題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 一種能夠彈跳起飛的微型撲翼飛行器
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 針對(duì)目前的微型撲翼飛行器起飛過(guò)程是多靠人工投擲或彈射器輔助彈射這一現(xiàn)狀，本作品通過(guò)深入研究，提出了一種比較合理的、布局于微型撲翼飛行器的彈跳機(jī)構(gòu)，并研制了相應(yīng)的控制裝置，實(shí)現(xiàn)了撲翼飛行器自主彈跳起飛。這減少了對(duì)飛行器的人為干預(yù)環(huán)節(jié)，增加了其自主特性，為未來(lái)完成復(fù)雜任務(wù)創(chuàng)造了條件。
- 詳細(xì)介紹：
- 當(dāng)前，微型撲翼飛行器是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，相關(guān)研究已經(jīng)吸引了國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者的關(guān)注。但現(xiàn)有的大多數(shù)微型撲翼飛行器的起飛主要是靠人工投擲或彈射器輔助彈射實(shí)現(xiàn)的，這不利于實(shí)現(xiàn)撲翼飛行器自主起飛的特性，飛行器難于獨(dú)立完成一些相對(duì)復(fù)雜的任務(wù)。我們認(rèn)為可以借助彈跳裝置或輪子，將合適的彈跳機(jī)構(gòu)或輪式起落機(jī)構(gòu)和微型撲翼飛行器結(jié)合實(shí)現(xiàn)微型撲翼飛行器的自主起飛。 一種能夠彈跳起飛的微型撲翼飛行器要求其彈跳機(jī)構(gòu)的任務(wù)載荷為帶動(dòng)微型撲翼飛行器彈跳到一定高度，滿足微型撲翼飛行器初始飛行的要求。在過(guò)去一年多的探索中，從精簡(jiǎn)彈跳機(jī)器人結(jié)構(gòu)的角度，我們發(fā)現(xiàn)了記憶合金彈簧驅(qū)動(dòng)的彈跳機(jī)構(gòu)能滿足這樣的需求。而研制這樣的彈跳機(jī)構(gòu)的首要任務(wù)是設(shè)計(jì)一種合適的觸發(fā)結(jié)構(gòu)，正如唯一查閱到的國(guó)際會(huì)議論文“一種記憶合金驅(qū)動(dòng)的彈跳機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”中所述的彈跳機(jī)器人關(guān)節(jié)之間所蓄的能量不能完全釋放而造成彈跳效果不理想，由于沒(méi)有一個(gè)合適的觸發(fā)機(jī)構(gòu)，彈跳機(jī)構(gòu)所儲(chǔ)存的能量不能完全釋放，從而不能有較佳的彈跳效果。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的探索，我們嘗試將記憶合金彈簧和扭簧結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了一種比較合理的觸發(fā)結(jié)構(gòu)。同時(shí)將杠桿結(jié)構(gòu)和記憶合金彈簧結(jié)合，結(jié)合彈跳機(jī)器人其余各機(jī)械結(jié)構(gòu)及相關(guān)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了彈跳機(jī)器人復(fù)位—蓄能—觸發(fā)—彈跳的工作循環(huán)。 經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的努力探索，從仿生角度，我們探索出了一種能夠彈跳起飛的微型撲翼飛行器整體合理的布局，成功實(shí)現(xiàn)了撲翼飛行器原地自主彈跳起飛，提高了撲翼飛行器的自主特性，為未來(lái)去完成一些相對(duì)復(fù)雜的任務(wù)創(chuàng)造了條件。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品的發(fā)明目的：在非投擲或彈射器彈射的條件下，實(shí)現(xiàn)微型撲翼飛行器的自主彈跳起飛。 作品的基本思路：通過(guò)實(shí)物試驗(yàn)，研制一種形狀記憶合金彈簧驅(qū)動(dòng)的彈跳機(jī)構(gòu)；將微型撲翼飛行器與彈跳機(jī)構(gòu)恰當(dāng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)微型撲翼飛行器在非投擲或彈射器彈射條件下的自主彈跳起飛。 作品的創(chuàng)新點(diǎn)：1．從精簡(jiǎn)彈跳機(jī)構(gòu)的角度，將彈跳機(jī)構(gòu)和形狀記憶合金彈簧結(jié)合。試制出了一種彈跳機(jī)構(gòu)并基于MC9S12XS128單片機(jī)設(shè)計(jì)了相關(guān)的控制系統(tǒng)，控制彈跳機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了復(fù)位，蓄能，觸發(fā)和彈跳的工作循環(huán)。 2．從仿生的角度，將撲翼飛行器和彈跳機(jī)構(gòu)相結(jié)合。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)探索出了飛行器較為合理的氣動(dòng)布局，試制出了一種能夠自主原地彈跳起飛的微型撲翼飛行器。 作品的技術(shù)關(guān)鍵：1．彈跳機(jī)構(gòu)的任務(wù)載荷為帶動(dòng)微型撲翼飛行器彈跳到一定高度，滿足微型撲翼飛行器初始飛行的要求。2．微型撲翼飛行器的任務(wù)載荷應(yīng)滿足攜帶彈跳機(jī)構(gòu)巡航飛行的要求，微型撲翼飛行器的氣動(dòng)布局應(yīng)合理。 作品的主要技術(shù)指標(biāo)：1．微型撲翼飛行器任務(wù)載荷為5g以上，彈跳機(jī)構(gòu)的重量為5g以下。2．彈跳機(jī)器人任務(wù)載荷為12.4g以上時(shí)，其原地彈跳高度為450mm以上，且在最高點(diǎn)時(shí)具有2000mm/s以上水平分速度。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 現(xiàn)有的微型撲翼飛行器的起飛是人工輔助實(shí)現(xiàn)的；雖然最近愛(ài)生公司研制的ASN-211微型撲翼飛行器聲稱能夠自主起飛，但無(wú)公開(kāi)的視頻和相關(guān)技術(shù)性能參數(shù)說(shuō)明。我們?cè)囍频囊环N能夠彈跳起飛的微型撲翼飛行器中使用的彈跳機(jī)構(gòu)是國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的彈跳機(jī)構(gòu)，相比于瑞士洛桑大學(xué)所研制的一種7g微型跳躍機(jī)器人，可實(shí)現(xiàn)單次跳躍的彈跳彈跳機(jī)器人的彈跳高度可達(dá)自身尺寸的31倍，高于前者的27倍，并可實(shí)現(xiàn)一定的循環(huán)工作；相比于最近韓國(guó)建國(guó)大學(xué)所研制的記憶合金驅(qū)動(dòng)的彈跳機(jī)器人的彈跳效果（僅能跳躍25mm），作品中的具有一定工作循環(huán)的彈跳機(jī)器人具有明顯的優(yōu)勢(shì)（能跳躍400mm高）。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 為更客觀評(píng)價(jià)我們的作品，中航工業(yè)氣動(dòng)院研究所（哈爾濱）已同意開(kāi)具證明我們作品先進(jìn)性的申請(qǐng)。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 待定
作品可展示的形式
- 實(shí)物，圖片，視頻，現(xiàn)場(chǎng)演示。
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明：當(dāng)飛行器電量不足時(shí)，需及時(shí)充電；若出現(xiàn)機(jī)體飛行偏轉(zhuǎn)，需綜合調(diào)節(jié)飛行器的整體布局。 特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：一種能夠彈跳起飛的微型撲翼飛行器減少了對(duì)飛行器起飛時(shí)的人為干預(yù)環(huán)節(jié)，增加了其自主特性，為未來(lái)完成復(fù)雜任務(wù)創(chuàng)造了條件。 適應(yīng)范圍和前景：大自然中,所有能飛的生物幾乎無(wú)一例外地都采用撲翼飛行方式，人類研制撲翼微型飛行器有著重要的航空科學(xué)意義和廣泛的應(yīng)用前景,如環(huán)境監(jiān)測(cè)、戰(zhàn)場(chǎng)偵察、戰(zhàn)場(chǎng)攻擊、火星探測(cè)等。因?yàn)閾湟盹w行器獨(dú)有的特性，是未來(lái)火星探測(cè)中的首選微型飛行器，并在未來(lái)大型牧場(chǎng)和城區(qū)監(jiān)視等民用方面將具有廣闊的市場(chǎng)和應(yīng)用前景；在軍用方面，可以靠近敵人雷達(dá)天線作用區(qū)，有效地干擾敵人雷達(dá)，還可用于對(duì)地攻擊，如攜帶高能炸藥破壞對(duì)方雷達(dá)和通信中，很多國(guó)外專家預(yù)言，它們一旦廣泛應(yīng)用會(huì)出現(xiàn)一個(gè)新兵種。
同類課題研究水平概述
- 當(dāng)前，微型撲翼飛行器是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，相關(guān)研究已經(jīng)吸引了國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者的關(guān)注，如加州理工學(xué)院與加利福尼亞洛杉磯大學(xué)共同研制的微型蝙蝠Microbat，斯坦福研究中心和多倫多大學(xué)共同研制的Mentor，日本東京大學(xué)的Micro Flying Robot等。然而，現(xiàn)有的大多數(shù)微型撲翼飛行器的起飛主要是靠人工投擲或彈射器輔助彈射實(shí)現(xiàn)的，這不利于實(shí)現(xiàn)撲翼飛行器自主起飛的特性，飛行器難于獨(dú)立完成一些相對(duì)復(fù)雜的任務(wù)，所以越來(lái)越多的研究機(jī)構(gòu)向撲翼飛行器自主飛行方向開(kāi)始進(jìn)行比較深入的研究，比如日本千葉大學(xué)的研究員劉浩研制的僅重2.6克的“蜂鳥(niǎo)機(jī)器人”，愛(ài)生公司研制的ASN-211自主飛行微型撲翼飛行器。但是日本千葉大學(xué)所研制的“蜂鳥(niǎo)機(jī)器人”并沒(méi)有說(shuō)明其能夠不在人為干預(yù)的情況下實(shí)現(xiàn)自主起飛，愛(ài)生公司研制的微型撲翼飛行器雖然聲稱能實(shí)現(xiàn)自主起飛，然沒(méi)有詳細(xì)說(shuō)明其自主起飛的的方式和相關(guān)性能參數(shù)。我們認(rèn)為可以借助彈跳裝置或輪子，將合適的彈跳機(jī)構(gòu)或輪式起落機(jī)構(gòu)和微型撲翼飛行器結(jié)合實(shí)現(xiàn)微型撲翼飛行器的自主起飛。彈跳裝置屬于彈跳機(jī)器人(Jumping robot)領(lǐng)域的研究對(duì)象，目前國(guó)內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)的主要研究?jī)?nèi)容集中于連續(xù)彈跳運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析以及非線性的動(dòng)力學(xué)分析，并且陸續(xù)研制出了一些原型機(jī)。例如Case Western Reserve University研究人員研制的機(jī)械蟋蟀，日本研究人員研制的彈跳貓，NASA研制的三代彈跳機(jī)器人，東南大學(xué)研制的跳跑式微型彈跳機(jī)器人等。由于他們大多是采用伺服電機(jī)或液壓驅(qū)動(dòng), 其功重比較小, 且機(jī)器人比較粗大、笨重；此外, 驅(qū)動(dòng)時(shí)存在一定的噪音和污染, 驅(qū)動(dòng)電壓也比較高。我們所呈現(xiàn)的一種形狀記憶合金彈簧驅(qū)動(dòng)的彈跳機(jī)器人將彈跳裝置和性能優(yōu)良的形狀記憶合金結(jié)合，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕便，隱蔽性和穩(wěn)定性較好，制作精度和成本較低，有利于機(jī)器人向微小型化及家庭和服務(wù)行業(yè)發(fā)展。目前，彈跳高度是自身尺寸倍數(shù)最高的瑞士洛桑大學(xué)2009年所研制的一種7g微型跳躍機(jī)器人，可以越障超過(guò)自身尺寸的27倍，但其驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，彈跳機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)對(duì)制作精度要求很高；韓國(guó)建國(guó)大學(xué)所研制的一種記憶合金驅(qū)動(dòng)的彈跳機(jī)器人僅能彈跳25mm，且其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，重量比較沉。
