仿生機(jī)械鶴的機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真【含Creo三維及6張CAD圖帶開題報(bào)告-獨(dú)家】.zip
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開題報(bào)告
課題名稱
機(jī)械鶴的機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真
課題類型
實(shí)踐應(yīng)用型
指導(dǎo)教師
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
專業(yè)班級(jí)
本課題的研究現(xiàn)狀、研究目的及意義
一、 仿生學(xué)的研究現(xiàn)狀
1、仿生機(jī)械學(xué)是上世紀(jì)60年代初期出現(xiàn)的一門綜合性的新興邊緣學(xué)科,它是生命科學(xué)和工程技術(shù)科學(xué)相互滲透,相互結(jié)合而形成的。包含著對(duì)生物現(xiàn)象進(jìn)行力學(xué)研究,對(duì)生物運(yùn)動(dòng)、動(dòng)作進(jìn)行工程分析,并把這些成果根據(jù)社會(huì)的要求付之實(shí)用化。仿生機(jī)械學(xué)是以生物科學(xué)的進(jìn)步為基礎(chǔ)、實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中的需求為動(dòng)力而發(fā)展起來(lái)的?,F(xiàn)代科技的高速發(fā)展在促進(jìn)機(jī)械這門古老專業(yè)發(fā)展的同時(shí),也對(duì)其自身受力結(jié)構(gòu)、能量消耗和運(yùn)動(dòng)的可靠性提出了更為嚴(yán)苛的要求。怎樣才能使古老的機(jī)械學(xué)科適應(yīng)現(xiàn)代科技的發(fā)展、在現(xiàn)代社會(huì)重新煥發(fā)生機(jī)呢?
20世紀(jì)60年代后期,隨著生物科學(xué)的蓬勃發(fā)展和仿生學(xué)研究的興起,機(jī)械學(xué)研究者發(fā)現(xiàn)了新的研究方向。他們把仿生學(xué)的原理融入到機(jī)械學(xué)中,以機(jī)械學(xué)為主體,以仿生學(xué)為雙翼,開啟了仿生機(jī)械學(xué)的研究。研究者們模仿生物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和控制原理,設(shè)計(jì)制造出功能更集中、效率更高并具有生物特征的機(jī)械。由于結(jié)合仿生學(xué)而設(shè)計(jì)出來(lái)的機(jī)械系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)、功能、材料、控制、能耗等諸方面更加合理,因而仿生機(jī)械學(xué)的研究目前也得到了更多的重視。
2、仿生機(jī)械的種類有很多,按功能劃分大致可以分為抓取、移動(dòng)、飛行、游動(dòng)等四類。
本課題的主要研究方向?yàn)榉律鷮W(xué)在飛行機(jī)械中的應(yīng)用更多的是在微型飛行器方面(簡(jiǎn)稱MAV),尤其是微型撲翼飛行器(簡(jiǎn)稱FMAV),這是一種模仿鳥類和昆蟲飛行,基于仿生學(xué)原理設(shè)計(jì)制造的新型飛行機(jī)器。不同于傳統(tǒng)飛行理論,FMAV的研究主要從兩個(gè)方面展開:非定常高升力機(jī)理分析和柔性撲翼的氣動(dòng)特性分析。由于沒有具體的理論和經(jīng)驗(yàn)公式可以遵循,目前對(duì)FMAV空氣動(dòng)力學(xué)問題的研究還處于起步階段。
二、國(guó)內(nèi)外仿生機(jī)械學(xué)研究進(jìn)展
1、國(guó)外發(fā)展
20世紀(jì)50年代末,美國(guó)就已經(jīng)在機(jī)械手和操作機(jī)的基礎(chǔ)上,采用伺服機(jī)構(gòu)和自動(dòng)控制等技術(shù),研制出有通用性的獨(dú)立的工業(yè)用自動(dòng)操作裝置,并將其稱為工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人一經(jīng)誕生就得到了廣泛的應(yīng)用,許多單調(diào)、頻繁或是危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境下的作業(yè),?如沖壓、壓力鑄造、熱處理等,均是由工業(yè)機(jī)器人“手”來(lái)完成的。
法國(guó)工程師曾模仿蝗螂的特點(diǎn)制成蝗螂機(jī)器人。螳螂機(jī)器人有兩條長(zhǎng)而靈活的曲臂,可以從各個(gè)方向舉起40公斤的重物:依靠四只各自獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的輪子,能夠在高低不平的地面快速行走,并能夠爬坡和攀登樓梯。它的身體里還裝有攝像機(jī),能夠把工作現(xiàn)場(chǎng)的情況反映給監(jiān)控者。這種機(jī)器人非常適宜在異常危險(xiǎn)的地方進(jìn)行搶險(xiǎn)救護(hù)工作。在仿生移動(dòng)機(jī)械方面,美國(guó)JPL的Go?-?For機(jī)器人和日本Tohoku大學(xué)的ChariotⅡ機(jī)器人是比較杰出的代表。而在仿生飛行器方面,美國(guó)、澳大利亞、俄羅斯、印度、以色列等國(guó)已成立專門研究機(jī)構(gòu),并投入專項(xiàng)研究經(jīng)費(fèi),正在研制和開發(fā)各種性能獨(dú)特的微型飛行器,其中有些微型飛行器已進(jìn)入實(shí)用化研究階段。如加利福尼亞大學(xué)研制的“會(huì)飛的機(jī)器蒼蠅?!?
2、國(guó)內(nèi)發(fā)展
國(guó)內(nèi)的仿生機(jī)械學(xué)研究起步相對(duì)比較晚,但目前也已經(jīng)取得了一定的成果。如吉林大學(xué)地面機(jī)械仿生技術(shù)實(shí)驗(yàn)所在對(duì)松軟地面仿生移動(dòng)機(jī)械方面的研究處于比較領(lǐng)先的地位。上海交通大學(xué)、中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究、國(guó)防科技大學(xué)等單位相繼研制出了蛇形機(jī)器人樣機(jī)。中科院?沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所和北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研究所也曾研制出機(jī)器魚樣機(jī)。?
在靈巧手方面的研究國(guó)內(nèi)也取得了相當(dāng)可觀的成果。北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研究所在國(guó)家國(guó)家“863”智能機(jī)器人主題支持下,研制出了能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單抓持和操作作業(yè)的3指9自由度靈巧手;哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所則研制出了高靈活性的仿人手臂及擬人雙足步行機(jī)器人。其仿人手臂具有工作空間大、關(guān)節(jié)無(wú)奇異姿態(tài)、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn),通過軟件控制可實(shí)現(xiàn)避障、回避關(guān)節(jié)極限和優(yōu)化動(dòng)力學(xué)性能等。雙足步行機(jī)器人為關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu),具有12個(gè)自由度,可以完成仿人步行的動(dòng)作?
相比國(guó)外而言,國(guó)內(nèi)的仿生學(xué)機(jī)械仍要落后一些,仍有很大的發(fā)展?jié)摿Α?
三、研究目的及意義
仿生機(jī)械鳥是模仿鳥類的飛行原理,與普通飛行器相比,尺寸較小、便于攜帶、飛行靈活,可原地或在很小場(chǎng)地起飛,并具有較好的飛行特性和空中懸停能力,能完成其他飛行器所無(wú)法執(zhí)行的任務(wù)等優(yōu)點(diǎn)。仿生機(jī)械鳥在礦井救災(zāi)、搶險(xiǎn)、有毒害環(huán)境下搜救及在日常生活方面有較好的應(yīng)用, 在礦井及有毒害環(huán)境下可進(jìn)行搜救、探測(cè)與環(huán)境監(jiān)測(cè),在日常生活中可提供空中拍攝和短距離小物品送達(dá)等。相比較現(xiàn)在的四軸飛行器如知名的大疆無(wú)人機(jī),撲翼飛行鳥有更小的噪音,和更長(zhǎng)的續(xù)航里程。
課題類型:課題類型: A-理論探究型 B-實(shí)踐應(yīng)用型
本課題的研究?jī)?nèi)容
1、 研究?jī)?nèi)容
通過分析鳥類飛行原理,設(shè)計(jì)出一種模擬鳥類撲翼飛行姿態(tài)的機(jī)構(gòu),依仿生鳥的受力情況,確定其的驅(qū)動(dòng)方式、關(guān)節(jié)傳動(dòng)方式。 利用 Pro/E 對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維建模、運(yùn)動(dòng)仿真分析,通過對(duì)樣機(jī)相關(guān)的試驗(yàn),驗(yàn)證機(jī)構(gòu)的可行性和合理性。
1、 收集資料(相關(guān)的書籍5本以上,文獻(xiàn)資料不少于10篇);
2、 繪制工作原理圖(機(jī)械、電氣圖);
3、 將機(jī)械圖繪制成三維裝配圖,并能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)仿真;
4、 撰寫論文要符合論文規(guī)范要求,不少于10000字;
5、 翻譯相關(guān)英文文獻(xiàn)一篇,不少于3000字(英譯漢)。
本課題研究的實(shí)施方案、進(jìn)度安排
2、 仿生機(jī)械鳥機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
仿生機(jī)械鳥運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)由翅膀撲翼飛行機(jī)構(gòu)、翅膀折疊機(jī)構(gòu)、頭部搖擺機(jī)構(gòu)、尾部變向機(jī)構(gòu)和腿部行走機(jī)構(gòu)等組成,如圖 1 所示。
圖1 仿生機(jī)械鳥設(shè)計(jì)方案
1. 頭部搖頭機(jī)構(gòu) 2. 翅膀撲翼機(jī)構(gòu) 3. 翅膀折疊機(jī)構(gòu) 4. 尾部變向機(jī)構(gòu) 5. 腿部行走機(jī)構(gòu)
頭部和尾部的搖擺采用并聯(lián)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu);驅(qū)動(dòng)頭部搖擺和尾部轉(zhuǎn)向的電動(dòng)機(jī)選用微型直流電機(jī);翅膀折疊采用平行四邊形機(jī)構(gòu),翅膀的上下?lián)鋭?dòng)使用曲柄搖桿機(jī)構(gòu);驅(qū)動(dòng)翅膀上下?lián)鋭?dòng)和折疊的電動(dòng)機(jī)選用微型直流電機(jī)。 腳部直線行走選用單自由度六桿步行機(jī)構(gòu),驅(qū)動(dòng)行走的電機(jī)選用微型直流電機(jī)。 整機(jī)總重量控制在 1 kg 以下。
3、進(jìn)度安排
1、1—3 周,主要進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作,熟悉題目,收集資料,進(jìn)行畢業(yè)實(shí)習(xí),
2、4—5周,明確研究目的和任務(wù),構(gòu)思總體方案;
3、6—7周,開題報(bào)告,翻譯相關(guān)英文文獻(xiàn);
4、8—9周,設(shè)計(jì)計(jì)算,繪制工作原理圖(機(jī)械、電氣圖);
5、10周,繪制成三維裝配圖,并能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)仿真;
6、11—13周,編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文,準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯
已查閱的主要參考文獻(xiàn)
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