摘要：本文基于四連桿機(jī)構(gòu)提出了一種齒輪連桿運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，用于模仿蜻蜓翅翼的運(yùn)動(dòng)，并研究了撲翼機(jī)構(gòu)各參數(shù)變化對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)軌跡的影響，歸納總結(jié)出一些規(guī)律，從而為選擇出合適的機(jī)構(gòu)參數(shù)提供了依據(jù)。采用基于優(yōu)化的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法對(duì)仿生微撲翼機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定出各桿件參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)。然后利用CATIA來對(duì)撲翼機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析，模擬機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程，仿真結(jié)果與設(shè)計(jì)要求基本吻合，驗(yàn)證了機(jī)構(gòu)的可行性。
　　關(guān)鍵詞：仿生 蜻蜓 撲翼飛行器 數(shù)學(xué)模型 仿真分析
　　中圖分類號(hào)：TH122文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2012）09（c）-0059-04
　　自古以來人們就夢(mèng)想著在天空自由翱翔，對(duì)鳥的生理結(jié)構(gòu)和飛行原理等方面所做的研究和獲得的靈感，使人類乘著飛機(jī)上了天。昆蟲與鳥相比，具有更大的機(jī)動(dòng)靈活性。對(duì)昆蟲生理結(jié)構(gòu)和飛行機(jī)理的研究，將仿制出具有更大飛行靈活性和自由度的新型飛行器。最近幾年，在昆蟲空氣動(dòng)力學(xué)和電子機(jī)械技術(shù)快速發(fā)展的基礎(chǔ)上，各國(guó)紛紛開始研究拍翅飛行的仿昆飛行機(jī)器人，使得仿生昆蟲飛行機(jī)器人成為機(jī)器人研究最為活躍的前沿領(lǐng)域。仿生撲翼飛行器是一種模仿鳥類或昆蟲飛行，基于仿生學(xué)原理設(shè)計(jì)制造出來的新型飛行器。該類飛行器與固定翼和旋翼飛行器相比，它具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如：原地或小場(chǎng)地起飛；較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性能，尺寸小，便于攜帶，飛行靈活，隱蔽性好等。因此，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域尤其是國(guó)防領(lǐng)域有著十分重要而廣泛的應(yīng)用。本文根據(jù)蜻蜓飛行時(shí)的運(yùn)動(dòng)特性設(shè)計(jì)出一種由齒輪連桿機(jī)構(gòu)組成的微型撲翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模設(shè)計(jì)優(yōu)化，并基于Catia進(jìn)行了仿真分析。
　　1 基于四桿機(jī)構(gòu)對(duì)仿生蜻蜓撲翼飛行器的動(dòng)力設(shè)計(jì)
　　仿生學(xué)研究表明，動(dòng)物飛行能力和技巧的多樣性多半源于它們的翅膀的多樣性和微妙復(fù)雜的翅膀運(yùn)動(dòng)模式。撲翼飛行器是借助機(jī)翼的上下?lián)鋭?dòng)來產(chǎn)生升力和推力，這需要設(shè)計(jì)出高效可靠的撲翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)本設(shè)計(jì)采用了對(duì)稱齒輪桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)機(jī)翼的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。仿生昆蟲飛行器通常具有小尺寸、便于攜帶、行動(dòng)靈活和隱蔽性好等特點(diǎn)，仿昆飛行器的飛行性能和物理特性是雷諾數(shù)極小，表面積與體積之比很大，總質(zhì)量嚴(yán)格受限。而動(dòng)力裝置所占體積會(huì)直接影響到飛行器的大小，所以本設(shè)計(jì)從動(dòng)力裝置出發(fā)。
　　1.3 基于Catia運(yùn)動(dòng)仿真并測(cè)量分析
　　2 動(dòng)力模塊的實(shí)現(xiàn)
　　考慮實(shí)際功率以及驅(qū)動(dòng)效率，選定齒輪連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并將連桿L1對(duì)稱設(shè)計(jì)，如圖6、7所示。
　　3 仿生蜻蜓撲翼飛行器的整體結(jié)構(gòu)及模擬運(yùn)動(dòng)
　　運(yùn)用catia對(duì)設(shè)計(jì)的撲翼飛行器的零件進(jìn)行裝配，得到完整的設(shè)計(jì)如圖9所示。
　　4 結(jié)論
　　微型撲翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化與仿真研究是微型撲翼飛行器設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對(duì)蜻蜓撲翼運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)出一種齒輪連桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)做了以下工作：（1）提出了一種齒輪連桿機(jī)構(gòu)模仿蜻蜓運(yùn)動(dòng)的微型撲翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。（2）采用基于優(yōu)化的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法對(duì)四連桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立了數(shù)學(xué)模型，得到了驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)各桿件及傳動(dòng)角等參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)。（3）利用CATIA完成的仿生蜻蜓撲翼機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)并對(duì)其進(jìn)行了仿真分析。得到的結(jié)論與數(shù)學(xué)模型分析結(jié)論一致，驗(yàn)證了該機(jī)構(gòu)的可行性。
　　仿生撲翼飛行器處于不斷的探索過程中。用機(jī)械裝置去實(shí)現(xiàn)撲翼飛行的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)模式是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，我們要不斷的嘗試與探討。隨著新材料、新工藝、計(jì)算機(jī)技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)的不斷發(fā)展，在不久的將來仿生蜻蜓撲翼飛行器可以在空中翱翔。
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