翼飞行机器人研究的高校之一，在仿蜜蜂、蝴蝶等微型飞行器的仿生力学方面取得了一定突破，在机构设计和运动学分析上也取得了一定的成果，并成功研制了飞行样机。西北工业大学对扑翼飞行器的气动特性和流场进行了较深入的研究，并建立了国内第一个微型飞行器专用风洞。南京航空航天大学的扑翼飞行机器人研究团队深入研究了仿鸟复合扑动扑翼的气动特性，并研制了了几种不同尺寸和布局形式仿鸟扑翼机器人样机，于2002年试飞成功，其技术指标已经达到美国“Microbat”的水平。三.技术原理扑翼飞行的空气动力学机理上扑：羽毛张开，形成如百叶窗般的细小狭长空隙，使空气快

7、速通过，从而最大程度地减小了上扑阶段的空气阻力。下扑：羽毛闭合并伸展，最大程度地增大翅膀的迎风面积，从而有利于产生较大的升力。三.技术原理鸟类扑翼运动方式与气动力分析鸟类在飞行过程中受到的力主要有升力、重力、推力和阻力，阻力又包括翼型阻力（或压差阻力）、摩擦阻力（或粘性阻力）和诱导阻力由于飞行中需要克服的力主要有阻力和自身的重力，而重力往往大于阻力，因此翅膀提供的升力也要大于飞行中的阻力，升力和阻力的比值为升阻比，较大的翼展具有较大的升阻比，如麻雀的升阻比为4，而信天翁的升阻比可达到20。三.技术原理与固定翼飞行模式相比，扑翼飞行最显

8、著的一个特征就是扑翼在扑动过程中可以同时提供维持飞行所必须的升力和推力。当以低速均匀水平飞行速度V∞作扑翼飞行时，尽管翼型的几何迎角为0°，但当扑翼向下扑动时，相对于扑翼气流有一个垂直向上的速度Vflap，合成后扑翼相对