仿生扑翼飞行机器人结构设计及运动学研究

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4、equirementsfortheProfessionalDegreeofMasterinEngineeringStructureDesignandKinematicResearchofBionicFlapping-wingFlyingRobotMasterCandidate：RuanLonghuanMajor：MechanicalEngineeringSupervisor：Prof.HouYuWuhanUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430081,P.R.ChinaMay,2016I摘要仿生扑翼飞行机器人是一种模仿飞行生物飞行方式

5、的新概念飞行器，具有良好的飞行机动性、高效性与稳定性，在民用和国防领域有广阔的应用前景。关于仿生扑翼飞行机器人的结构设计、扑翼机构的运动与动力特性分析，翼尖轨迹设计与机构参数优化等，对于提高扑翼飞行性能，促进扑翼飞行机器人的实用化，具有重要的理论与实际意义。论文对国内外现有扑翼飞行机器人的应用背景、技术发展现状做出了分析和研究。针对现有的多自由度扑翼机构结构复杂，驱动原动件多，飞行重量大等不足，提出了一种仿生扑翼飞行机器人总体设计方案，设计了扑动-扭转两自由度耦合驱动机构，并在机构运动特性分析的基础上对机构关键参数进行了优化设计，进而分析了扑翼飞行时的气动特性。主要的研究工作如下：研究

6、了仿生扑翼飞行机器人总体方案的可行性，确定了该机器人的扑翼运动为扑动-扭转两自由度耦合运动，并对扑动和扭转的配合进行了分析与讨论。在对鸟类的扑翼运动进行仿生学研究的基础上，设计了扑翼飞行机器人的总体结构，并进行三维实体建模。基于ADAMS建立了扑翼飞行机器人虚拟样机模型，对扑翼驱动机构的运动特性进行分析，得到了扑动、扭转运动的角位移、角速度、角加速度等变化规律，并研究了扑动-扭转耦合运动特性。对扑翼飞行机器人的翼尖轨迹进行了优化设计。通过调整机构尺寸，得到扑翼飞行机器人的翼尖轨迹并找到影响轨迹形态的关键参数。通过优化机构参数，并与本文所设计的理想轨迹进行对比匹配，得到较为理想的“8”字

7、型翼尖轨迹。在此基础上，对扑动运动的急回特性进行了设计，以取得更好的机构运动性能。分析了扑翼飞行机器人的气动特性。通过建立扑翼飞行模型，计算了扑翼飞行一个周期所产生的升力和推力的大小。关键词：扑翼飞行机器人；扑动-扭转耦合机构；翼尖轨迹；运动特性；气动特性IAbstractThebionicflapping-wingflyingrobotisanewconceptaircraftthatimitatetheflymodeofflyingcrea