工业机器人课程设计
蜻蜓机器人仿真设计
学机器人资料    院__  机械工程学院_________
专    业  机械设计制造及其自动化   
年级班别                         
学    号                         
学生姓名                       
指导教师        张思团         
2014年  月  日

                目  录
1绪论    2
2蜻蜓机器人简介    2
  2.1蜻蜓机器人结构组成    4
  2.2蜻蜓机器人的设计原则    4
3蜻蜓机器人的设计    4
  3.1对蜻蜓飞行的分析    4
  3.2机器人的飞行原理    5
  3.3飞行机构设计    6
4机器人其他模块选择    8
  4.1动力模块选择设计    8
  4.2机器人外形尺寸设计    8
  4.3机器人飞行模块设计    8
  4.4机器人大脑控制模块    9
  4.5机器人能量存储模块 ...............................................................................................9
  4.6 信息采集模块 .........................................................................................................9
5结论    10
参考文献    11


                                    1  绪论
仿生扑翼飞行器是一种模仿鸟类和昆虫飞行，基于仿生学原理设计制造的新型飞行机器。该类飞行器若研制成功，那么与固定翼和旋翼飞行相比，它便具有独特的优点：如原地或小场地起飞，极好的飞行机动性和空中悬停性能以及飞行费用低廉，它将举升、悬停和推进功能集于一扑翼系统，可以用很小的能量进行长距离飞行，因此更适合在长时间无能源补充及远距离条件下执行任务。自然界的飞行生物无一例外地采用扑翼飞行方式，这也给了我们一个启迪，同时根据仿生学和空气动力学研究结果可以预见，在翼展小于 15cm 时，扑翼飞行比固定翼和旋翼飞行更具有优势，微型仿生扑翼飞行器也必将在该研究领域占据主导地位。
虽然仿生扑翼飞行器具有以上优点，但是目前材料方面的瓶颈限制了它的发展，使其无法承担高强度的任务，或无法在恶劣的环境下工作。该论文为仿生蜻蜓机器人设计。选用蜻蜓作为扑翼布局仿生对象：
  1.蜻蜓通过翅膀振动可产生不同于周围大气的局部不稳定气流，并利用气流产生的涡流来使
自己上升。通过对涡流控制，蜻蜓能在很小的推力下翱翔，不但可向前飞行，还能急速转向、向后和左右两侧飞行。
  2.蜻蜓的飞行行为简单，仅靠两对翅膀以不同的频率、方向不停地拍打。就可以完成各种复杂的飞行动作。
  3.蜻蜓的翅膀结构和运动形式较为简单、翅膀相对刚度较大、振动频率也是飞行昆虫中较低的，采用蜻蜓仿生扑翼在材料和制造工艺以及计算机仿生模拟上也较其他的飞行昆虫容易实现。

2 蜻蜓机器人简介
蜻蜓机器人不仅自重轻，而且还集合了传感器、制动器、机械零件和开环及闭环控制系统等硬件于一身，因此能够以这种独特的方式飞行。所有这些零件全都安装在一个紧凑的空间中，相互精准咬合在一起。
它能够在空中任何方向颤振翅膀，甚至在空中盘旋，蜻蜓机器人还可通过手机进行控制，并
发送至难以抵达的区域。
2.1蜻蜓机器人的结构组成
机器人虽然是由多种配件构成的，但大致组成可分为4种，如下所示：
（1）组织部：机器人的外型(身体，手，腿，脚，关节等)。
（2）传感器部：识别外部环境的部分(视觉传感器、声音传感器、嗅觉传感器、触觉传感器等)。
（3）控制部：判断识别到信息和抑制动作的部分(微型计算机)。
（4）驱动部：让机器人实际动作的部分(马达，液压装置，空压装置等)。
机器人的大脑：可以有很多叫法，可以叫做微控制器，微处理器，处理器或者计算器等，不过这都不要紧，通常微处理器是一块芯片，而其它的是一整套控制器，包括微处理器和一些别的元件。任何一个机器人大脑就必须要有这块芯片，不然就不能称为机器人了。
传感器：是机器人和现实世界之间的纽带。但就目前传感器技术而言，我们现在所能选用的传感器或者说负担的起的传感器不多。根据传感器的工作特征，可以分为光学传感器（比如红外传感器）、声音传感器（比如microphone）、力传感器（比如压敏传感器）、位置传感器（比如陀螺仪）。后面的章节中，将详细介绍这一组件。
    机器人运动要靠程序来控制，编程语言是一种控制器能够接受的语言类型，一般有C语言、汇编语言和basic语言，通常能被较高级的控制器直接执行，因为在高级控制器里面内置了编译器能够直接把一些高级语言翻译成机器码。
2.2蜻蜓机器人的总体设计方案
蜻蜓机器人翅膀展开后翼幅为63厘米，体长为44厘米，与真正的蜻蜓十分相似，它能朝任意方向飞行，并且能够做出相当复杂的飞行动作。
飞行角度多： 蜻蜓机器人每只翅膀最高能旋转90度，这样便于控制它的飞行角度，还可通过单独振动某个翅膀来实现减速、迅速提速以及急转弯飞行，它甚至还能向后飞行。构造合理。蜻蜓机器人独特的飞行方式与轻质构造和各种功能整合有关，如传感器、促动器以及机
械元件，通过开放-封闭式回路控制系统来将它们联系在一起，这些元件都全都集中于一个紧凑空间内并且相互间搭配十分精确。
马达配置精确：蜻蜓机器人的4个翅膀由9个伺服电机操控，且分别由4个发动机单独控制，伺服电机是一种补助马达间接变速装置，可控制速度，位置精度非常准确。