基于仿生学的扑翼机设计与仿真
仿生扑翼结构优化设计及动力学仿真分析
仿生扑翼结构优化设计及动力学仿真分析
徐涛;丁长涛
【期刊名称】《机械制造与自动化》
【年(卷),期】2024(53)1
【摘要】针对目前飞行器结构复杂、效率低下及动作单一等问题,设计一种新型仿生扑翼飞行机构,仅通过单驱动装置即可实现机构扑翼的扑动、折叠、扭转等运动。
依据生物尺度率设计扑翼机构的结构尺寸并对机构参数进行优化;通过SolidWorks 构建仿生三维模型并基于ANSYS Workbench对扑翼机构进行有限元分析,得到扑翼齿轮组、曲柄、主翼杆等主要部件的总形变、应力、等效应变及主、副翼动力学运动参数,为仿生样机研制提供理论支持。
【总页数】5页(P128-132)
【作者】徐涛;丁长涛
【作者单位】浙江工业职业技术学院机电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.仿生扑翼机构设计及仿真分析
2.仿生扑翼机构设计及仿真分析
3.两段式仿生扑翼机构设计及仿真分析
4.仿生扑翼飞行器扑翼驱动机构的设计探讨
5.仿生扑翼齿轮
组设计及动力学分析
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两段式仿生扑翼机构设计及仿真分析
ｔｉｏｎ ａｎｇｌｅ ｏｆ ｔｗｏ ｒｏｃｋｅｒｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｆｌａｐｐｉｎｇ⁃ｗｉｎｇ ａｉｒｃｒａｆｔ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ ａｎｄ ＡＤＡＭＳ
ｓｏｆｔｗａｒｅ． Ｔｈｅ ｍｏｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｉｎｔｅｒｎａｌ ａｎｄ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｗｉｎｇｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ａｔｔｉｔｕｄｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｉｒｃｒａｆｔ ｗｅｒｅ ａｎａ⁃
和飞行器整体的位姿变化。 结果表明： 在相同杆长条件下， 曲柄中存在夹角的机构在减少左右摇杆相位差角方面更具优
势； 两段式仿生扑翼机构可实现翅翼慢频率扑动和展向折弯。 仿真结果验证了机构设计的合理性， 为扑翼飞行器后续的研
究提供参考。
关键词： 单曲柄双摇杆机构； 同步性； 相位角差； 两段式仿生扑翼机构
２０２０ 年 １ 月
机床与液压
ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ
第 ４８ 卷 第 ２ 期
Ｊａｎ ２０２０
Ｖｏｌ ４８ ｉｓｓｎ １００１－３８８１ ２０２０ ０２ ０３２
本文引用格式： 李京虎，付国强，武斌．两段式仿生扑翼机构设计及仿真分析［ Ｊ］ ．机床与液压，２０２０，４８（２） ：１４４－１４８．
器， 德国 ＦＥＳＴＯ 公司设计了翅膀能主动折弯的 Ｓｍａｒｔ⁃
ｂｉｒｄ
［５－６］
； 南京航空航天大学昂海松团队研制了主动
双曲柄双摇杆机构、 平面单曲柄双摇杆机构等 ［８－９］ 。
这些机构主要有对称模式和不对称模式两种， 对称模
式下两侧摇杆运动时没有相位角差， 不对称模式下则
基于连杆齿轮机构的仿生扑翼飞行器设计
基于连杆齿轮机构的仿生扑翼飞行器设计仿生扑翼飞行器是一种根据仿生学知识进行设计的飞行器，其体积小、重量轻、运动方式灵活多变、隐蔽性好，在军事领域和民用领域具有广泛的潜在应用。
基于四连杆机构中的曲柄摇杆机构进行扑翼飞行器扑翼机构的设计，并计算其自由度；基于齿轮系机构进行扑翼飞行器传动机构的设计并计算其自由度；然后将扑翼机构与传动机构结合，使得一个电机即可驱动两侧扑翼上下扇动，实现扑翼功能，所设计的仿生扑翼飞行器结构简单、易于实现。
标签：连杆机构；齿轮机构；仿生扑翼doi：10.19311/ki.16723198.2017.01.0951引言早在地球上出现人类之前，各种生物已在大自然中生活了亿万年，他们通过自然选择进化而具有的能力很多都值得人类去学习。
仿生是高科技的代名词，它是运用尖端科学技术产品来模仿生物的各种官能感觉和思维判断功能，更加有效地为人服务。
各国都在不遗余力地加大在仿生学方面的研究。
莱特兄弟于1903年造出世界上第一架飞机后，如今的固定翼飞行器在飞行速度和运载能力上都取得了很大的突破。
然而这种固定翼飞行器在起飞和降落时均需要很长的滑行距离，人们还是希望能设计一种真正像自然界鸟儿那样通过上下挥动翅膀飞行的飞行器，我们称这类飞行器为扑翼飞行器。
扑翼飞行器具有无需跑道可垂直起落，并且可以用很小的能量进行长距离飞行，具有较强的机动性等优点。
扑翼飞行器已经广泛的运用在了民用及国防等各个领域。
2研究概要本研究通过模仿自然界的鸟上下挥动翅膀的动作，进行仿生扑翼飞行器的设计。
仿生扑翼飞行器主要分为仿生扑翼机构和电机传动机构两部分。
仿生扑翼机构基于四连杆机构中的曲柄摇杆机构，电机传动机构基于齿轮机构，最终实现扑翼飞行器在空中飞行的功能。
（1）仿生扑翼飞行器：扑翼飞行是鸟类靠自身体力和特殊生理构造实现的一种较复杂的动力飞行。
扑翼飞行器的结构仿生，是模仿鸟类的形态、结构和控制原理，从而设计制造出的功能更集中、效率更高并具有生物特征的机械。
DIY橡筋动力扑翼机
DIY橡筋动力扑翼机
这款飞机模型是利用仿生原理设计的、模仿鸟飞行时翅膀的运动特点设计的，模拟真实飞行。
室内室外均可开展趣味性游戏。
在制作和调试时，一定要尽量让双翼保持节奏一致。
材料外包装
各种制作零部件及说明书
不同颜色的机翼满足孩子们的不同喜好。
看，多像一只展翅飞翔的大鸟！
仔细看看下面，原来是以橡筋为动力的哦！
将橡筋上足劲后松手，等扑翼机的翅膀上下扑动平稳后放开，扑翼机就能够飞起来啦！
调整机翼的配重和尾翼的上扬角度，就可以调整飞机的飞行状态。
我们是为了拍照需要才在屋里放飞的哦。
如果您也要在屋里放飞，注意不要把橡筋上劲过多，否则你的飞机很容易撞坏哦！
【橡筋动力伞翼机】
空模:E012 发布日期: 2010-5-24 6:37:57 人气:124
伞翼结构，机翼展翅更大，采用较新颖的飞行方式。
最长滞空时间可达1分半。
“飞北”指定器材。
翼展：470mm 机长：410mm
材料外包装
各种制作零部件及说明书
看，完成啦！
哇，飞起来啦！。
扑翼飞行机器人的设计与飞行力测试研究
扑翼飞行机器人的设计与飞行力测试研究近年来，随着科技的不断发展，扑翼飞行机器人作为一种新型的飞行器，受到了越来越多的关注。
与传统的固定翼飞行器相比，扑翼飞行机器人模仿了自然界中鸟类和昆虫的飞行方式，具备更好的机动性和适应性。
本文将重点介绍扑翼飞行机器人的设计原理和飞行力测试研究。
首先，扑翼飞行机器人的设计原理主要受到了生物学的启发。
通过研究鸟类和昆虫的翅膀运动方式，科研人员发现，它们的翅膀在飞行过程中不仅向下挥动，还会向前拉伸和向上翘起。
基于这一发现，扑翼飞行机器人的设计者们开发出了一种能够模拟这种翅膀运动的机械结构，使得机器人能够更加灵活地飞行。
其次，针对扑翼飞行机器人的飞行力测试，科研人员们也进行了大量的研究。
他们首先通过数值仿真的方法，模拟了机器人在不同飞行速度下的气动特性。
然后，利用风洞实验对仿真结果进行了验证。
这些实验结果表明，扑翼飞行机器人的翅膀运动能够产生足够的升力和推力，使得机器人能够稳定地飞行。
此外，科研人员们还对扑翼飞行机器人的控制系统进行了研究。
他们发现，通过调节翅膀的挥动频率、挥动角度和挥动幅度等参数，可以实现机器人的姿态调整和飞行轨迹控制。
这些控制参数的优化研究，为扑翼飞行机器人的飞行性能提供了重要的理论基础。
总之，扑翼飞行机器人的设计与飞行力测试研究在科学界取得了不少进展。
通过仿生学原理的应用，科研人员们设计出了能够模仿鸟类和昆虫飞行方式的机械结构。
通过数值仿真和风洞实验，他们验证了扑翼飞行机器人的飞行能力。
此外，控制系统的研究也为机器人的飞行性能提供了可靠的支持。
相信在未来的日子里，扑翼飞行机器人将会迎来更加广阔的发展前景，为人类带来更多的惊喜和便利。
扑翼机结构设计及运动仿真
扑翼机结构设计及运动仿真作者：马程熊晓松吴昊王世文来源：《中国教育技术装备》2020年第14期摘要撲翼飞行器可以通过对鸟类或昆虫飞行动作的模仿实现飞行。
设计从生物学的视角出发，对鸟类在飞行过程中翅膀的动作进行分解总结。
阐述仿生扑翼飞行器所需要实现的基础要求，设计出一种合理可靠的二段折翼式仿生扑翼飞行器驱动机构。
使用Pro/E对设计出的驱动机构进行三维实体建模，通过运动仿真功能对驱动机构进行验证。
结果表明，设计的驱动机构符合设计要求，具有可行性。
设计为仿生扑翼飞行器的设计研制以及实体样机制造提供了理论依据。
关键词仿生扑翼飞行器;驱动机构;建模;仿真;Pro/E中图分类号：G642.0 文献标识码：B文章编号：1671-489X（2020）14-0027-03Structure Design and Motion Simulation Analysis of Bionic Flapping-wing Aircraft//MA Cheng， XIONG Xiaosong， WU Hao， WANG ShiwenAbstract Bionic flapping-wing aircraft is a flying tool that can beimitating the flight movements of flying organisms such as birds orinsects. From the perspective of biology， the structural characteristicsof bird wings were analyzed in detail， and the movement of wingsduring flight was decomposed and summarized. Based on several basic requirements for it， a reasonable and reliable driving mecha-nism of two-stage folding-wing bionic flapping-wing aircraft was designed. By using the 3D design software Pro/E， the 3D solid modelof the designed drive mechanism was built and feasible. It has been provided some theoretical basis for the design and manufacture of mechanism.Key words desks bionic flapping-wing aircraft; driving mechanism; modeling; simulation; Pro/E 1 前言仿生扑翼飞行器的研究一直是飞行器领域的热点，各种样式的仿生扑翼飞行器能够模仿自然界中各种鸟类或昆虫在空中飞行的动作，完成人们设置好的各种任务。
《小型扑翼飞行器的结构设计及仿真分析》
《小型扑翼飞行器的结构设计及仿真分析》一、引言随着科技的不断发展，扑翼飞行器因其高效、灵活的飞行特点，在军事侦察、环境监测、生物仿生学等领域中受到了广泛的关注。
本文旨在探讨小型扑翼飞行器的结构设计及其仿真分析，为扑翼飞行器的设计与研发提供理论依据。
二、小型扑翼飞行器的结构设计（一）基本框架设计小型扑翼飞行器的结构主要由以下几个部分组成：框架、动力系统、驱动系统、飞行控制系统和扑翼机构。
其中，框架是整个飞行器的基础，负责支撑和固定其他部件。
（二）扑翼机构设计扑翼机构是扑翼飞行器的核心部分，其设计直接影响到飞行器的飞行性能。
扑翼机构主要包括翼片、连杆、驱动装置等。
翼片的设计要考虑到空气动力学特性，以提高飞行器的升力和稳定性。
连杆和驱动装置的设计要保证翼片的运动轨迹和速度，以实现高效的能量转换。
（三）动力系统与驱动系统设计动力系统通常采用电动或燃油发动机，为飞行器提供动力。
驱动系统则负责控制扑翼机构的运动，通常采用舵机或电机等。
在设计中，要考虑到动力系统的功率、重量、体积等因素，以及驱动系统的控制精度和可靠性。
（四）飞行控制系统设计飞行控制系统是扑翼飞行器的重要组成部分，负责控制飞行器的姿态和轨迹。
通常采用微处理器和传感器等设备实现控制。
在设计中，要考虑到控制系统的稳定性、响应速度和抗干扰能力等因素。
三、仿真分析（一）仿真模型的建立利用计算机仿真软件，建立小型扑翼飞行器的三维模型。
模型要尽可能地反映真实情况，包括各部件的尺寸、重量、材料等参数。
（二）仿真实验过程在仿真软件中，对模型进行动力学分析和运动学分析。
通过改变模型的参数，如翼片形状、连杆长度、驱动速度等，观察飞行器的飞行性能变化。
同时，还可以通过仿真实验分析飞行控制系统的控制效果和稳定性。
（三）仿真结果分析根据仿真实验的结果，分析各参数对飞行器性能的影响。
通过对比不同设计方案的仿真结果，选择最优的设计方案。
同时，还要对飞行控制系统的控制效果和稳定性进行分析，以提高飞行器的整体性能。
仿生扑翼机器人的机械系统设计研究
仿生扑翼机器人的机械系统设计研究近年来，仿生机器人技术迅猛发展，其潜在的应用领域不断扩大。
其中，仿生扑翼机器人作为一种模拟昆虫翅膀运动的机器人，具有较高的机动性和适应性，在无人侦查、救援和农业等领域有着广阔的前景。
本文将着重研究仿生扑翼机器人的机械系统设计。
首先，机械系统设计是仿生扑翼机器人实现扑翼运动的关键。
为了模拟昆虫翅膀的运动特点，机械系统应具备轻量化、高刚度和高可靠性的特点。
一种常见的设计方法是采用柔性材料制作翅膀，如碳纤维复合材料，以实现翅膀的轻量化和高刚度。
同时，采用特殊的结构设计，如曲线状的翅膀弯曲轴，可以使机械系统具备较好的可靠性和机动性。
其次，机械系统设计还需考虑扑翼机构与驱动系统的协同工作。
在仿生扑翼机器人中，扑翼机构通常采用类似昆虫的并联结构，通过多个关节和连杆实现翅膀的运动。
为了实现高效的扑翼运动，机械系统设计需要考虑关节的精确控制和连杆的合理长度。
同时，驱动系统需要提供足够的力和速度，以实现扑翼机构的正常工作。
电机、液压或气动系统都可以作为驱动系统的选择，不同的驱动方式会对机械系统的设计提出不同的要求。
最后，机械系统设计还需考虑机器人的稳定性和控制性能。
由于仿生扑翼机器人在空气中运动，存在空气动力学效应的影响，机械系统设计需要考虑机器人的稳定性。
通过调整翅膀的形状和尺寸，以及控制翅膀的运动轨迹，可以提高机器人的稳定性。
此外，机械系统设计还需要与控制系统紧密结合，通过传感器和反馈控制实现对机器人的精确控制。
综上所述，仿生扑翼机器人的机械系统设计是实现扑翼运动的关键。
通过采用轻量化、高刚度和高可靠性的材料，设计合理的扑翼机构和驱动系统，以及考虑机器人的稳定性和控制性能，可以实现高效、稳定的扑翼运动。
随着技术的不断发展，仿生扑翼机器人的机械系统设计将进一步提升，为各个领域的应用带来更多可能性。
“飞鹰”橡筋动力模型扑翼机是一架仿生物原理,模拟真实飞行模型飞机,它讲解
橡筋模型扑翼机人类早就向往着天空，观察着鸟类的飞行，试着仿照鸟一样装上翅膀飞起来，屡遭失败后，终于在近一百多年前先后发明了滑翔机和飞机，才实现了人类飞行的梦想。
现在给同学们介绍一架按照仿生学原理设计、模拟鸟类真实飞行图6-1a 飞行中的飞鹰号橡筋模型扑翼机的橡筋模型扑翼机，它以橡筋作原动力扑动双翼产生升力和推力使模型上升，动力结束后模型滑翔下降平稳落地，飞起来栩栩如生非常有趣。
由于要实现扑翼的动作，构造就比较复杂，为了节省制作时间，选用“飞鹰号”橡筋模型扑翼机（套材）作为范例，来学习扑翼机的原理、构造和组装、放飞的方法。
“飞鹰号”橡筋模型扑翼机有像鸟一样的轻巧结构、漂亮的双翼和鸟一样的尾巴（图6-1）。
调整好的模型大约可飞到20米高，能飞行30秒钟左右。
一般用2－3课时可以安装调试好。
知识天窗仿生学在我们人类的技术世界中模拟自然中的东西并不是一个新鲜的思想，自从传说中的Ikarus(艾卡鲁斯)带着用鸟的羽毛做成的翅膀飞向空中，而最后因为太阳的热度掉到地上起，人类一直就沉迷于此。
植物和动物在几百万年的自然进化当中不仅完全适应自然而且其程度接近完美。
仿生学试图在技术方面模仿动物和植物在自然中（一）装配模型1. 材料与工具“飞鹰号”橡筋模型扑翼机套材一套，美工刀或小剪刀，尖嘴钳。
2.装配步骤1）将机头套入机身木杆一端，尾钩套入另一端2）将塑料分叉接头相邻两个为一组剪开备用3）按图示将机身头部三角构架装配在一起5）按图示将机身纵梁（左右对称各一个）装配好6）将机身头部、中部三角构架和左、右机身纵梁装配连接成机身整体构架4）按图示将机身中部三角构架装配在一起7）将2根200mm竹条分别插入连接件孔中（二）放飞与调整1．飞行场地应选择操场、空地在无风或小风天气进行试飞，最佳放飞风速：0－2米/秒。
8）将2根150mm 竹条分别插入尾翼连接孔中 9）将图6）、7）、8）部件及两根铝合金连杆组装成一体，再用塑料堵头堵住钢丝头 11）将塑料蒙皮平整地粘贴在尾翼上面12）将塑料蒙皮平整地粘贴在机身上部10）将机翼、尾翼和机身上部贴上双面胶带 13）将塑料蒙皮平整地粘贴在左右机翼上2. 绕橡筋将橡筋清洗打结加少量润滑剂（洗发液）环绕5圈套在机身前后2个钩子上。
基于ESO的仿蝙蝠扑翼飞行器姿态控制仿真
基于ESO的仿蝙蝠扑翼飞行器姿态控制仿真在科技的天空中，仿生学如同一只展翅高飞的雄鹰，其锐利的目光始终紧盯着自然界中那些精妙绝伦的设计。
今天，我们将目光投向夜空中舞动的蝙蝠，探索它们飞行的秘密，并将其应用于扑翼飞行器的姿态控制之中。
蝙蝠，这种生活在黑暗中的生物，以其精准的回声定位和灵巧的飞行技巧闻名于世。
它们在夜空中翩翩起舞，仿佛是大自然赋予的优雅舞者。
而当我们尝试模仿这种生物的飞行方式时，我们就像是在编织一张复杂的网络，试图捕捉那些难以捉摸的飞行原理。
在这个网络的中心，是我们今天的主角——基于扩张状态观测器（ESO）的仿蝙蝠扑翼飞行器姿态控制系统。
ESO，这个听起来有些生涩的概念，实际上是一个高度复杂且功能强大的工具。
它就像是一台精密的雷达，能够探测并预测飞行器的姿态变化，从而进行精确的控制。
在模拟蝙蝠飞行的过程中，我们首先需要构建一个虚拟的蝙蝠模型。
这个模型不仅要具备蝙蝠的外形特征，还要能够模拟其翅膀的扇动和身体的扭转。
这就像是在数字世界中创造一个新的生命形式，需要我们对蝙蝠的生理结构有深入的了解。
接下来，我们要将ESO嵌入到这个模型中。
这个过程就像是给这台精密的机器安装上一颗智能的心脏。
ESO将负责监测飞行器的姿态，并根据这些数据来调整翅膀的扇动频率和力度。
这样，无论遇到怎样的气流变化，飞行器都能够保持稳定的飞行姿态。
然而，这个过程并非一帆风顺。
在模拟过程中，我们发现飞行器在某些极端情况下会出现失控的现象。
这就像是在狂风暴雨中驾驶一艘船，稍有不慎就会偏离航向。
为了解决这个问题，我们不得不对ESO进行调整和优化。
这个过程充满了挑战和不确定性，但也让我们更加深入地理解了蝙蝠飞行的奥秘。
最终，经过无数次的试验和改进，我们成功地实现了基于ESO的仿蝙蝠扑翼飞行器姿态控制仿真。
当看到那个虚拟的蝙蝠在数字天空中自由翱翔时，我们仿佛看到了未来飞行器的无限可能。
总结来说，基于ESO的仿蝙蝠扑翼飞行器姿态控制仿真是一项充满挑战和创新的工作。
微型仿鸟扑翼飞机设计与仿真系统开发
第２ 卷 第５ ４ 期
文 章 编 号 ：０６— ３ ８ ２ ０ ０ ０ ３ ０ １０ ９４ （０７）５－ ０ ０— ４
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ห้องสมุดไป่ตู้
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２７ 月 ０ 年５ ０
微 型仿 鸟扑 翼 飞机 设 计 与仿 真 系统 开发
张 明伟 ， 宗德 ， 凯 方 周
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《两段式仿生扑翼飞行器的结构设计及气动特性仿真》
《两段式仿生扑翼飞行器的结构设计及气动特性仿真》一、引言随着科技的不断进步，仿生学在航空领域的应用日益广泛。
其中，仿生扑翼飞行器因其高机动性、高仿生性及良好的环境适应性，成为了当前研究的热点。
本文将重点探讨两段式仿生扑翼飞行器的结构设计及气动特性仿真。
二、两段式仿生扑翼飞行器的结构设计1. 整体结构两段式仿生扑翼飞行器主要包含动力系统、控制系统和扑翼系统三个部分。
其中，扑翼系统采用两段式设计，分为上、下两个部分。
整体结构仿照鸟类飞行时的翅膀运动，具有较高的灵活性和适应性。
2. 扑翼系统设计扑翼系统是仿生扑翼飞行器的核心部分，其设计直接影响到飞行器的性能。
两段式扑翼系统由上翼段和下翼段组成，通过驱动机构实现上下扑动。
上翼段主要负责产生升力，下翼段则起到调节气流、增强飞行稳定性的作用。
3. 动力系统设计动力系统为仿生扑翼飞行器提供动力，主要包括电机、电池和传动机构等部分。
为了保证飞行器的轻量化和高效性，我们选用高性能的电机和电池，通过传动机构将动力传递到扑翼系统，实现飞行器的飞行。
4. 控制系统设计控制系统是仿生扑翼飞行器的大脑，负责飞行器的导航、控制和姿态调整。
我们采用先进的飞行控制算法和传感器技术，实现对飞行器的精确控制，使其能够按照预设的轨迹进行飞行。
三、气动特性仿真为了更好地了解两段式仿生扑翼飞行器的气动特性，我们采用计算流体动力学（CFD）技术进行仿真分析。
通过建立三维模型，模拟飞行器在不同速度、不同攻角下的气流分布和压力分布，从而得到飞行器的气动性能参数。
仿真结果表明，两段式仿生扑翼飞行器在扑动过程中，上下翼段的协同作用能够产生较大的升力，同时减小阻力。
此外，通过调整扑动频率和幅度，可以实现对升力和阻力的有效控制，从而提高飞行器的飞行性能。
四、结论本文对两段式仿生扑翼飞行器的结构设计及气动特性仿真进行了探讨。
通过采用两段式扑翼系统、高性能的动力系统和先进的控制系统设计，实现了仿生扑翼飞行器的轻量化、高效化和智能化。
《可折叠仿生扑翼飞行器的设计》
《可折叠仿生扑翼飞行器的设计》一、引言随着科技的飞速发展，飞行器已经从传统的固定翼和旋翼型态，逐渐拓展到仿生扑翼飞行器领域。
可折叠仿生扑翼飞行器作为一种新型的飞行器设计，其独特的仿生设计和折叠结构，不仅在军事侦察、环境监测等领域有广泛应用，同时也为人们的日常生活带来便利。
本文将详细阐述可折叠仿生扑翼飞行器的设计理念、结构特点以及其在实际应用中的优势。
二、设计理念可折叠仿生扑翼飞行器的设计理念主要基于仿生学和机械学原理。
设计过程中，我们参考了鸟类的飞行原理和翅膀结构，力求在机械结构、材料选择以及控制策略等方面实现突破。
同时，为了满足实际应用的需求，我们注重飞行器的便携性、稳定性和续航能力。
三、结构设计1. 翅膀设计：可折叠仿生扑翼飞行器的翅膀采用仿生结构设计，模仿鸟类的翅膀形态和运动方式。
翅膀由多段折叠式翼骨构成，每段翼骨之间通过关节连接，使得翅膀在飞行过程中能够灵活地展开和折叠。
这种设计不仅提高了飞行器的便携性，还使得其在空中飞行时能够更加灵活地调整姿态。
2. 机体设计：机体采用轻质材料制成，以降低整体重量。
同时，机体内部设有电池、电机、控制系统等关键部件，以保证飞行器的稳定性和续航能力。
3. 折叠机构：为了方便携带和存储，可折叠仿生扑翼飞行器采用了特殊的折叠机构。
这种机构使得飞行器在不需要使用时可快速折叠成较小的体积，便于携带和存储。
四、功能特点1. 仿生设计：可折叠仿生扑翼飞行器采用仿生设计，使得其在空中飞行时能够模仿鸟类的飞行方式和姿态，具有更高的灵活性和稳定性。
2. 折叠结构：独特的折叠结构设计使得飞行器在不需要使用时可快速折叠成较小的体积，方便携带和存储。
3. 高度集成：机体内部设有电池、电机、控制系统等关键部件，高度集成的设计使得飞行器具有更好的稳定性和续航能力。
4. 智能化控制：通过先进的控制系统和算法，实现对飞行器的精确控制和智能管理。
五、应用领域及优势可折叠仿生扑翼飞行器在军事侦察、环境监测、农业植保等领域具有广泛的应用前景。
“飞鹰”橡筋动力模型扑翼机是一架仿生物原理,模拟真实飞行模型飞机,它讲解
橡筋模型扑翼机人类早就向往着天空，观察着鸟类的飞行，试着仿照鸟一样装上翅膀飞起来，屡遭失败后，终于在近一百多年前先后发明了滑翔机和飞机，才实现了人类飞行的梦想。
现在给同学们介绍一架按照仿生学原理设计、模拟鸟类真实飞行图6-1a 飞行中的飞鹰号橡筋模型扑翼机的橡筋模型扑翼机，它以橡筋作原动力扑动双翼产生升力和推力使模型上升，动力结束后模型滑翔下降平稳落地，飞起来栩栩如生非常有趣。
由于要实现扑翼的动作，构造就比较复杂，为了节省制作时间，选用“飞鹰号”橡筋模型扑翼机（套材）作为范例，来学习扑翼机的原理、构造和组装、放飞的方法。
“飞鹰号”橡筋模型扑翼机有像鸟一样的轻巧结构、漂亮的双翼和鸟一样的尾巴（图6-1）。
调整好的模型大约可飞到20米高，能飞行30秒钟左右。
一般用2－3课时可以安装调试好。
知识天窗仿生学在我们人类的技术世界中模拟自然中的东西并不是一个新鲜的思想，自从传说中的Ikarus(艾卡鲁斯)带着用鸟的羽毛做成的翅膀飞向空中，而最后因为太阳的热度掉到地上起，人类一直就沉迷于此。
植物和动物在几百万年的自然进化当中不仅完全适应自然而且其程度接近完美。
仿生学试图在技术方面模仿动物和植物在自然中（一）装配模型1. 材料与工具“飞鹰号”橡筋模型扑翼机套材一套，美工刀或小剪刀，尖嘴钳。
2.装配步骤1）将机头套入机身木杆一端，尾钩套入另一端2）将塑料分叉接头相邻两个为一组剪开备用3）按图示将机身头部三角构架装配在一起5）按图示将机身纵梁（左右对称各一个）装配好6）将机身头部、中部三角构架和左、右机身纵梁装配连接成机身整体构架4）按图示将机身中部三角构架装配在一起7）将2根200mm竹条分别插入连接件孔中（二）放飞与调整1．飞行场地应选择操场、空地在无风或小风天气进行试飞，最佳放飞风速：0－2米/秒。
8）将2根150mm 竹条分别插入尾翼连接孔中 9）将图6）、7）、8）部件及两根铝合金连杆组装成一体，再用塑料堵头堵住钢丝头 11）将塑料蒙皮平整地粘贴在尾翼上面12）将塑料蒙皮平整地粘贴在机身上部10）将机翼、尾翼和机身上部贴上双面胶带 13）将塑料蒙皮平整地粘贴在左右机翼上2. 绕橡筋将橡筋清洗打结加少量润滑剂（洗发液）环绕5圈套在机身前后2个钩子上。
仿生扑翼飞行器设计与制作论文
仿生扑翼飞行器设计与制作摘要：随着仿生学的发展和材料动力技术的不断进步，人类能更好的模仿生物的运动，向大自然学习，服务人类。
像鸟一样的飞行是人类几千年的梦想，近几年科研人员在扑翼飞行器的研究和制造方面有了很大的发展，目前世界上已经出现了许多扑翼飞行器，但其仿生程度任然较低。
通过学习和研究我们选用了对称的五杆机构来实现飞行器的机翼的动作，并按照飞行原理设计了飞行器的升力机构和推力机构，最后做出了实物，进行了飞行试验。
关键词：仿生;扑翼飞行器;五杆机构;空气动力学;飞行试验Designing and producting of the flapping wingflight vehicle in bionicsABSTRACT: Along with the development of bionics and material power technology advances, mankind can better imitate biological movement, learning to nature and servicing human. Flying Like a bird is the dream of human for several thousand years, In recent years researchers Made great progress in the flapping wing flight vehicle research and manufacturing. There are already some kind of the flapping wing flight vehicles in the word recently, but the bionic degree lower still. With the studying and researching we choose the symmetrical five-bar mechanism to realize the action of the wing of the aircraft, According to the principle of fly. I design the lift institutions and thrust institutions. Finally I made the craft, and test it.KEY WORDS:Bionic; The flapping wing flight vehicle; Five-bar mechanism; Aerodynamics; Flight test目录1前言 (2)1.1本次毕业设计课题的目的、意义 (2)1.2仿生扑翼飞行器简介 (2)2.1仿生扑翼飞行器优缺点 (4)2.2仿生扑翼飞行器的结构组成 (4)3仿生扑翼飞行器的原理和设计 (5)3.1飞行器的飞行原理 (5)3.2对鸟类飞行的分析 (5)3.3机构原理性设计 (6)4仿生扑翼飞行器的参数选择 (8)4.1动力系统的参数选择和计算 (8)4.1.1通过对几种飞行器的机翼扇动频率的统计得出下表 (8)4.1.2齿轮的选用 (8)4.1.3电机的选用 (8)4.2飞行器机身尺寸的确定 (9)4.2机翼五杆机构的设计和计算 (9)4.2.1机构简图 (9)4.2.2实体设计 (9)4.4蒙皮工艺 (11)5提升机构和推动机构的设计 (13)6三维建模 (14)7结论 (17)参考文献 (19)致谢 (20)外文翻译 (21)附件 ................................................. 错误!未定义书签。
基于仿生学的扑翼机设计与仿真
基于仿生学的扑翼机设计与仿真一、引言扑翼飞行器作为一种有机动能力的机器人，正在逐渐发展成为未来航空领域的重要组成部分。
而借鉴自然界的仿生学原理，是设计和优化扑翼飞行器的重要方法之一、本文旨在基于仿生学原理，设计并进行仿真分析扑翼机的运动特性和气动性能。
二、仿生学原理1.鸟类翅膀结构：鸟类翅膀的设计使得它们能够在空气中产生升力。
研究发现，鸟类翅膀呈现不对称的形状，上下表面的弯度不同。
这种不对称形状可以产生升力，并且还能减小气动阻力。
2.鸟类振翅模式：鸟类扑动翅膀的频率和振幅对飞行稳定性和效率至关重要。
实验观察发现，鸟类在起飞和飞行过程中，翅膀往往呈现上下振动和回旋运动的特点。
这种振翅模式可以减小气动阻力，并提高机体的机动能力。
在扑翼机的设计过程中，我采用了三维设计软件，模拟仿真扑翼机的运动特性和气动性能，并对设计参数进行优化。
1.扑翼机的翅膀结构2.扑翼机的振翅模式利用软件模拟了扑翼机在水平飞行和上升飞行过程中的振动频率和振幅。
通过改变振翅模式的参数，如频率和振幅，优化了扑翼机的飞行性能。
3.扑翼机的运动特性通过仿真分析，研究了扑翼机的俯仰、滚转和偏航运动特性。
通过改变机体的设计参数，如重心位置和机翼的位置，优化了扑翼机的运动性能和稳定性。
四、仿真结果与分析通过仿真分析，得出了扑翼机在不同飞行状态下的运动特性和气动性能。
结果表明，优化后的扑翼机具有较高的飞行效率和稳定性。
1.升力和阻力分析通过模拟扑翼机在不同速度下的飞行，得出了升力和阻力的变化曲线。
结果表明，在适当的速度范围内，扑翼机可以产生足够的升力，实现平稳的飞行。
2.振翅模式分析通过模拟扑翼机的振翅模式，得出了振翅频率和振幅对飞行稳定性和效率的影响。
结果表明，在一定的振翅频率和振幅范围内，扑翼机可以实现较高的机动能力和飞行效率。
3.运动特性分析通过模拟扑翼机的运动特性，得出了俯仰、滚转和偏航运动的变化曲线。
结果表明，优化后的扑翼机具有较高的运动稳定性和操控性能。
《扑翼结构的仿生飞行器研究》
《扑翼结构的仿生飞行器研究》扑翼结构仿生飞行器研究一、引言随着科技的不断发展，仿生飞行器的研究逐渐成为了一个热门领域。
其中，扑翼结构的仿生飞行器因其与真实生物飞行原理的相似性，具有更高的机动性和适应性，成为了研究的重点。
本文旨在探讨扑翼结构的仿生飞行器的研究现状、技术难点及未来发展方向。
二、扑翼结构仿生飞行器的概述扑翼结构仿生飞行器是一种模仿鸟类、昆虫等生物飞行原理的飞行器。
其飞行原理主要依赖于机翼的扑动，通过改变机翼的形状和角度，实现飞行过程中的升力、推力和侧向力的控制。
相较于传统的固定翼和旋翼飞行器，扑翼结构仿生飞行器具有更高的机动性、适应性和隐蔽性。
三、研究现状目前，国内外众多科研机构和高校都在进行扑翼结构仿生飞行器的研究。
在机构设计方面，研究者们通过模仿鸟类的翅膀结构，设计出了多种扑翼机构，如弹性扑翼机构、刚性扑翼机构等。
在控制方面，研究者们利用先进的控制算法和传感器技术，实现了对飞行器的精确控制。
此外，研究者们还在材料、能源等方面进行了大量研究，以提高飞行器的性能和寿命。
四、技术难点尽管扑翼结构仿生飞行器的研究已经取得了一定的成果，但仍存在一些技术难点。
首先，扑翼机构的设计需要精确地模仿生物的翅膀结构，以实现高效的能量转换和飞行控制。
其次，由于扑翼机构的复杂性，其制造和维护成本较高。
此外，由于飞行环境的复杂性和不确定性，如何实现稳定的飞行控制也是一个技术难题。
最后，如何提高飞行器的续航能力和载重能力也是当前研究的重点。
五、未来发展方向未来，扑翼结构仿生飞行器的研究将朝着以下几个方向发展：一是提高飞行器的性能和稳定性，以满足更复杂的任务需求；二是降低制造和维护成本，以实现更广泛的应用；三是研究新型材料和能源技术，以提高飞行器的续航能力和载重能力；四是加强与其他领域的交叉研究，如与人工智能、机器人技术等相结合，实现更高级别的自主控制和智能化。
六、结论总之，扑翼结构仿生飞行器的研究具有重要的学术价值和实际应用前景。
基于四杆机构对仿生蜻蜓扑翼飞行器的设计优化与仿真
基于四杆机构对仿生蜻蜓扑翼飞行器的设计优化与仿真摘要：本文基于四连杆机构提出了一种齿轮连杆运动机构设计方案，用于模仿蜻蜓翅翼的运动，并研究了扑翼机构各参数变化对机构运动轨迹的影响，归纳总结出一些规律，从而为选择出合适的机构参数提供了依据。
采用基于优化的机构设计方法对仿生微扑翼机构进行优化设计，确定出各杆件参数和运动参数。
然后利用catia 来对扑翼机构进行运动仿真分析，模拟机构的运动过程，仿真结果与设计要求基本吻合，验证了机构的可行性。
关键词：仿生蜻蜓扑翼飞行器数学模型仿真分析中图分类号：th122 文献标识码：a 文章编号：1672-3791（2012）09（c）-0059-04自古以来人们就梦想着在天空自由翱翔，对鸟的生理结构和飞行原理等方面所做的研究和获得的灵感，使人类乘着飞机上了天。
昆虫与鸟相比，具有更大的机动灵活性。
对昆虫生理结构和飞行机理的研究，将仿制出具有更大飞行灵活性和自由度的新型飞行器。
最近几年，在昆虫空气动力学和电子机械技术快速发展的基础上，各国纷纷开始研究拍翅飞行的仿昆飞行机器人，使得仿生昆虫飞行机器人成为机器人研究最为活跃的前沿领域。
仿生扑翼飞行器是一种模仿鸟类或昆虫飞行，基于仿生学原理设计制造出来的新型飞行器。
该类飞行器与固定翼和旋翼飞行器相比，它具有独特的优点，如：原地或小场地起飞；较强的机动性能，尺寸小，便于携带，飞行灵活，隐蔽性好等。
因此，在国民经济各领域尤其是国防领域有着十分重要而广泛的应用。
本文根据蜻蜓飞行时的运动特性设计出一种由齿轮连杆机构组成的微型扑翼驱动机构，对机构进行了数学建模设计优化，并基于catia进行了仿真分析。
1 基于四杆机构对仿生蜻蜓扑翼飞行器的动力设计仿生学研究表明，动物飞行能力和技巧的多样性多半源于它们的翅膀的多样性和微妙复杂的翅膀运动模式。
扑翼飞行器是借助机翼的上下扑动来产生升力和推力，这需要设计出高效可靠的扑翼驱动机构本设计采用了对称齿轮杆机构来实现机翼的上下往复运动。
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基于仿生学的扑翼机设计与仿真
苏扬、邵冠豪、史佳针、李根、李凯兴
（中国民航大学航空工程学院，天津，300300）
摘要:仿生扑翼飞行器是一种模仿昆虫或鸟类扑翼飞行的新型飞行器。
由于具有重量轻、体积小、隐身性、可操作性好和成本低等特点,在国防和民用领域均有十分广泛的应用前景。
本文主要介绍了基于仿生学研制的某小型扑翼无人飞行器，并对其设计思想和制作工艺进行详细阐述与说明。
关键词: 仿生学扑翼机无人侦察制作工艺
0 前言
论文详细介绍了一款基于仿生学研制的小型扑翼无人飞行器。
该扑翼飞行器可以作为无人侦察机使用，整机重20g，采用四翅扑翼机构，翼展为280mm，整机全长仅190mm。
该机采用轻木为材料来制作机身，KT板来制作尾翼。
不但价格低廉，加工方便，而且还能很大程度上保持较轻的重量和足够的强度。
扑翼传动机构采用3D打印技术进行制作，材料为PLA塑料。
整机外形尺寸是以家燕为仿生对象来进行设计的，整机的外形尺寸参数如表1所示。
表 1 扑翼无人飞行器试验机结构参数（单位mm）
名称机身长度机身宽度机身最高处翼展机翼弦长机翼厚度垂尾高度
参数190 40 35 280 85 0.015 55
1 扑翼飞行器的设计与建模
扑翼机构采用四翅机构是由于四翅机构可以利用Wei-Fogh效应而产生较高的升力[2]，这会对之后添加工作负载产生很大的帮助。
机身结构外形尺寸参数是根据尺度效应[3]来确定的，在最大限度地减重和模仿家燕的同时，还留有一定的可调裕度以适应不同重量的负载。
尾翼结构采用应用较为成熟的常规式尾翼。
控制方面采用电磁舵机+微型接收机来作为控制舵面的方式。
整机三维建模如图1所示。
图1 整机的三维建模图2 重心位置示意图
2扑翼飞行器的分析与调整
我们对所设计的扑翼飞行器分别进行了重心、气动、振动、扑动稳定性四个方面的分析，分析结果如下：
重心分析：在三维建模软件中完成整机的三维建模之后，再对各个部件按照实际情况进行材料的定义，定义完材料之后进行质量统计，得出该扑翼飞行器的整机质量约为12g，重心位置如图2所示，可见其重心在空气动力弦与对称面的交点附近，便于机身的稳定。
气动分析：由于机翼是对称结构，所以仅需对一侧机翼进行气动分析，我们利用CFD软件Fluent来对一侧机翼进行分析。
为了简化分析，本文仅对刚性扑翼进行分析，而不考虑机翼柔性变形对流动产生的影响。
分析可得:扑翼时产生升力的大小与其扑翼速度有着密切的联系，瞬时扑翼速度越快，产生的升力越大，而且在下扑过程中产生的升力要比在上扑过程中产生的升力要大（如图3和图4所示）。
这与2006年6月23日美国科学家在《自然》杂志上报告的“其他鸟类（除蜂鸟外）飞翔时所需的升力全部来自翅膀下扇”结论是一致的[4]。
所以，我们在设计传动机构时，使其在下扑行程时具有急回特性，从而可以提供更大的升力。
图3 翼面压力云图（下扑速度最大时）图4 翼面压力云图（上扑速度最大时）
振动模态分析：扑翼机在空中飞行时，扑翼拍打产生振动。
因此我们对扑翼机整体进行动态分析，分析其固有频率是十分有必要的。
我们研究的是扑翼机的空中振动特性，不需要施加约束，所以使用自由状态固有频率分析。
我们指定计算模态阶数为30，计算结果取前15阶模态，各阶振型和固有频率如下表所示。
模态阶数模态振型固有频率（Hz）
1 左上翼1弯45.7275
2 右上翼1弯49.4701
3 右下翼1弯89.063
4 左上翼2弯112.092
5 左下翼1弯113.343
6 平尾1弯155.533
7 左上翼3弯209.624
8 右上翼2弯214.875
9 右下翼2弯261.8
10 机身平尾2弯292.069
11 左下翼2弯334.82
12 右上翼3弯384.889
13 右下翼3弯447.736
14 平尾垂尾弯扭451.461
15 左下翼3弯482.746
由此可以看出，全机固有频率偏高，而该扑翼飞行器的最大扑动频率才30Hz左右，很难引发共振。
从图中我们发现，全机振动变形主要集中在机翼和尾翼上，而机翼是飞机产生升力的主要结构，同时和尾翼一起为飞机提供操纵性。
可见机翼和尾翼的结构刚度对飞机安全性和操纵性影响很大。
所以根据此结论，需要对尾翼和机翼进行加固以提高其结构刚度。
图5 两翼升力曲线
扑动稳定性分析：我们通过动力学分析软件Adams对扑翼机构的运动进行分析。
首先，先在Adams里建立虚拟样机模型，之后，运用Delaurier条带理论[5]对小型扑翼机的一维拍动模型进行气动升力计算，再对Adams建立的虚拟样机施加气动力，计算并分析其升力曲线。
得到的两翼升力曲线如图5所示。
而且从图中可以看出，此机构两侧机翼的升力曲线完全重合，由此可以表明此扑翼机构的运动具有稳定性。
3 扑翼飞行器的制作
3D打印机打印出的扑翼传动机构零件是通过钢制轴钉来相互连接的，其不但具有一定的强度且表面光滑不会影响传动。
机身与尾翼各个组件是通过胶接的方式来进行连接的，具有一定的连接强度。
机翼的材料是聚酯薄膜，为保证机翼具有一定的刚度，在四片机翼上各加固了一根直径为0.5mm的碳杆。
尾翼采用0.6g的微型电磁舵机驱动，（驱动力矩）。
为使驱动升降舵的电磁舵机良好定中，我们想到利用磁性物体同性相斥的原理，在此电磁舵机下部通过胶接的方式固定一小块具有磁性的物体，使电磁舵机在初始时就受到一个向上的斥力从而舵面也可以保持在中立位。
扑翼飞行器试验机的整机实物图，如图6和图7所示。
图6 整机实物图1 图7 整机实物图2
5 结论
试验机的组装完成后，进行试飞等一系列试验，以检验结构强度。
气动特性等。
经过试飞表明，扑翼机的设计和制作工艺都能比较好地与预期效果吻合，达到了较为满意的结果。
当然，试飞之后也发现一些小问题。
其一是扑翼传动机构的齿轮由于冲击等原因而产生的滑齿现象，我们在加强了齿轮轴心处的连接后这种现象发生的几率明显下降。
其二是增加图传负载之后，平飞高度下降的问题，在适当改进设计更换较高转速电机之后有所改善。
参考文献：
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学硕士论文，2014.
[2]Wesi-Fogh T.Quick estimates of fiight fitness in hovering animals, including novel mechanism for lift Produetion.J ExP Biol.,1973,59:169-230
[3]刘岚，方宗德，侯宇等. 微扑翼飞行器的尺度律研究与仿生设计[J]. 中国机械工程，2005， 9(18):1613-1617.
[4]周凯.微扑翼飞行器动力学仿真及驱动机构优化设计.西安：西北工业大学硕士论文，2007.
[5]Delaurier J.D. An aerodynamic model for flapping-wing flight.Aeronautica journal[C],1993,125-130。