(完整版)简析“SmartBird”扑翼结构

1、简析“ Smart Bird ”扑翼结构在网上看过了德国“ Smart Bird ”的飞行录像后，对他非常感兴趣。在本次作业中对“Smart Bird ”进行简单的介绍，并运用前几节课中学习的知识对其扑翼结构的运动进行简 单分析。“ Smart Bird ”是德国科技公司费斯托（Festo ）的科学家研制出一种机器鸟，可以非 常好的模拟鸟类飞行，具有很高的仿真度。智能鸟的设计富有革命性，它能够自行启动、飞行和降落，它的翅膀不仅能够上下拍动，同时还可以按特定角度扭转，因此这只机器鸟具有 出色的空气动力性能和灵敏度。智能鸟通过无线电控制，也可自主飞行。它的重量只有 450克，通过摆尾和摇头改变 飞

2、行方向。这款机器鸟的设计灵感来源于海鸥， 体内装有两个轮子， 通过轮子的旋转带动翅 膀上下拍动。这两个旋转轮与蒸汽火车的车轮类似， 与牵引杆相连，通过转动为拍打翅膀提供动力。智能鸟翅膀转动的角度可以通过扭力马达进行调节，上行冲程时翅膀朝上， 提高飞行高度，下行冲程时翅膀朝下。费斯托公司发言人表示：“智能鸟用料极少，结构极轻，具有很 高的能效。” 智能鸟不仅拥有先进的性能，并且外观也与真鸟较为相似，再加上智能鸟的 移动和拍翅方式与真鸟非常接近，所以可以高水准的模拟真实鸟类的飞行。技术参数躯干长度1.07m翼展2.00m重量0. 450kg结构轻质碳纤维结构外罩聚氨酯泡沫挤压成型电池2个锂电池电源

3、，7.4V, 450mA伺服驱动2个数字伺服单兀控制首尾，3.5kg驱动力2个数字伺服单元扭转扑翼，0.03s行程45 功率23W微控制器MCU LM3S81132位微控制器50MHZ64KB 闪存8 KB RAM无线传输868MHz/2.4GHz双向无线传输电机135无刷电机传感器电机定位TLE4906霍尔传感器加速度计LIS302DLH电量管理2个锂电池单元与 ACS715电压电流监控LED驱动器TPIC2810D以上是“ Smart Bird ”的简单介绍，下面就用所学知识对其扑翼结构的运动进行简单分 析。扑翼的组成结构有：前后支架，翅膀主骨，翅膀副骨，翅膀外翼主骨，翅膀骨架固定轴, 动

4、力齿轮，翅膀付轴，联动板，三合一连杆，支架，前缘，后缘，筋。如下图所示：“ Smart Bird ”的扑翼运动可以分解成三个分运动：1、主翼的扑打运动；2、副翼的扑打运动；3、主翼和副翼之间的扭转运动。这三个运动都是绕坐标轴的转动，可以画出机构构简图如下：由图中所示可以容易得出位姿变换矩阵的推导过程:在a点建立坐标系：i ; 在b点建立坐标系：j ； 在c点建立坐标系：k ； 在d点建立坐标系：I ; 那么：a到b的齐次变换矩阵为:jT=0jRbj piP100b到c的齐次变换矩阵为：kT=:Rckpj 0001c到d的齐次变换矩阵为:l R dl P klT= kR kP 0 0 0 1所以:a到d的齐次变换矩阵为：ilT = jiT ?kjT ?klT本次作业中对“ Smart Bird ”运动机构的分析非常的粗浅，只是对简化后的模型进行了 理论上的变换矩阵推倒。 “ Smart Bird ”对于扑翼机的研发有着重要的借鉴意义，相信随着 知识的积