简析“Smart Bird”扑翼结构.doc

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，7.4V，450mA
伺服驱动
2个数字伺服单元控制首尾，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 LM3S811
32位微控制器
50MHz64KB闪存
8KB 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：l ；
那么：
a到b的齐次变换矩阵为：
ijT=
b到c的齐次变换矩阵为：
jkT=
c到d的齐次变换矩阵为：
klT=
所以：a到d的齐次变换矩阵为：
ilT=ijT∙jkT∙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，相信随着知识的积累和学习的深入，会对其有更加深入的了解和认识。

参考资料：
Festo官方介绍资料《Smart Bird》
网络材料《解读德国“聪明鸟”的扑翼机构》