既不屬于鳥(niǎo)類也不屬于昆蟲(chóng)類,蝙蝠是唯一可實(shí)現(xiàn)飛行的哺乳動(dòng)物。盡管目前在撲翼飛行機(jī)理及仿生飛行器研究方面已取得階段性進(jìn)展,但對(duì)蝙蝠撲翼飛行機(jī)理的認(rèn)識(shí)尚不充分,且關(guān)于仿蝙蝠飛行器的研究尚處于起步階段。因此,深入了解蝙蝠翅膀的結(jié)構(gòu)尺寸及運(yùn)動(dòng)規(guī)律,開(kāi)展蝙蝠翅膀及仿蝙蝠機(jī)器翅方面理論、仿真計(jì)算及實(shí)驗(yàn)研究,對(duì)翅膀運(yùn)動(dòng)中的受力及功耗等關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行分析,有助于加深對(duì)蝙蝠飛行機(jī)理的認(rèn)識(shí),為未來(lái)仿蝙蝠飛行器的研制提供參考等。本文根據(jù)實(shí)際測(cè)量的蝙蝠翅膀結(jié)構(gòu)尺寸及角度數(shù)據(jù),研制了一種可實(shí)現(xiàn)拍動(dòng)、揮動(dòng)、伸縮及扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的仿蝙蝠機(jī)器翅,并建立了仿蝙蝠機(jī)器翅及蝙蝠翅膀計(jì)算模型,通過(guò)觀察測(cè)量、實(shí)驗(yàn)、理論推導(dǎo)、仿真計(jì)算等研究了參數(shù)及運(yùn)動(dòng)變化對(duì)蝙蝠翅膀升力、阻力及功耗的影響等問(wèn)題。本文主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下：(1)大棕蝠翅膀的尺寸結(jié)構(gòu)及實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究。以大棕蝠(Eptesicus fuscus)為研究對(duì)象,建立了蝙蝠翅膀坐標(biāo)系統(tǒng),推導(dǎo)了實(shí)時(shí)變化的拍動(dòng)角、揮動(dòng)角、伸縮角、扭轉(zhuǎn)角及三個(gè)橈骨-指骨角的計(jì)算公式。搭建了蝙蝠飛行信息采集實(shí)驗(yàn)平臺(tái),基于高速相機(jī)采集的蝙蝠翅膀關(guān)鍵位置標(biāo)記點(diǎn)信息,經(jīng)標(biāo)記點(diǎn)追蹤軟件分析及計(jì)算后獲取了翅膀的...

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
符號(hào)和變量
第一章 緒論
    1.1 課題研究的目的及意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 撲翼飛行機(jī)理研究現(xiàn)狀
        1.2.2 仿生撲翼飛行器研究現(xiàn)狀
        1.2.3 蝙蝠飛行機(jī)理研究現(xiàn)狀
        1.2.4 仿蝙蝠飛行器及機(jī)器翅研究現(xiàn)狀
        1.2.5 目前研究中存在的問(wèn)題
    1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容
第二章 蝙蝠翅膀?qū)崟r(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律
    2.1 大棕蝠翅膀結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)角度計(jì)算
        2.1.1 蝙蝠翅膀結(jié)構(gòu)
        2.1.2 蝙蝠翅膀運(yùn)動(dòng)角度的計(jì)算
    2.2 蝙蝠翅膀?qū)崟r(shí)運(yùn)動(dòng)角度及尺寸
        2.2.1 實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)角度的測(cè)量與處理
        2.2.2 蝙蝠翅膀尺寸
    2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
        2.3.1 蝙蝠翅膀?qū)崟r(shí)角度測(cè)量結(jié)果
        2.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
    2.4 本章小結(jié)
第三章 仿蝙蝠機(jī)器翅設(shè)計(jì)
    3.1 仿蝙蝠機(jī)器翅骨架設(shè)計(jì)
        3.1.1 仿蝙蝠機(jī)器翅骨架建模
        3.1.2 仿蝙蝠機(jī)器翅骨架制作
        3.1.3 機(jī)器翅骨架連接
        3.1.4 機(jī)器翅運(yùn)動(dòng)
        3.1.5 相似性分析
    3.2 機(jī)器翅翅膜制作及力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)
        3.2.1 機(jī)器翅翅膜制作
        3.2.2 機(jī)器翅膜力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)
    3.3 機(jī)器翅運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)
        3.3.1 運(yùn)動(dòng)控制方式
        3.3.2 電機(jī)與機(jī)器翅運(yùn)動(dòng)關(guān)系
    3.4 機(jī)器翅運(yùn)動(dòng)角度實(shí)驗(yàn)
        3.4.1 單運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)器翅運(yùn)動(dòng)角度
        3.4.2 多運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)器翅運(yùn)動(dòng)角度
    3.5 本章小結(jié)
第四章 仿蝙蝠機(jī)器翅風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)
    4.1 仿蝙蝠機(jī)器翅風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
        4.1.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建
        4.1.2 測(cè)力傳感器校準(zhǔn)
    4.2 仿蝙蝠機(jī)器翅的功耗
        4.2.1 功耗的測(cè)量與計(jì)算方法
        4.2.2 負(fù)功耗
    4.3 誤差分析
        4.3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境、傳感器及電機(jī)
        4.3.2 風(fēng)速
        4.3.3 重復(fù)性
    4.4 不同參數(shù)對(duì)氣動(dòng)力及功耗的影響
        4.4.1 拍動(dòng)幅度
        4.4.2 拍動(dòng)頻率
        4.4.3 氣流速度
        4.4.4 下拍比
        4.4.5 傾斜角
    4.5 不同運(yùn)動(dòng)對(duì)氣動(dòng)力及功耗的影響
        4.5.1 不同運(yùn)動(dòng)對(duì)氣動(dòng)力及功耗的影響實(shí)驗(yàn)
        4.5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析
    4.6 本章小結(jié)
第五章 機(jī)器翅骨架慣性功耗及慣性力研究
    5.1 慣性功耗及慣性力公式的推導(dǎo)
        5.1.1 正弦拍動(dòng)時(shí)慣性功耗及慣性力計(jì)算
        5.1.2 仿生運(yùn)動(dòng)時(shí)慣性功耗及慣性力計(jì)算
    5.2 仿蝙蝠機(jī)器翅慣性功耗及慣性力計(jì)算模型(4DOF模型)
        5.2.1 計(jì)算模型的建立
        5.2.2 參數(shù)設(shè)置及計(jì)算方法
        5.2.3 分割塊數(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響
    5.3 正弦拍動(dòng)時(shí)慣性功耗及慣性力在不同方向的分量
        5.3.1 慣性功耗及慣性力在拍動(dòng)及伸縮方向的分量
        5.3.2 計(jì)算結(jié)果及原因分析
    5.4 影響翅膀慣性功耗及慣性力的主要因素
        5.4.1 拍動(dòng)角度、頻率、質(zhì)量及比例系數(shù)
        5.4.2 計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較
    5.5 本章小結(jié)
第六章 蝙蝠翅膀慣性功耗及慣性力研究
    6.1 蝙蝠翅膀慣性功耗及慣性力計(jì)算模型的建立(7DOF模型)
        6.1.1 運(yùn)動(dòng)模型的建立
        6.1.2 蝙蝠翅膀慣性功耗及慣性力計(jì)算方法
    6.2 運(yùn)動(dòng)軌跡的驗(yàn)證
        6.2.1 兩計(jì)算模型與真實(shí)蝙蝠翅膀運(yùn)動(dòng)軌跡的比較
        6.2.2 仿蝙蝠機(jī)器翅與真實(shí)蝙蝠翅膀運(yùn)動(dòng)軌跡的比較
    6.3 慣性功耗及慣性力在不同方向上的分量
        6.3.1 正弦拍動(dòng)計(jì)算結(jié)果
        6.3.2 仿生運(yùn)動(dòng)計(jì)算結(jié)果
    6.4 不同運(yùn)動(dòng)對(duì)慣性功耗及慣性力的影響
        6.4.1 多運(yùn)動(dòng)疊加對(duì)慣性功耗及慣性力的影響
        6.4.2 單個(gè)運(yùn)動(dòng)對(duì)慣性功耗及慣性力的影響
    6.5 翅膀不同部分對(duì)慣性功耗及慣性力的影響
    6.6 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 總結(jié)
    7.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄A 控制器與編碼器上15針接頭的含義
附錄B 拍動(dòng)、揮動(dòng)、伸縮、扭轉(zhuǎn)及指間角度核心計(jì)算程序
附錄C 電機(jī)‘PVT’控制程序示例
在學(xué)期間發(fā)表的論文和取得的學(xué)術(shù)成果



本文編號(hào)：3748987