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基于高仿生形态布局的仿鸽扑翼飞行机器人系统设计
1
作者 王久斌 贺威 +2 位作者 孟亭亭 邹尧 付强 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期308-319,共12页
针对现有扑翼飞行机器人存在的飞行形态与实际鸟类相差较大,以及翅膀、尾翼布局和俯仰、转向控制方式仿生度较低的问题,提出一种形态布局与鸽子相仿的扑翼飞行机器人系统设计及实现方案.通过设计弧面-折翼-后掠翅膀、仿鸟扇形尾翼以及... 针对现有扑翼飞行机器人存在的飞行形态与实际鸟类相差较大,以及翅膀、尾翼布局和俯仰、转向控制方式仿生度较低的问题,提出一种形态布局与鸽子相仿的扑翼飞行机器人系统设计及实现方案.通过设计弧面-折翼-后掠翅膀、仿鸟扇形尾翼以及尾翼挨近翅膀后缘布置的布局方式,使扑翼机器人飞行形态更加接近真实鸟类,提高扑翼机器人的形态仿生度.在此基础上,设计结合下扑角调控无需尾翼大角度上翘的俯仰控制方式,以及不依赖于尾翼的翅膀收缩转向控制方式,在提高仿生度的同时保证飞行控制的有效性.在具体设计过程中,首先参考鸽子翅膀型式选择不同类型翅膀并进行风洞测试,确定出下扑角变化时仍能保持较优升推力性能的翅膀设计方案;其次,对各种尾翼型式进行分析和比较,结合鸽子尾翼特点进行仿鸽尾翼及俯仰、转向控制机构设计,并通过风洞测试验证;最后,设计飞控系统并装配整机,进行外场飞行测试,验证仿鸽扑翼飞行机器人平台的稳定性和可控性. 展开更多
关键词 高仿生形态布局 仿鸽扑翼飞行机器人 折翼翅膀 扇形尾翼 风洞实验 俯仰控制 转向控制
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独立驱动的仿鸟扑翼飞行机器人的系统设计与实验 被引量：13
2
作者 贺威 刘上平 +2 位作者 黄海丰 付强 孙长银 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期12-22,共11页
扑翼飞行机器人模仿自然界中的飞行生物,通过扑动翅膀拍打空气驱动飞行.它们机动性好、飞行效率高、噪音小,在某些应用场景比传统的固定翼飞机和旋翼飞机更有优势.目前扑翼飞行机器人的研究大多集中在机理研究和理论的建模与控制,鲜有... 扑翼飞行机器人模仿自然界中的飞行生物,通过扑动翅膀拍打空气驱动飞行.它们机动性好、飞行效率高、噪音小,在某些应用场景比传统的固定翼飞机和旋翼飞机更有优势.目前扑翼飞行机器人的研究大多集中在机理研究和理论的建模与控制,鲜有实现室外的自主飞行,难以应对复杂的实际应用需求.在本文中,设计了一种独立驱动的仿鸟扑翼飞行机器人USTBird,通过两个舵机独立驱动左右翅膀可实现无可控尾翼的机动飞行.通过搭载自主设计的微型飞控板、GPS以及惯性导航模块,采用PD控制实现了扑翼飞行机器人的室外自主巡航飞行.设计了针对扑翼机器人的轻型两自由云台,很大程度上消除了机翼扑动飞行引起的图像抖动问题.针对机身振动和GPS测量误差带来的位置误差,采用无迹卡尔曼滤波算法对GPS采集的位置信息进行估计,提升了位置估计精度.设计了面向扑翼飞行机器人的地面站系统.考虑到扑翼飞行机器人存在的转向滞后问题,对偏航角设计双闭环分段PD控制器,最终实现了在外圆半径40 m和内圆半径10 m的圆环内的自主巡航任务. 展开更多
关键词 仿生扑翼飞行机器人 独立驱动 自主巡航 系统设计 仿生学
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仿生扑翼飞行机器人柔性翅试验研究及其理论解释 被引量：12
3
作者 金晓怡 颜景平 周建华 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第9期1028-1032,共5页
以柔性翅为研究对象,在自行研制的气动力测量试验平台上进行升力试验研究,旨在为柔性翅的理论研究提供依据。试验结果表明,柔性翅能产生较之刚性翅更大的升力,说明柔性翅将更适合仿生飞行。针对翅变形对昆虫飞行高升力有贡献的试验结果... 以柔性翅为研究对象,在自行研制的气动力测量试验平台上进行升力试验研究,旨在为柔性翅的理论研究提供依据。试验结果表明,柔性翅能产生较之刚性翅更大的升力,说明柔性翅将更适合仿生飞行。针对翅变形对昆虫飞行高升力有贡献的试验结果,给出了一种基于柔性楔形效应的升力机制的理论解释。 展开更多
关键词 仿生扑翼飞行机器人 柔性翅 升力 柔性楔形效应
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基于“雁阵效应”的扑翼飞行机器人高效集群编队研究 被引量：14
4
作者 尹曌 贺威 +2 位作者 邹尧 穆新星 孙长银 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1355-1367,共13页
本文借鉴“雁阵效应”,研究了扑翼飞行机器人高效集群编队飞行问题.通过对“V”字雁阵的分析得知,当前排大雁(简称头雁)和后排大雁(简称从雁)保持某一合适的相对位置偏移时,后排大雁可有效利用前排大雁挥翅产生的上洗涡流,从而节省体能... 本文借鉴“雁阵效应”,研究了扑翼飞行机器人高效集群编队飞行问题.通过对“V”字雁阵的分析得知,当前排大雁(简称头雁)和后排大雁(简称从雁)保持某一合适的相对位置偏移时,后排大雁可有效利用前排大雁挥翅产生的上洗涡流,从而节省体能;并且,雁阵通过阵型的变换,可以实现能量整体消耗的均衡性,确保长航时飞行.仿照该“雁阵效应”,分析得出耗能最少的扑翼飞行机器人集群阵型排布方式,并设计了阵型变换机制,实现集群能量整体消耗的最优性和均衡性.在此基础上,参考雁群的交互方式,设计了一种使用局部信息的控制方法,保证最优阵型的稳定维持以及阵型间的灵活变换.最后,仿真结果验证了所提理论结果的有效性. 展开更多
关键词 雁阵效应 扑翼飞行机器人 编队飞行 能量高效 阵型维持 阵型变换
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基于线驱转向的仿蝴蝶扑翼飞行机器人系统设计与控制 被引量：5
5
作者 黄海丰 贺威 +2 位作者 邹尧 杨昆翰 孙长银 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期1203-1210,共8页
作为一种新型飞行机器人,仿蝴蝶扑翼飞行机器人模仿自然界蝴蝶的生物结构和飞行方式,能够有效地融入并适应复杂环境,在军民融合领域具有广阔的应用前景.目前针对仿蝴蝶扑翼飞行机器人的研究大多停留在对生物蝴蝶飞行机理的研究,鲜有能... 作为一种新型飞行机器人,仿蝴蝶扑翼飞行机器人模仿自然界蝴蝶的生物结构和飞行方式,能够有效地融入并适应复杂环境,在军民融合领域具有广阔的应用前景.目前针对仿蝴蝶扑翼飞行机器人的研究大多停留在对生物蝴蝶飞行机理的研究,鲜有能够实现自由可控飞行的机器人系统.本文设计了一款基于线驱转向的仿蝴蝶扑翼飞行机器人,名为USTButterfly-S,其翼展50 cm,重50 g,可实现长达5分钟的自由可控飞行.首先结合生物蝴蝶翅膀的扑动特征,设计了双曲柄双摇杆对称扑翼驱动机构.然后模仿凤蝶的翅翼形状,设计了仿蝴蝶翼型.对翅膀的几何学分析表明,USTButterfly-S的翅膀与凤蝶具有较好的形态相似性.接着针对仿蝴蝶扑翼飞行机器人的转向控制问题,首次采用线驱动机构拉动翅膀调节翅翼面积,进而实现了USTButterfly-S的无尾航向控制.最后集成自主设计的飞控系统,USTButterfly-S能够实现室内盘旋飞行并进行实时航拍.在实际飞行实验中,USTButterfly-S展现出类似生物蝴蝶的飞行特征. 展开更多
关键词 仿生机器人 仿蝴蝶扑翼飞行机器人 系统设计 无尾控制 线驱动
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仿鸟扑翼飞行机器人执行机构优化设计的研究 被引量：6
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作者 邓如应 艾志伟 +1 位作者 武永超 邹光明 《机械设计与制造》 北大核心 2015年第10期157-160,共4页
仿鸟扑翼飞行机器人结构多样,应用广泛。主要对仿鸟扑翼飞行机器人的扑翼飞行原理和执行机构进行了分析研究。在此基础上建立了以齿轮连杆机构作为执行机构的仿鸟扑翼飞行机器人的数学模型和三维模型,并采用黄金分割法结合MATLAB软件对... 仿鸟扑翼飞行机器人结构多样,应用广泛。主要对仿鸟扑翼飞行机器人的扑翼飞行原理和执行机构进行了分析研究。在此基础上建立了以齿轮连杆机构作为执行机构的仿鸟扑翼飞行机器人的数学模型和三维模型,并采用黄金分割法结合MATLAB软件对执行机构进行了数值模拟和优化设计,得到了在最小传动角最大的情况下,满足扑翼飞行的最佳四杆机构。此外,研究过程中所建立的三维模型利用ADAMS软件进行了运动仿真模拟,得出分析结果与模型相符合,满足设计要求。所做的工作为仿鸟扑翼飞行机器人的理论研究和实际模型的建立提供了可靠的参照和引导。 展开更多
关键词 仿鸟扑翼飞行机器人 执行机构 齿轮连杆 优化设计 MATLAB ADAMS
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两自由度仿生扑翼飞行机器人设计与运动分析 被引量：9
7
作者 阮龙欢 侯宇 +1 位作者 李诗雷 童超 《机械设计与制造》 北大核心 2017年第6期241-244,共4页
根据鸟类的飞行特性,设计了一种两自由度仿生扑翼飞行机器人。扑翼飞行机器人采用单电机驱动,能够实现扑动、扭转两自由度耦合运动,结构紧凑、运动高效,且机翼的运动形式接近鸟类。首先根据总体设计目标提出扑动-扭转耦合机构的运动特... 根据鸟类的飞行特性,设计了一种两自由度仿生扑翼飞行机器人。扑翼飞行机器人采用单电机驱动,能够实现扑动、扭转两自由度耦合运动,结构紧凑、运动高效,且机翼的运动形式接近鸟类。首先根据总体设计目标提出扑动-扭转耦合机构的运动特性要求,基于Adams建立了扑动-扭转耦合扑翼机构的运动学模型,通过仿真分析得到扑动和扭转运动的变化规律,并得到了翼尖轨迹曲线。扑动-扭转耦合机构的参数与设计结果达到了扑翼机构的运动要求,为仿生扑翼飞行机器人的设计和研究奠定了基础。 展开更多
关键词 扑翼飞行机器人 扑翼机构 耦合运动 翼尖轨迹
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仿生扑翼飞行机器人自主导航系统研究进展 被引量：2
8
作者 蒋济州 徐文福 潘尔振 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期66-84,共19页
仿生扑翼飞行机器人模仿自然界鸟类和昆虫等生物的飞行方式,具有安全性强、迷惑性好等优点,在灾害救援、反恐防暴等方面具有极其重要的应用前景。为实现其在未知复杂环境下的自主飞行并执行探测任务,需研制一套集感知建图、规划避障与... 仿生扑翼飞行机器人模仿自然界鸟类和昆虫等生物的飞行方式,具有安全性强、迷惑性好等优点,在灾害救援、反恐防暴等方面具有极其重要的应用前景。为实现其在未知复杂环境下的自主飞行并执行探测任务,需研制一套集感知建图、规划避障与飞控制导等功能模块为一体的导航系统。本文首先对扑翼飞行机器人的导航系统进行了概述,按照翼展大小将扑翼飞行机器人分为微小型和大中型两类,其次对比分析了国内外在微小型、大中型扑翼飞行机器人导航系统方面的主要研究进展。接着对自主导航系统所涉及到的感知定位与建图、运动规划与避障、轨迹跟踪与飞控制导等关键技术进行了分析总结,指出其局限性及亟待解决的问题。最后,对未来的研究趋势进行了展望,包括提升机载嵌入式计算能力、多模态信息融合、面向多模态飞行的流场感知、仿生视觉系统研究、群体感知与编队控制等热点方向。 展开更多
关键词 扑翼飞行机器人 自主导航系统 感知与建图 规划与避障 飞控制导
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仿生扑翼飞行微机器人研究现状与关键技术 被引量：15
9
作者 侯宇 方宗德 +1 位作者 孔建益 李公法 《机械设计》 CSCD 北大核心 2008年第7期1-4,40,共5页
扑翼飞行微机器人(Flapping-wing Flying Microrobot)是一种模仿鸟类或昆虫飞行的新概念飞行器。文中简要介绍了扑翼飞行微机器人的概念、特点与用途,从测试与试验、建模与分析、设计与制作、控制与传感四个方面概括了扑翼飞行微机器人... 扑翼飞行微机器人(Flapping-wing Flying Microrobot)是一种模仿鸟类或昆虫飞行的新概念飞行器。文中简要介绍了扑翼飞行微机器人的概念、特点与用途,从测试与试验、建模与分析、设计与制作、控制与传感四个方面概括了扑翼飞行微机器人的国内外研究现状,最后讨论了后续研究中需要突破的关键技术。 展开更多
关键词 扑翼飞行微机器人 仿生学 微型飞行器 微机电系统
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昆虫飞行高升力的一种新解释——柔性楔形效应 被引量：3
10
作者 金晓怡 颜景平 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期857-860,共4页
以探索仿生扑翼飞行机器人研制为目的,在研究"柔性楔形效应"的基础上,将昆翅视为柔性翅,提出用"柔性楔形效应"解释昆虫飞行高升力的观点.指出了用"柔性楔形效应"解释昆虫飞行高升力的仿生学意义.根据该观... 以探索仿生扑翼飞行机器人研制为目的,在研究"柔性楔形效应"的基础上,将昆翅视为柔性翅,提出用"柔性楔形效应"解释昆虫飞行高升力的观点.指出了用"柔性楔形效应"解释昆虫飞行高升力的仿生学意义.根据该观点,翅翼在自适应变形状态下施以简单的节律运动将是未来仿生扑翼飞行机器人翅翼驱动方式的发展趋势.仿生运动的模拟越简单越容易稳定地实现,实验小组已设计制作了仿生扑翼飞行机器人样机,并成功进行了多次室外放飞. 展开更多
关键词 柔性楔形效应 昆虫飞行高升力 仿生扑翼飞行机器人
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