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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
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 針對目前的微型撲翼飛行器起飛過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。這減少了對飛行器的人為干預(yù)環(huán)節(jié)，增加了其自主特性，為未來完成復(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內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，相關(guān)研究已經(jīng)吸引了國內(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。在過去一年多的探索中，從精簡彈跳機(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)過長時(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)過長時(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，為未來去完成一些相對復(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，但無公開的視頻和相關(guān)技術(shù)性能參數(shù)說明。我們試制的一種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；相比于最近韓國建國大學(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（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）已同意開具證明我們作品先進(jìn)性的申請。
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)場演示。
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 使用說明：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：一種能夠彈跳起飛的微型撲翼飛行器減少了對飛行器起飛時(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、戰(zhàn)場偵察、戰(zhàn)場攻擊、火星探測等。因?yàn)閾湟盹w行器獨(dú)有的特性，是未來火星探測中的首選微型飛行器，并在未來大型牧場和城區(qū)監(jiān)視等民用方面將具有廣闊的市場和應(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)，還可用于對地攻擊，如攜帶高能炸藥破壞對方雷達(dá)和通信中，很多國外專家預(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內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，相關(guān)研究已經(jīng)吸引了國內(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)立完成一些相對復(fù)雜的任務(wù)，所以越來越多的研究機(jī)構(gòu)向撲翼飛行器自主飛行方向開始進(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“蜂鳥機(jī)器人”，愛生公司研制的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“蜂鳥機(jī)器人”并沒有說明其能夠不在人為干預(yù)的情況下實(shí)現(xiàn)自主起飛，愛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，然沒有詳細(xì)說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)域的研究對象，目前國內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)的主要研究內(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)對制作精度要求很高；韓國建國大學(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。
