仿生機構的分類及其結構簡介(編輯修改稿)
2025-07-13 00:24 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 示為電磁場驅(qū)動的仿昆飛行機器人 [2]。圖示結構中，板 A、B、C構成了實現(xiàn)翅無摩擦運動的柔性機構，板 B、板 C 與板 A 上分別涂有相反磁性的磁層，翅膀上的灰色彈性薄膜是控制翅下拍時打開，上拍時閉合。在電磁場的作用下，板 B 和板 C 朝著與板 A 運動方向相反的方法運動，使得翅膀上下拍動。21 仿昆蟲飛行機器人加州大學和 AeroViormnent 公司及加州洛杉磯大學共同研制了微型撲翼飛行器，名為“Micrboat”，如圖所示。該微型飛行器的研究人員通過大量實驗研究了撲翼飛行方式的非定?？諝鈩恿W特性，并制作了一種輕型傳動機構將微電機的轉動轉變?yōu)闄C翼的煽動。實驗中，該飛行器的機翼能以 20Hz 的頻率煽動，采用 NidcN50 電池作為動力源，并在非控制條件下進行了 18 秒、46 米遠的飛行實驗。這也是迄今為止文獻公開報道的、有技術細節(jié)的、可以持續(xù)飛行的微型仿生撲翼機器人。美國加州大學還計劃在 2022 年研制出翼展 5~10，重 46mg，180HZ 壓電石英驅(qū)動的四翼“ 機器蒼蠅 ”，又稱“黑寡婦”，如圖 22 所示。美國斯坦福研究中心(S 班) 和多倫多大學在 DARPA 的資助下，設計了多種撲翼微型飛行器模型，圖 22 所示為他們共同研究的一種撲翼微型飛行器“Menot，1r38]”，它有 4 片由“人工肌肉”驅(qū)動的撲動機翼和用來保持穩(wěn)定的尾翼，整個飛行器約 30 厘米，重不到住 5 千克，并在 2022 年 2 月成為世界上第一架成功懸浮空中的微型撲翼飛行器。研制人員希望能夠把它縮小至蜂鳥大小，這樣它就可以被用于監(jiān)視工作了。此外，DARPA 也資助了基于彈性動力和熱動力的撲翼飛行器研究工作，另外幾種類型的微撲翼飛行機構也正在研制并取得了一定的成功。22 蒼蠅機構想象圖 撲翼三維運動的新型撲翼機構結構簡介現(xiàn)有的微型撲翼飛行器機構均是一維撲動形態(tài)， 如圖23 所示。曲柄OA 旋轉，通過連桿A B ， A B ’帶動兩翼上下?lián)鋭?。翼撲動時為產(chǎn)生升力和推力， 只能依靠翼的柔性變形來實現(xiàn)翼弦的被動俯仰?！ 榱耸挂碜鲋鲃痈┭?，實現(xiàn)三維運動，一種能實現(xiàn)8字形或香蕉形運動軌跡的常用桿機構，如梯形機構和逆平行四邊形機構，其連桿中點的軌跡能滿足要求， 但此類機構為非格拉斯霍夫(Non2Grashof) 機構，均有傳動死點，出現(xiàn)運動反轉問題；曲柄搖桿機構中的連桿曲線譜可以找到近似8 字形或香蕉形，考慮到距離連桿鉸鏈點較遠,影響傳動性能和機構總體尺寸。上述機構均不適宜用作微型飛行器的驅(qū)動機構。本文研究出一個實現(xiàn)翼尖8 字形運動、且能使撲翼能繞展向軸線扭轉的七桿八鉸鏈機構，如圖23所示。該機構在一個5 桿6 鉸鏈機構A 2B2C2D 2E 2G2A 的基礎上，根據(jù)機構的組成原理，在 C點和機架上增加一個RRR 二級桿組 C2F 2G 組，撲翼與CF 桿連接。 5 桿機構在C鉸鏈點可產(chǎn)生8字形或香蕉形軌跡，在GF 和FC 帶動下，使翼產(chǎn)生弦向扭轉運動。由于該機構的自由度為2，可利用齒輪機構或帶傳動機構將兩個曲柄A B 和D E 聯(lián)系起來。前已敘述，產(chǎn)生8 字形的運動是由上下和前后兩個運動的合成。當前后運動循環(huán)周期是上下運動的2 倍時(A B 至D E 的傳動比為 2) ，產(chǎn)生8 字形軌跡；若兩者周期相同( A B 至D E 的傳動比為1)，則產(chǎn)生香蕉形運動軌跡。撲翼的俯仰運動由CF 桿的角位置實現(xiàn)。利用圖24 機構，設計出三維運動撲翼微型飛行器運動簡圖，如圖25所示 [3]。短軸Q 1，Q 2 與CF 桿固聯(lián)，兩翼與短軸分別在Q 1，Q 2 組成球銷副，可保證兩翼隨CF 桿作俯仰運動； 機翼與機架分別在R 1，R 2 處組成滑球副，可
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