仿生感知与先进机器人课程报告.docx

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1、络货破，北fe)HurfinInstituteoffechno!oy仿生感知与先进机器人技术徐程报告(2)扳告题目：仿生醺蜓探讨院系：机电工程学院班级：性名：学号：哈尔源工业高校机电工程学院报告内容与要求1 .通过查找资料，写一篇关于某种仿朝气械探讨的报告。2 .报告内容应当包括:综述、某种生物的运动原理、相应仿朝气械的运动原理、系统构成、关健技术、存在的问题、发展方向等。3 .要求参考文献6篇以上。4 .要求6000字以上，A4纸打印并以班为单位提交电子文档。一、蜻蜓的飞行原理蜻蜓是无脊椎动物，昆虫纲，蜡蜓目，差翅亚目昆虫的通称一般体型较大，翅长而窄，膜质，网状粉脉极为清楚；视觉极为灵敏，腹

2、部双长、扁形或呈圆筒形，末端有肛附黯。足细而弱，上有钩剌,可在空中飞行时捕获杏虫。蜡蜓形态美丽被誉为“飞行的宝石工身上仃多处结构能给仿生学供应探讨对象,本部分主要介绍靖蜓的翅膀结构及其对飞行功能的影响“姑蜓是种飞行实力很强的昆虫.其长时间的滑翔、悬停、快速前飞及敏捷机动的飞行实力，许久以来吸引着流体力学家的目光。蛇挺翼拍动变更其四周空气流淌，进而产生飞行中所需的升力与推力。为了说明靖蜓的E行原理,首先要介绍一下蜡蜓的翅膀结构.1、蜡蜓粉膀结构：姑蜓的翅膀主要由胡脉和翅膜组成，还包括朝痣和关节。螭蜓的胡膀仅占其体重的2%左右，翅膀的前缘和后缘呈流线型，增加了它的敏拢性。1）翅脉翅脉是翅膝的主要支

3、抨结构“翅脉按纵向结构分布，有刚度较大的前缘脉，亚缘脉以及径脉，中脉，后肘脉和性脉，再辅以横脉，它的前缘脉，亚缘脉和少部分横脉刚度较大，但有肯定的柔韧性，而其余的纵脉和横脉刚度较低。有特别好的柔韧性。翅脉是管状结构，既削减了IR量又增加了刚度。(2)翅膜翅膜是翅膀的主要的空气动力结构,它特别薄，一般只有2.3微米，但可以分为背部层(dorsa1.1.ayer).中间层(midd1.e1.ayer)和腹部层(ventra1.1.ayer).姑蜓前粉表面覆靛了蜡质层，包含三种交织的纤维，这些纤维有两个功能：一是支捽翅膜，二是担当来自临翅脉的弯矩和扭矩，这层蜡质不能被水浸涧，正是蜡质的存在，才使靖蜓

4、韧膀具有自清洁和防雨的功能。3)翅痣翅痣是翅膀前端一块加厚的角脑区域(如右上图所示)，翅痣是空腔，里面有液体。这块芝麻大小的结构极具意义，他消退了飞行过程中翅膀的震峡。Norberg对靖蜓翅膀探讨时发觉，块翅痘的历量虽然只有蜻蜓总体历量的OJK却可以提高临界飞行速度的10RIPPcFueyo(Zfoor.T*iUUttftheAdMdVAtwiftp1.,Festo公司利用一个将转动转换为平动的装置将齿轮的嬴速转动转换为翅膀的高频振动。下图为该装置的数字化模型：BiOniCOPtCr内部则有大大小小的各种齿轮组成。蜡蜓悬停时的气动限制是仿生姑挺的关键技术。为了解决这一技术难题，有探讨人员特地探

5、讨了机械蜡蜓悬停时的气动力，以卜.是该探讨的具体过程：蜡蜓翼的拍动一般有3个自由度：（1）拍动、（2）扭转和（3）拍动面偏离。下图显示了姑蜓身体水平（OX向）时左侧单翼的运动，翼轴在拍动平面F（与水平面H夹角B=60）内拍动,整个翼绕这个距离前缘1/4C的轴转动。下拍起先时，翼处在拍动的上极限位置，翼平面与拍动平面成75。夹角，以此位罚.为原点，以卜.给出两个自由度运动的角位移函数。拍动方位角3=0.5C1cos（211rT）J（1）扭转的运动函数为0t0.2T0.2T/0.3T0.3T/0.7T0.7T0.7T0.8TTx4sin(11,M)114a-114s11(z0.37)fr)-114

6、114cos(11(/0.8T)/At)(2)双翼拍动的状况下两翼会存在相位差，即产生了不同的拍动模式，该试验视察的有:同相，相差1/4周期和相差12周期（即反相）。由于试验为悬停匕行和设计斜向拍动机构困难，所以试验模型采纳类似于MaybUry和Iehmann试验中两翼上下布同的形式，即将相当丁将靖蜓身体在俯仰方向上仰转60。，使得前翼在上，后翼在下，且两翼拍动平面与水平面平行。如下图所示，靖蜓模型的拍动轴1竖直插入水中，两翼分别在轴2和3所处的水平平面内来回地拍动（两翼共轴但可分开限制），扭转轴2和3水平，相距54c,前后翼在拍动的同时各臼绕扭转轴转动。这就是本机构模拟的两个自由度的运动。M

7、1.M2:分别是控审前具（F-W）叼MUi（H-W）的同IHqIuI;Contekr:运动控甥器；PC:M:i：拍动的怯佃,2,3:前后翼归动的耕候机构置于ImXI.2mX1.m（长X宽X高）的水缸中。而为克服传动机构和电机的防水问题，将主要传动机构和电机置水面以上，并采纳四连杆机构将电机的输出传到水下翼的转轴处，井可以通过更换不同长度的连杆调整前后翼之间的距离。在观测所得的eschnajuncea翼形数据的基础上对蜡艇模型算作了如卜简化：（D前后两翼几何形态完全相同（事实上靖蜓后翼的面积比前翼的大）：（2）翼面形态为翼梢处为半圆的矩形：（3）不考虑翼面的变形，假设涨为刚性平板.，同时为J使模

8、型翼具有脑珏轻和抗弯曲的特性,测力用模型翼采纳碳纤维制作，尺寸数据如表1。为结合分析潦场信息与所测气动力的关系，试验平台还安装有染色液流淌显示系统。染色液从模里翼前缘根部流出，用于显示拍动产生的前缘涡核线。为r使试验条件下的流场与昆虫实际拍动形成的流场相像，必需满意相像准则的条件。在拍动翼试验中，主要考虑的相像准则为雷诺数Re（特征惯性力与特征粘性力之比），定义为：RfJiJUV其中U为特征半径r一.（前奥面积的二次矩半径，s为前翼面积）上的线速度：c为前翼的平均弦长：V为空气的运动粘度系数。可进一步改写为&=2&2附/丫,为了保证数据采集的精度,忒验拍动频率n=0.5Hz,此时Reg9750

9、。对于实际嫡蜓AeSChnaj1.1.rIcea,R1380,依据以往试验结果，Re数相差在此范图的试验数据跟原现象基本一样。I模型嵬的几何尺寸Iabk*ITbestatisticsofamode1.wingttMfK18厚度,11111MWSZmmj1Z910，&征中仲”nn136IK弦比人5.1展KR.tnm255平均弦K,mrn50测力试验运用特别设计三重量水下天平和江苏联能公司的YE6267数据采集系统进行测地及采集，模型翼的拍动频率为0.5Hz,Re=9750,数据采集频率为200Hz,所以每个拍动周期对每个殖量要采集400个数据点.由于模型翼在拍动中所受到的力包括亚力、浮力、惯性力

10、等，试验通过测量模型踊止所受的力得到重力和浮力，并测量铜棒在拍动中所受的力得到近似的惯性力，具体的试骏步骤如下：（1）在空气测量中单我在一个周期内的40个相位点价止时受到的力Sa：（2）测域铜棒在空气中拍动所受到的力Du;（3）在水中测量单翼在一个周期内的40个相位点静止时受到的力Sw：（4）测量翼在水中拍动时受到的力Dw。数据采集持续20个周期以上，刚起先拍动时的流场由F不稳定，前10个周期的数据舍去不要，保留此后的10个周期数据并取其平均，所取的IO个周期的原始数据见下图，1.Fx,UFz,Wx分别是升力、阻力和滚转力矩通道的电压值，图中，100个点对应一个周期。对这10个周期件个对应相位点的数据求标准差。由一个周期内不同相位