仿生扑翼飞行机器人是一种具有新颖移动方式的、集多种前沿技术于一体的新概念仿生飞行器,目前已成为国际上的研究热点之一,无论在军事还是民用领域都有着广阔的应用前景。本文在总结了国内外最新研究成果基础上,围绕仿生扑翼飞行机理、仿生翼运动模型以及扑翼驱动系统展开了研究与探索。 首先介绍了仿生扑翼飞行的研究背景,分析了仿生扑翼飞行的特点及其可观的应用前景;阐述了仿生扑翼飞行机器人的研究现状,探讨了目前和将来研究中所遇到的一些关键技术。 基于空气动力学理论,对仿生扑翼飞行机器人的可行性进行了分析;探讨了动物飞行方式及其尺度律对仿生扑翼飞行机器人设计的启发,指出采用扑翼布局是解决在低雷诺数下飞行难点的一种可行方案;重点研究了动物扑翼飞行机理,为研制仿生扑翼飞行机器人设计提供了理论依据。 根据动物扑翼系统特点,探讨了仿生翼设计的一些重要因素;重点提出了扑式和洗式运动模型的概念,并分析比较了两者的特点,详细探讨了扑式运动模型的实现;根据扑式运动模型,对扑翼运动过程进行分解,推导出气动力的数值计算公式。 根据动物飞行尺度律,确定了样机设计参数;就基于MEMS和连杆机构的扑翼驱动机构设计方案进行了分析比较,探讨了扑翼驱动机构的实现途径和方法,并针对基于四杆机构的扑翼驱动机构进行了优化设计;根据样机功率需求,选择了适合扑翼样机的动力装置、能源,设计了减速机构和控制系统。 首先用简易吊飞装置来验证样机的升力效果,接着采用自行研制的气动力测量实验平台,就悬停飞行和前飞对试验样机进行了气动力试验,并将测量结果和理论计算结果进行比较分析,为试验样机的试飞提供了控制方式的参考,为进一步的改进设计提供了技术参数。 本文所有工作都取得了预期效果,相信随着研究工作的深入及相关技术的完善,仿生扑翼飞行机器人的研究必将取得突破性的进展。