弹性元件参数优化对扑翼机构转速波动影响研究

张博利,刘新杰,王昊,张威*,2,,5

(1. 中国民航大学 基础实验中心,天津 300300; 2. 民航航空公司人工智能重点实验室,天津 300300;3. 中国民航大学 航空工程学院,天津 300300; 4. 中国民航大学 中欧工程师学院,天津 300300;5. 中国民航地面特种设备研究基地,天津 300300)

扑翼飞行器属于一种新型仿生飞行器,能够像鸟一样通过翅翼的拍动产生升力和推力,实现在空中的自由飞行。扑翼飞行器的重量和体积都相对较小,可自由的实现各种的飞行状态,可应用于侦查、监控、救灾、环境监测等领域,在民用和军用领域都具有很大应用价值[1-2]。扑动机构是扑翼飞行器的核心部件,实现平稳飞行的关键。随着新型材料与新能源技术,信息技术,微机械电子系统和微传感器技术的发展,人们对扑翼飞行器性能的要求越来越高。1998年美国加州伯克利研究的仿昆虫的MFI(Micromechanical flying insect)[3],能够自主飞行和完成复杂的运动,采用四杆机构传动,实现翅翼的拍动和扭转。加州理工学院、加州大学洛杉矶分校和Aero Vironment 公司联合研制了三代微型扑翼飞行器“Microbat”[4],最终可实现左右转向和俯仰动作。2008年美国哈佛大学微机器人学实验室研制出了电子机器苍蝇(Harvard microrobotic fly)[5],可实现垂直起飞在有外电源基础上。2011年日本千叶大学研制的“四翼式”扑翼飞行器,当身体角度大于40°的情况下,升力提高了2倍。德国FESTO公司研制的“Smart bird”[6],可自主完成起飞,飞行和降落的过程,翅翼可根据飞行需要自主的扭转。可见扑翼飞行器的发展,始终离不开驱动机构的发展和变化。常见的扑翼机构有曲柄摇杆和曲柄滑块机构,主要工作原理是翅翼上下的往复拍打是由传动机构将电机的旋转运动转化而成的。……