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国内刊号：21-1137/TP
国际刊号：1002-0446
发布日期:
作者：张良, 何修宇, 王者奇, 贺威
关键词：仿生扑翼飞行器, 滑翔飞行, 变幅飞行, 电机控制
自然界的鸟类在面对不断变化的气流条件时，会主动调整翅膀的扑动幅度来提升飞行效率。本文模仿这一行为（变幅飞行）设计了扑翼飞行器，并提出了一种基于电机闭环控制的变幅飞行策略。首先考虑电机的动力学模型以及翅膀运动的动态特性，建立翅膀扑动角度的闭环模型，设计控制器实现对翅膀扑动角度的精确控制。在此基础上，设计了包含滑翔飞行功能的变幅飞行策略，并通过数值仿真验证了策略的有效性。给出了一种适用于多种中大型扑翼飞行机器人的解决方案实现变幅飞行策略的实际应用，该方案以仿猎鹰扑翼飞行器作为基础平台，添加了采集翅膀扑动角度的传感器以及用于运行变幅飞行控制算法的Falcon 2.0飞控板。改进后平台总质量增加不到30 g。地面实验结果显示，翅膀可以在0.2 s内达到滑翔指定角度，也可以进行扑频在1~4 Hz的变幅飞行；地面转台实验表明该策略可以进一步提升气流利用效率，升力较传统周期扑动方式提升了14.7%。飞行试验表明，飞行器能够在0.5 s内实现稳定滑翔，也可进行频率2~3 Hz的变幅飞行，充分验证了所提出的变幅飞行策略的有效性。本文设计的变幅飞行策略提升了扑翼飞行器翅膀扑动的自由度，为扑翼飞行器的性能优化和实际应用提供了有效的解决方案。
来源：2025年第1期
《机器人》期刊编辑部
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