机器海鸥的仿生设计及其实验研究

摘要

中国是一个具有广阔海域的国家。在我们幅员辽阔的领海中，有着很多诸如水文、海洋渔业资源、海警情况等需要进行监测的场合。在当前，每当我们遇到海难或者是海警巡防等需要进行搜救、巡逻与警戒的时候，我们普遍采用的方式都是派出船只、飞机或者是使用卫星等来进行监测。但是这样的方式不仅成本高昂效率低下，同时在环境极端恶劣的时候往往可能会很难以完成预期的任务。基于此，本文设计了一套能够适用于恶劣环境下海洋巡航监测的机器海鸥，并研制原理样机及其飞行实验系统，对关键的功能和性能指标进行测试。
　　基于对作业任务与环境的分析，确定机器海鸥的功能和性能指标。结合扑翼飞行原理，从仿生学的角度设计了机器海鸥的机械结构。该结构采用目前在扑翼样机研制中比较成熟的一种传动方案，通过对称布置的两套串联连杆机构来实现二维的扑翼运动。该套机构只使用了一个自由度，同时结构上的对称性能够保证双翼在扑动时的动作也是完全对称的。与固定翼及旋翼式飞行器相比，所设计的海鸥机器人在一次扑动过程中能够同时产生飞行时所需要的升力和推力，能量利用率高以及机动性能更好。结合性能参数指标以及实际可以采购到的外购件的情况，设计了整个系统的机械结构并研制了海鸥机器人的原理样机。
　　此外，还开发了一套用于测试海鸥机器人结构设计的合理性、基本的气动性能以及模拟飞行性能等的专门的实验装置。该实验装置的主要工作原理是为海鸥机器人在扑翼飞行时提供一个旋转式的模拟飞行平台，其结构组成主要包括支撑架、转台、跟随机构以及海鸥机器人的固定与安装装置等。
　　利用所开发的原理样机和实验装置，进行了在特定参数条件下的飞行模拟实验。实验结果表明所采用的改进后的扑翼机构具有可行性，能够实现扑翼运动以及产生飞行时所需的升力与推力。
　　基于这些实验数据，明确了未来改进的方向，包括在现有结构基础上进行优化设计，进一步减轻机身重量，改进结构使之能够实现左右翼的差幅扑动，同时还会加入能够精确调节飞行迎角的机构。

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第1章 绪 论

1.1课题背景及研究意义

1.2 国内外在扑翼飞行领域的研究现状与分析

1.3 本文的主要研究内容

第2章 机器海鸥的作业环境与需求分析

2.1 引言

2.2 机器海鸥的作业环境分析

2.3 需求分析

2.4本章小结

第3章 机器海鸥的方案设计与运动学分析

3.1 引言

3.2 机器海鸥的方案设计

3.3 扑动机构的运动学分析

3.4 本章小结

第4章 机器海鸥原理样机的研制

4.1 引言

4.2 样机参数的设计以及器件选型

4.3 加工与装配

4.4 本章小结

第5章 实验系统研制及实验研究

5.1 引言

5.2 实验系统的设计

5.3 第一代样机的实验与结果分析

5.4 改进的样机方案——第二代样机

5.5 第二代样机的实验与结果分析

5.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

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