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微型水面扑翼飞行机器人 既能“天上飞”,也能“水中游”
详情概述

事件:微型水面扑翼仿生机器人

技术:FZMotion智能体追踪技术

产品:FZMotion

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应用描述

如今,仿生技术已成为科技发展的新宠。有调查研究显示:超过80%的人认为仿生技术代表了未来的发展方向,而仿生飞行器的研制,正是这一理念的具体实践。

哈尔滨工业大学闫继宏教授团队将水黾和蜂鸟这两种仿生对象相结合,提出一种可以实现水面扑翼飞行的仿生微型机器人。

在机器人结构仿生设计环节,研究院团队通过归纳总结确定了以水黾蜂鸟这两种仿生对象相结合的目标机器人。基于仿生蜂鸟扑翼运动,设计了基于弦驱动的扑动机构;采用疏水性材料对水黾的超疏水性支撑特性进行仿生,建立了支撑力和拖拽力模型;同时,在保证支撑力的前提下以减小支撑脚重力和拖拽力为目标,设计了水面支撑机构。

 

同时,为解决水面扑翼稳定飞行所需的高升力问题,研究团队在三维运动下的扑翼空气动力学模型和欧拉—伯努利梁原理的翼翅变形模型基础上进一步构建了柔性翼扑动空气动力学模型。通过分析翼翅的形状结构参数和前缘刚度对升力的影响规律,确定了不同刚度翼的理论极限扑动频率之后,设计了基于杠杆原理的升力实验装置,并针对翼型、尺寸参数、翼肋加装方式和前缘刚度等以优化升力为目标进行了迭代优化实验,得到了最优翼翅。

 

制备微型水面扑翼飞行机器人样机,基于水面-空气环境下的机器人动力学仿真模型,采用 Adams 和 Matlab 联合动力学仿真方法验证了水面扑翼飞行机器人的性能。

 

值得一提的是,在水面实验中,为了准确评估不同驱动力下机器人的飞行效果,研究团队引入了高精度运动捕捉技术。通过对三组不同扑动频率的水面飞行实验,成功捕捉并清晰展现了机器人在扑翼过程中动作及姿态的变化情况,这一技术使得观察和分析机器人的运动轨迹更加直观和精确。

FZMotion智能体位姿追踪系统是元客视界自主开发的运动捕捉采集与分析系统,可以实时跟踪测量并记录三维空间内点的轨迹、刚体的运动姿态以及人体动作,空间定位精度可以达到亚毫米级。目前,FZMotion动捕系统在无人机室内定位、仿生机器人运动规划、机械臂示教学习、气浮台位姿验证、水下运动捕捉等领域得到广泛应用,目前已经与清华大学、中国科学技术大学、北京航空航天大学、北京理工大学、哈尔滨工业大学等高校开展合作。