仿生機(jī)械鶴的機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真【含Creo三維及6張CAD圖帶開題報(bào)告-獨(dú)家】.zip

仿生機(jī)械鶴的機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真【含Creo三維及6張CAD圖帶開題報(bào)告-獨(dú)家】.zip,含Creo三維及6張CAD圖帶開題報(bào)告-獨(dú)家,仿生,機(jī)械,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì),運(yùn)動(dòng),仿真,Creo,三維,CAD,開題,報(bào)告,獨(dú)家 機(jī)械鶴的機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 Mechanical structure design and motion simulation of mechanical crane 摘 要 仿生學(xué)的不斷進(jìn)步發(fā)展和材料技術(shù)不斷突破，我們能夠模仿動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)，向大自然學(xué)習(xí)服務(wù)人類。仿生機(jī)械鳥在礦井救災(zāi)、搶險(xiǎn)救援、有毒環(huán)境和日常生活中有較好的應(yīng)用。近年來(lái)，研究人員在撲翼飛機(jī)的研究和制造方面取得了很大的進(jìn)展。世界上有許多撲翼飛機(jī)，但仿生學(xué)的程度仍然相對(duì)較低。通過(guò)學(xué)習(xí)和研究,我們選擇使用的對(duì)稱搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)翼的運(yùn)動(dòng),機(jī)構(gòu)利用Pro / E的三維建模、運(yùn)動(dòng)仿真分析,基于相關(guān)的原型測(cè)試,驗(yàn)證機(jī)構(gòu)的可行性和合理性。 關(guān)鍵詞：仿生學(xué) 撲翼飛行器 五桿搖桿機(jī)構(gòu) 空氣動(dòng)力學(xué) 仿生機(jī)械鳥 三維建模 ii Abstract With the development of bionics and the development and expansion of material power technology, human beings can better imitate the movement of biology, learn from nature, and serve mankind better.Bionic mechanical birds have better application in mine rescue, rescue, toxic environment and daily life.In recent years, researchers have made great progress in the research and manufacture of flapping wing aircraft.There are many flaps around the world, but the degree of bionics is still relatively low.Through the study and research, we choose to use the symmetry of rocker mechanism to realize the movement of the wings, using Pro/E 3 d modeling, motion simulation analysis, based on relevant prototype test, the feasibility and rationality of authentication institutions. KEY WORDS: Bionics Flapping wing aircraft Five-bar rocker mechanism Aerodynamics Biomimetic mechanical bird 3d modeling 目 錄 摘 要 i Abstract ii 1引 言 2 2仿生撲翼飛行器簡(jiǎn)述 5 2.1仿生撲翼飛行器優(yōu)缺點(diǎn) 5 2.2仿生撲翼飛行器的結(jié)構(gòu)組成 5 3仿生撲翼飛行器的原理和設(shè)計(jì) 6 3.1飛行器的飛行原理 6 3.2機(jī)構(gòu)原理性設(shè)計(jì) 7 3.2.1翅膀撲翼飛行設(shè)計(jì) 7 3.2.2頭尾部搖擺設(shè)計(jì) 8 4仿生撲翼飛行器的參數(shù)選擇 13 4.1動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)選擇和計(jì)算 13 4.1.1下表是幾種撲翼飛行器的飛行頻率 13 4.1.2齒輪的選用 13 4.1.3電機(jī)的選用 14 4.2飛行器機(jī)身尺寸的確定 14 4.3機(jī)翼五桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算 15 4.3.1機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 15 4.3.2實(shí)物模型設(shè)計(jì) 17 4.3.3三維實(shí)體設(shè)計(jì) 17 4.4翼型設(shè)計(jì) 18 4.5蒙皮工藝 19 5提升機(jī)構(gòu)和推動(dòng)機(jī)構(gòu) 20 6三維建模 21 7結(jié) 論 25 8致 謝 26 9參考文獻(xiàn) 27 28 1 引言 機(jī)械鶴的仿真運(yùn)動(dòng)是基于鶴的運(yùn)動(dòng)和飛行器的研究基礎(chǔ)之上進(jìn)行的，主要研究?jī)?nèi)容： (1)機(jī)翼的骨架復(fù)合四桿連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。復(fù)合四桿聯(lián)桿機(jī)構(gòu)的制作是此次的重中之重，通過(guò)此種結(jié)構(gòu)的撲翼飛行器就可以模仿鳥的翅膀的擺動(dòng)。 (2)機(jī)翼彈性機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。這個(gè)機(jī)構(gòu)是為了實(shí)現(xiàn)翅膀外翼的相對(duì)變形，以便能夠產(chǎn)生向前的推進(jìn)力。另外，為了能夠?qū)崿F(xiàn)飛行還需要解決骨架材料的問(wèn)題，鉸接部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這些都需要較輕的質(zhì)量和較強(qiáng)的強(qiáng)度。 仿生學(xué)的不斷進(jìn)步發(fā)展和材料技術(shù)不斷突破，我們能夠模仿動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)，向大自然學(xué)習(xí)服務(wù)人類。像鳥一樣的自由飛翔是人類幾千年來(lái)的夢(mèng)想，最近幾年科學(xué)在撲翼飛行器的制作和研究方面有了很大的進(jìn)展，目前世界上已出現(xiàn)了種類繁多的撲翼飛行器，但是其仿生程度仍然很低。仿生撲翼飛行器是區(qū)別于固定翼飛行器、旋轉(zhuǎn)翼飛行器的另一類飛行器，其飛行原理直接來(lái)自自然界的鳥類的飛行方式。與固定翼和旋轉(zhuǎn)翼相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。由于它的種種優(yōu)點(diǎn)使其具有了很高的使用價(jià)值以及實(shí)用價(jià)值，在無(wú)人偵察方面可以做到高度的隱蔽性，前途更加廣闊?，F(xiàn)階段世界上出現(xiàn)了多種多樣的“節(jié)拍飛機(jī)”，但其模仿程度仍然是較低的。 圖1-1微型撲翼無(wú)人機(jī) 圖1-1是美國(guó)軍方最新研制出的撲翼無(wú)人機(jī)，這種無(wú)人機(jī)體積小，表面采用了防反射材料，類似于隱形戰(zhàn)斗機(jī)的隱蔽原理，隱蔽性強(qiáng)。全身使用了碳纖維材料，保證了重量足夠輕，才能使得遠(yuǎn)距離飛行，在軍事方面有著獨(dú)特的表現(xiàn)。 圖1-2 德國(guó)費(fèi)斯通智能機(jī)器鳥 圖1-2為德國(guó)Festo公司的仿生撲翼鳥飛行器在展覽會(huì)上展出，此次展出在業(yè)界內(nèi)引起了巨大的轟動(dòng)，此種撲翼鳥可以說(shuō)幾乎完全破解了鳥類的飛行動(dòng)作，足可以與真鳥媲美。撲翼鳥采用具有劃時(shí)代的設(shè)計(jì)，全身骨架采用了碳纖維材料，獨(dú)特的算法使得它的自動(dòng)化程度更高，更加的智能化，它的翅膀機(jī)翼在機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下能夠做上下拍動(dòng)，同時(shí)也可以按照一定的角度扭轉(zhuǎn)，這些獨(dú)具一格的設(shè)計(jì)使得這只重量及其輕的機(jī)器鳥具有很高的靈敏度。 2 仿生撲翼飛行器簡(jiǎn)述 2.1仿生撲翼飛行器優(yōu)缺點(diǎn) 機(jī)械鶴撲翼飛行器是一種模仿鳥類飛行動(dòng)作，在仿生學(xué)原理的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)制造的一種比較先進(jìn)的飛行機(jī)器。如果此類類輕巧的飛行制成功，那么與其他固定翼飛行器和旋翼飛行器相比，它便具有了獨(dú)特的亮點(diǎn)：只需要很小的起飛場(chǎng)地或者甚至能夠達(dá)到原地起飛。它具有三合一的功能，即將升高、懸停和推進(jìn)功能集中在了一個(gè)算法系統(tǒng)之中，這樣就可以用很小的能量進(jìn)行長(zhǎng)距離飛行，所以更適合于長(zhǎng)時(shí)間無(wú)能源補(bǔ)充及遠(yuǎn)距離戶外條件下執(zhí)行特殊任務(wù)。 雖然仿生撲翼飛行器具有以上特殊的優(yōu)點(diǎn)，但是目前材料方面的技術(shù)限制了它的發(fā)展，使其無(wú)法負(fù)擔(dān)起高強(qiáng)度的戶外飛行任務(wù)，也沒(méi)有辦法在惡劣險(xiǎn)峻的環(huán)境下正常平穩(wěn)的去工作。 2.2仿生撲翼飛行器的結(jié)構(gòu)組成 仿生撲翼鳥飛行器的研究涉及到許多的學(xué)科知識(shí)，例如，空氣動(dòng)力學(xué) 、仿生學(xué) 、微電子學(xué) 材料科學(xué) 、流體力學(xué)以及微傳感器 、 控制器等領(lǐng)域 ,是一門多學(xué)科交叉在一起的的綜合型研究題目 ,如果能夠?qū)崿F(xiàn)它的研究成功，除了需要克服自身的問(wèn)題 而且還要能夠?qū)ζ渌嚓P(guān)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展起到積極推動(dòng)作用 。到現(xiàn)在仿生撲翼飛行器研究現(xiàn)狀還處于不斷的探索發(fā)現(xiàn)過(guò)程中，需要我們堅(jiān)持不懈的去研究。 另一方面撲翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ,不能過(guò)于對(duì)復(fù)雜機(jī)構(gòu)的投入研究 ,而應(yīng)該把注意力集中在使用多個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)元件結(jié)合在一起以完成復(fù)雜的撲翼動(dòng)作 。這樣的話就會(huì)產(chǎn)生了新的麻煩，用機(jī)械結(jié)構(gòu)去實(shí)現(xiàn)撲翼飛行器的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)模式具有極大的難度 ，但是這也不是唯一的決定性因素,關(guān)鍵在于我們要去不斷的嘗試與探討去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題。 3仿生撲翼飛行器的原理和設(shè)計(jì) 3.1飛行器的飛行原理 飛行原理可以分為三大類：第一類是根據(jù)牛頓第二定律，即作用力與反作用力，包括固定翼、旋轉(zhuǎn)翼、撲翼飛行器等；第二類是阿基米德原理，如各類滑翔傘，熱氣球；第三類是根據(jù)動(dòng)量守恒定理飛行的，如火箭，宇宙飛船等。 由上面的可以了解到飛行器的動(dòng)力來(lái)自于空氣對(duì)飛行器機(jī)翼的反作用力。正如我們所知熱氣球能夠上升的主要原因是因?yàn)榭諝鈱?duì)它豎直向上的浮力大于它本身的重力。如果想要要前進(jìn)必須還得有一個(gè)水平的推力，這樣熱球球才能完成基本的飛行。再比如一般的民航飛機(jī)，一般由兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)提供水平的推力，機(jī)翼在高速氣流的作用下通過(guò)流過(guò)機(jī)翼的上下壓強(qiáng)差產(chǎn)生升力，再如直升飛機(jī)，由引擎提供升力，螺旋槳與水平面的夾角產(chǎn)生的分力作為推力。 由以上可知，撲翼機(jī)必須在同一時(shí)刻獲得空氣對(duì)其在水平和豎直方向上的反作用力，那就是推力和升力，才能完成最基本的飛行動(dòng)作。 3.2機(jī)構(gòu)原理性設(shè)計(jì) 3.2.1 翅膀撲翼飛行設(shè)計(jì) 此次設(shè)計(jì)研究對(duì)比發(fā)現(xiàn)選擇四桿五接頭較好，如圖3-2所示。五桿連桿機(jī)構(gòu)是大多數(shù)機(jī)械鳥飛行器所采取的相似機(jī)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本制作低廉而且制作相對(duì)來(lái)說(shuō)很簡(jiǎn)單。但是這種結(jié)構(gòu)也有一個(gè)致命的缺點(diǎn)就是在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中左右運(yùn)動(dòng)不對(duì)稱，并且會(huì)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)，隨著轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的不斷增加，振動(dòng)頻率也會(huì)增加，這樣會(huì)導(dǎo)致飛行過(guò)程中的搖晃造成機(jī)身不穩(wěn)定。 圖3-2非同步撲撲翼機(jī)構(gòu) 圖3-3雙曲柄搖桿撲翼機(jī)構(gòu) 圖3-3為雙曲柄搖桿撲翼機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)能夠保證左右機(jī)翼同步運(yùn)動(dòng)，因?yàn)榫哂屑捌涞膶?duì)稱性，該機(jī)構(gòu)在撲翼飛行器的設(shè)計(jì)中具有著廣泛的應(yīng)用。 本設(shè)計(jì)將采用該種機(jī)構(gòu)作為機(jī)翼的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 3.2.2 頭尾部搖擺設(shè)計(jì) 頭部搖擺實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu) 為了能夠?qū)崿F(xiàn)模擬鳥類頭部搖擺動(dòng)作的姿態(tài)，采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊搖桿機(jī)構(gòu)。 該機(jī)構(gòu)是由兩個(gè)微型直流舵機(jī)分別控制兩個(gè)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)組成，通過(guò)控制舵機(jī)1的正反轉(zhuǎn)使得6（滑塊）在5（帶槽曲柄）內(nèi)滑動(dòng)，7（接頭）通過(guò)銷連接來(lái)控制頭部的上下運(yùn)動(dòng)即鶴的俯仰頭動(dòng)作，舵機(jī)2左右轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)曲柄做循環(huán)圓弧運(yùn)動(dòng)使得頭部左右運(yùn)動(dòng)，如圖3-4(a)所示。 運(yùn)用Pro/E仿真軟件對(duì)頭部搖擺機(jī)構(gòu)進(jìn)行模擬分析，舵機(jī)帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)曲柄向左轉(zhuǎn)動(dòng)，搖頭支架向上擺動(dòng)；另一舵機(jī)左右運(yùn)動(dòng)使得機(jī)構(gòu)頭部左右搖動(dòng)；其連接處都采用了鉸鏈接，保證了其順滑度；其頭部的位置、速度、加速度等運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析圖如圖3-4(b)所示。經(jīng)過(guò)查閱仿真學(xué)資料得知機(jī)械鶴的頭部左右最大擺動(dòng)角度為120°，上下最大擺動(dòng)角度為20°為最適宜。其中圖3-4（b）（1）為頭部上下的擺動(dòng)位置，速度，以及加速度曲線圖。圖3-4（b）（2）為頭部左右的擺動(dòng)位置，速度，以及加速度曲線圖。我們可以很清晰的看出來(lái)他們的幅度。 7 6 5 4 3 2 1 1-舵機(jī) 2-舵機(jī) 3-曲柄 4-頭部 5-帶槽曲柄 6-滑塊 7-接頭 圖3-4（a） 頭部擺動(dòng)機(jī)構(gòu) （1） (2) 圖3-4(b)頭部運(yùn)動(dòng)分析 由仿真數(shù)據(jù)圖得知，圖3-4（c）中黃色軌跡線為頭部連接俯仰的運(yùn)動(dòng)軌跡。電機(jī)帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)過(guò)20°的弧度，使得頭部鏈接轉(zhuǎn)過(guò)56°的角度。由弧長(zhǎng)公式 得頭部俯仰弧長(zhǎng)L=2πrn/360°=2*π*16*0.15=15mm。 圖3-4（c）頭部運(yùn)動(dòng)分析 （3）尾部變向?qū)崿F(xiàn)機(jī)構(gòu) 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中為了使機(jī)械鳥能夠?qū)崿F(xiàn)像鳥那樣自由自在的飛翔，實(shí)現(xiàn)其基本的上升、下降、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的動(dòng)作。此次將機(jī)械鳥的尾部設(shè)計(jì)成船尾舵的形式，可以改變尾舵的方向來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。采用了曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；在搖桿處設(shè)置兩個(gè)個(gè)微型的舵機(jī)4直接帶動(dòng)曲柄桿3，曲柄桿3又與連桿2相鉸接，帶動(dòng)尾部左右擺動(dòng)。通過(guò)控制舵機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)左右偏擺的功能，達(dá)到了模擬鳥類飛行的轉(zhuǎn)向功能，如圖 3-5（a） 所示。 運(yùn)用 Pro/E 軟件仿真對(duì)尾部變向機(jī)構(gòu)模塊模擬運(yùn)動(dòng)分析如圖圖3-5（b） ，尾部的最大擺動(dòng)角為120°，以防尾部擺動(dòng)過(guò)度，失去飛行穩(wěn)定，可以通過(guò)控制舵機(jī)正反轉(zhuǎn)的角度大小來(lái)避免這一問(wèn)題。 3 2 4 1 1-尾部 2-連桿 3-曲柄 4-舵機(jī) 圖3-5（a） 尾部變向機(jī)構(gòu) 圖3-5（b） 尾部變向機(jī)構(gòu)函數(shù)圖 圖3-5（c）尾部運(yùn)動(dòng)分析 在仿真圖中設(shè)置舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度為120°，連接舵機(jī)的曲柄長(zhǎng)度r=13mm,由弧長(zhǎng)公式： 得曲柄軌跡弧長(zhǎng)L=27mm. 又連桿的旋轉(zhuǎn)原點(diǎn)與尾部的旋轉(zhuǎn)原點(diǎn)是同一點(diǎn)，所以兩者的旋轉(zhuǎn)角度一樣，為46°。 由以上公式得： 尾部擺動(dòng)弧長(zhǎng)L=154.87mm. 4仿生撲翼飛行器的參數(shù)選擇 4.1動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)選擇和計(jì)算 4.1.1下表是幾種撲翼飛行器的飛行頻率 表4-1 各種飛行器的機(jī)翼扇動(dòng)頻率 項(xiàng)目 頻率 鶴 2Hz 德國(guó)智能鳥 1.53Hz 直翼海鷗模型 1.7Hz ASN211撲翼無(wú)人機(jī) 4Hz 仿昆蟲撲翼機(jī) 5Hz 在此參考鶴飛行頻率得出本設(shè)計(jì)中飛行器的設(shè)計(jì)頻率：2Hz。 4.1.2齒輪的選用 材料的選型是其成功的因素之一，齒輪的材料必須是輕質(zhì)材料，而且必須有一定的強(qiáng)度，很好的耐磨性。經(jīng)過(guò)查閱資料顯示塑料齒輪具有金屬齒輪所缺乏的自潤(rùn)滑，重量輕，低噪音等優(yōu)點(diǎn)。 選擇了一對(duì)齒輪作為曲柄圓齒輪，模數(shù)0.8，齒數(shù)Z1=67； 配一個(gè)雙聯(lián)齒輪，連接電機(jī)和曲柄圓，模數(shù)0.8，Z2=80； 電機(jī)齒輪模數(shù)0.8，Z3=20； 圖4-1減速齒輪組結(jié)構(gòu)圖 圖4-2 減速齒輪組三維圖 4.1.3電機(jī)的選用 由表4-1得出選用翅膀的頻率為2Hz,齒柄圓齒輪的轉(zhuǎn)速N=60f=120r\min； 齒柄圓齒輪與雙聯(lián)齒輪間的傳動(dòng)比i1=67\80=0.8375； 雙聯(lián)齒輪與電機(jī)齒輪傳動(dòng)比i3=67\20=3.35； 得出電機(jī)的轉(zhuǎn)速n=120*0.8375*3.35=336.7\min； 這里我們選用標(biāo)準(zhǔn)的500r\min的航模電機(jī)； 其他舵機(jī)就選用一般的航模舵機(jī)，能夠保證其位置的精度。 4.2飛行器機(jī)身尺寸的確定 查找資料表明，合理的軀體比例是成功的原因之一，機(jī)械鶴的軀體與真鶴的軀體尺寸相似，通過(guò)一只成年的鶴的尺寸得出 翼展： 1400mm—1700mm 機(jī)身長(zhǎng)度： 700mm 機(jī)翼寬度： 234m 圖4-2 軀體展開圖 4.3機(jī)翼五桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算 4.3.1機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 此次機(jī)械結(jié)構(gòu)仿真設(shè)計(jì)中的的最大難點(diǎn)之一就是能夠設(shè)計(jì)出跟鳥類折翼的運(yùn)動(dòng)相似的機(jī)械機(jī)構(gòu)，通過(guò)學(xué)習(xí)和查閱資料研究發(fā)現(xiàn)，提出了如下圖所示的由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)復(fù)合而成的五桿機(jī)構(gòu)。在這個(gè)機(jī)構(gòu)中桿2、桿4、桿5和機(jī)架組成的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)主翼的上下擺動(dòng)用來(lái)給主體提供向上的升力。桿2、桿3、桿4組成雙搖桿曲柄機(jī)構(gòu)，這個(gè)機(jī)構(gòu)相對(duì)曲柄四桿機(jī)構(gòu)中的連桿做相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖： 機(jī)架 桿5 桿4 桿3 桿2 桿1 圖4-3(a) 曲柄搖桿復(fù)合雙搖桿機(jī)構(gòu) 圖4-3(b)機(jī)翼五桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖 由圖4-3（b）知，主運(yùn)動(dòng)齒輪帶動(dòng)曲柄做連續(xù)的圓周運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)的通過(guò)桿傳動(dòng)使得主翼?xiàng)U做擺線運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為38°，也即是翅膀機(jī)翼所能達(dá)到的最大幅動(dòng)角度。圖中黃色線為主翼?xiàng)U和副翼?xiàng)U的運(yùn)動(dòng)軌跡線。 由三角函數(shù)關(guān)系式得出: 弧長(zhǎng)L=201.5mm. 4.3.2 實(shí)物模型設(shè)計(jì) 圖4-4 實(shí)物模型設(shè)計(jì)中的機(jī)翼五桿機(jī)構(gòu) 4.3.3 三維實(shí)體設(shè)計(jì) 圖4-5 三維設(shè)計(jì)中的機(jī)翼五桿機(jī)構(gòu) 4.4翼型設(shè)計(jì) 在這次的設(shè)計(jì)中撲翼飛行器機(jī)翼的外形輪廓是撲翼鳥的飛行性能以及飛行穩(wěn)定性的保證，參照仿生學(xué)以及流體力學(xué)機(jī)翼的外形設(shè)計(jì)成了流線型，機(jī)翼上部較為陡峭，底部較為平滑，這樣做的目的為了產(chǎn)生一個(gè)壓強(qiáng)差，使得鳥能夠起飛，另一個(gè)目的是為了能夠使得機(jī)翼附近的空氣能夠有規(guī)律的流動(dòng)不紊亂，保證飛行器的穩(wěn)定性。 圖4-6 主翼翼型 從圖4-6可以看出主翼翼型參考飛機(jī)機(jī)翼翼型設(shè)計(jì)，圖中有兩個(gè)圓孔，大孔起到主固定的作用，小孔是把其他的機(jī)翼連接在一起，防止傾斜變形。下方的開孔是五桿機(jī)構(gòu)中的連桿運(yùn)動(dòng)的地方。其他側(cè)面采用了三角穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，既減輕了重量，又保證了其穩(wěn)定性。 圖4-7 外翼翼型 4.5蒙皮工藝 材料的選擇涉及到仿生撲翼飛行的整個(gè)過(guò)程中，設(shè)計(jì)過(guò)程中的重量、強(qiáng)度、剛度、韌性等要求都與材料密切相關(guān)。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們必須綜合考慮飛行器的結(jié)構(gòu)特性、運(yùn)動(dòng)特性及機(jī)構(gòu)制作的工藝特性要求來(lái)選擇最適合的材料，蒙皮材料必須足夠輕，但是又要有足夠的韌性，抗腐蝕，抗氧化，抗折皺等。為保證整體重量足夠輕，且機(jī)翼有一定強(qiáng)度，整個(gè)骨架的設(shè)計(jì)都采用了碳纖維管。 5提升機(jī)構(gòu)和推動(dòng)機(jī)構(gòu) 提升機(jī)構(gòu) 圖5-1折翼 主翼運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，在循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所遇空氣阻力的不同，產(chǎn)生一個(gè)向上的阻力和，該阻力和就是升力使得飛行器能夠在空中飛行。 推動(dòng)機(jī)構(gòu) 圖5-2外轉(zhuǎn)翼 副翼隨著外翼的一起上下轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，由上圖仿真數(shù)據(jù)圖可知，副翼的端部隨著翼?xiàng)U的上下擺動(dòng)能夠做不規(guī)則的橢圓運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生推力使得飛行器向前飛行。 6三維建模 圖6-1主視圖 從主視圖來(lái)看機(jī)械鳥飛行器的機(jī)翼長(zhǎng)度比較長(zhǎng)，這是為了能夠提供足夠的升力，但同時(shí)也增加了重量，所以如何找準(zhǔn)其中的平衡是很關(guān)鍵的。通過(guò)算法得知，每次翅膀停止扇動(dòng)時(shí) 都會(huì)停留在此時(shí)的位置。目的是為了在下降時(shí)不至于俯沖過(guò)快，直接撞擊在地上，損壞機(jī)體。 圖6-2 俯視圖 從俯視圖來(lái)看，機(jī)翼的寬度長(zhǎng)度不一，到翼尖時(shí)就很窄，原因是主翼起到了升力的作用，所以必須要達(dá)到一定的寬度，外翼起到轉(zhuǎn)向的功能，轉(zhuǎn)的角度不同就會(huì)產(chǎn)生左右不平衡的扭矩，也就能轉(zhuǎn)向了。 圖6-3左視圖 腿部的仿生結(jié)構(gòu)參考了鶴的腿的生理結(jié)構(gòu)，上部向前產(chǎn)生一定的彎曲度，比較沒(méi)有彎曲的來(lái)說(shuō)增加了穩(wěn)定性，飛行時(shí)腿部能夠收起，類似飛機(jī)的起落架一樣。 圖6-4 軸測(cè)圖 圖6-5驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)圖 7　結(jié)論 此次課程設(shè)計(jì)中選擇從機(jī)械結(jié)構(gòu)學(xué)和仿生學(xué)兩個(gè)角度設(shè)計(jì)和模擬了鳥翅膀的運(yùn)動(dòng)。首先參照鳥的外形來(lái)確定機(jī)架的大致外形結(jié)構(gòu)，通過(guò)研究鳥類的翅膀運(yùn)動(dòng)軌跡選擇復(fù)合五桿機(jī)構(gòu)作為機(jī)翼的骨架，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)組合的方式，使得飛行才能夠完成。這種機(jī)構(gòu)最獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)是驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使翅膀的運(yùn)動(dòng)更到位和精準(zhǔn),并且參數(shù)也可隨時(shí)調(diào)制,可以為大型鳥類撲翼機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供參考 8致 謝 最后，大學(xué)四年的生活以這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束。從一開始的課題篩選到最后的圓滿完成，整個(gè)過(guò)程中得到了XXX老師的耐心指導(dǎo)。我從老師身上獲得了很多的理論知識(shí)，她悉心的指導(dǎo)著我一步步完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，每當(dāng)我有新的麻煩她總會(huì)給與我最合適的指導(dǎo)。其中平易近人，寬以待人的風(fēng)格令我格外欽佩。 在經(jīng)過(guò)了將近兩個(gè)月的不懈努力，我終于在最后時(shí)刻完成了論文的文字寫作部分。從最初的論文題目選擇到機(jī)械結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真實(shí)現(xiàn)，再到論文主體部分的完成，其中的任何一步對(duì)我來(lái)講都是一次新的嘗試，機(jī)遇與挑戰(zhàn)。在這期間里，熬了幾個(gè)通宵趕圖，每當(dāng)夜深人靜的時(shí)候我都會(huì)迸發(fā)出許多靈感，白天想不出開的夜晚都能豁然開朗。以前很多不知道的知識(shí)點(diǎn)都在學(xué)習(xí)的過(guò)程中一一解決，如何去做試驗(yàn)，上哪去查找相關(guān)的書籍資料，慢慢的從一開始的毫無(wú)頭緒到最后的作品完成，其中的過(guò)程只有自己能體會(huì)。 　　可能我的論文寫作方面還很有待提高，還有很多不合理的地方需要我去認(rèn)真去修改。這次做論文的經(jīng)歷使我終身受益。任何一件事如果想要成功達(dá)到你所要的結(jié)果,那就是需要我們用一顆真真切切的心去做，論文亦是如此。如果我們沒(méi)有自己的深入的學(xué)習(xí)過(guò)程就一定不會(huì)有去認(rèn)認(rèn)真真研究的想法，就不會(huì)有所突破，我希望這次的畢業(yè)論文經(jīng)歷是對(duì)我大學(xué)四年的最后檢驗(yàn)，也讓我在以后學(xué)習(xí)中激勵(lì)著我繼續(xù)前進(jìn)。 9參考文獻(xiàn) [1] 周凱 , 方宗德 , 曹雪梅 , 張明偉著.單曲柄雙搖桿撲翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì). 西安. 航空動(dòng)力學(xué)報(bào)2008 [2] 崔曉峰，魏瑞軒，周新立，邵苗，黃建華著.仿鳥撲翼飛行器建模分析.西安. 系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào).2009.8 [3] 周驥平，武立新，朱興龍著.仿生撲翼飛行器的研究現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù). 揚(yáng)州. 綜述.2004.6 [4] 繆瑞平著.撲翼飛行器驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì). 沈陽(yáng). 沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào).2007.2 [5] 周驥平,武立新,朱興龍. 仿生撲翼飛行器的研究現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)［J］.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2004(6):12-17. [6] 余聯(lián)慶,趙毅,杜利珍,等. 小型雙足步行機(jī)器人機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］. 中國(guó)水運(yùn)（理論版）,2007,2(7):183-184. [7] 唐為民,劉正平,路英華.Pro/E 機(jī)構(gòu)仿真模塊行走機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)［J］.機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新, 2012,25(4):16-18. [8] 張學(xué)軍,張欣,叢佩超.移動(dòng)式救援機(jī)器人的轉(zhuǎn)鉸空間軌跡跟蹤控 制問(wèn)題研究［J］.制造業(yè)自動(dòng)化,2014,36(7):20-24. [9] 易建軍,張明,徐中耀.汽車齒輪修形的研究[ J].汽車技術(shù),1997(12):29- 30. [10] 孫月海,張策,熊光彤,等.減小齒輪傳動(dòng)誤差波動(dòng)的漸開線直齒輪齒廓修形研究[J].天津大學(xué)學(xué)報(bào),2001,34(2):214- 215. [11] 王炎,馬吉?jiǎng)?劉海平.重載車輛變速箱齒輪齒廓修形技術(shù)研究[J].機(jī)械傳動(dòng),2011,35(11):12- 14. [12] 詹東安,唐樹為.高速齒輪齒部修形技術(shù)研究[ J].機(jī)械設(shè)計(jì),2000,17(8):8- 10. [13] 魏延剛.漸開線直齒圓柱齒輪的邊緣效應(yīng)與齒向修形初探[J].中國(guó)機(jī)械工程,2011,22(12):1413- 1417. [14] 田燕林,賀敬良,牛浩龍.基于MASTA的汽車變速器自主開發(fā)設(shè)計(jì)[J].北京信息科技大學(xué)學(xué)報(bào),2011,26(5):82- 83. [15] 王欽.基于接觸分析的齒輪建模的齒廓修形研究[D].大連:大連理工大學(xué),2009:46- 47. [16] 孫建國(guó),林騰蛟,李潤(rùn)方.漸開線齒輪動(dòng)力接觸有限元分析及修形影響[J].機(jī)械傳動(dòng),2008,32(2):57- 59. [17] 劉嵐,方宗德.微型撲翼飛行器的仿生設(shè)計(jì)與技術(shù)研究[ D].西安:西北工業(yè)大學(xué),1999:21- 24. [18] 劉德明,肖鳳翔,趙福琴.飛行動(dòng)物飛行機(jī)理的探索[J].生物學(xué)雜志,1997,14(2):46- 48. [19] 吳明遠(yuǎn),楊挺.具有急回特性曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的解析綜合[ J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車,2008,(1):68- 69.