描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787122330727丛书名: “中国制造2025”出版工程
本书第1章介绍了仿生扑翼飞行机器人的研究现状与应用情况; 第2章集中介绍了在进行仿生扑翼飞行机器人系统建模和稳定性分析时所用到的基础理论; 第3 章至第5 章分别针对单柔性翼系统、双柔性翼系统和刚柔混合扑翼系统进行建模分析, 并对不同结构的仿生扑翼飞行机器人柔性翼进行动力学分析、边界控制器设计以及系统稳定性证明; 第6 章针对仿生扑翼飞行机器人系统中存在的输出约束问题进行研究, 设计能够解决输出约束限制的主动边界控制器; 第7章通过ADAMS设计和搭建3D半实物仿真平台, 并联合SIMULINK对边界扰动情况下柔性梁PD控制和边界控制进行仿真模拟验证; 第8章设计神经网络控制算法来对仿生扑翼飞行机器人的位姿进行自主控制分析; 第9章详细介绍一款舵机驱动仿生扑翼飞行机器人的机械结构设计以及硬件系统搭建; 第10章设计了仿生扑翼飞行机器人的飞行实验。
本书适合机器人设计相关专业的人员阅读参考。
第1 章 绪论 / 1
1.1 引言 / 2
1.2 扑翼飞行机器人的发展历史 / 3
1.2.1 国外研究现状 / 3
1.2.2 国内研究现状 / 10
1.3 应用前景 / 13
第2 章 基础理论 / 14
2.1 引理 / 15
2.2 Hamilton 原理 / 15
2.3 柔性梁振动控制理论 / 16
2.4 自适应神经网络控制 / 17
2.5 稳定性分析方法 / 21
第3 章 仿生扑翼飞行机器人单柔性翼控制系统设计 / 24
3.1 单柔性翼建模与动力学分析 / 25
3.2 单柔性翼边界控制器设计及稳定性分析 / 29
3.3 MATLAB 数值仿真 / 37
3.4 本章小结 / 41
第4 章 仿生扑翼飞行机器人双柔性翼控制系统设计 / 42
4.1 双柔性翼建模与动力学分析 / 43
4.2 双柔性翼边界控制器设计及稳定性分析 / 46
4.3 MATLAB 数值仿真 / 54
4.4 本章小结 / 57
第5 章 仿生扑翼飞行机器人刚柔混合扑翼控制系统设计 / 59
5.1 刚柔混合扑翼建模与动力学分析 / 60
5.2 刚柔混合扑翼边界控制器设计及稳定性分析 / 65
5.3 MATLAB 数值仿真 / 73
5.4 本章小结 / 78
第6 章 带有输出约束的柔性翼的控制系统设计 / 79
6.1 带有输出约束的柔性翼控制模型 / 80
6.2 稳定性分析 / 81
6.3 MATLAB 数值仿真 / 88
6.4 本章小结 / 92
第7 章 扑翼飞行机器人仿真平台 / 93
7.1 ADAMS 与SIMULINK 的联合仿真 / 94
7.1.1 仿真平台功能介绍 / 94
7.1.2 动力学仿真实例 / 98
7.1.3 结果分析 / 105
7.2 基于XFlow 的空气动力学仿真 / 105
7.2.1 XFlow 仿真软件介绍 / 105
7.2.2 扑翼拍动速度对升力影响的仿真分析 / 106
7.2.3 结果分析 / 109
7.3 本章小结 / 109
第8 章 仿生扑翼飞行机器人的位姿自主控制 / 110
8.1 建模方法及动力学分析 / 111
8.2 控制器设计 / 113
8.2.1 姿态控制 / 113
8.2.2 位置控制 / 120
8.3 MATLAB 数值仿真 / 121
8.4 本章小结 / 129
第9 章 仿生扑翼飞行机器人软硬件设计及架构 / 130
9.1 硬件系统设计与构建 / 131
9.1.1 机械结构及外观设计 / 132
9.1.2 舵机控制系统 / 140
9.1.3 飞控电路板 / 145
9.2 软件系统设计与集成 / 151
9.2.1 无线链路和通信控制 / 153
9.2.2 地面站工作界面 / 156
9.3 本章小结 / 160
第10 章 飞行实验 / 161
10.1 定高飞行 / 162
10.1.1 硬件系统设计 / 163
10.1.2 扑翼飞行机器人位置捕获 / 167
10.1.3 系统上位机设计 / 177
10.1.4 视觉反馈飞行控制实验 / 184
10.2 自主起飞 / 189
10.2.1 运载车结构设计 / 189
10.2.2 软硬件系统设计 / 190
10.2.3 自主起飞实验过程 / 194
10.2.4 数据分析 / 197
10.3 本章小结 / 200
参考文献 / 201
索引 / 211
仿生扑翼飞行机器人是一种模仿昆虫或鸟类飞行的仿生机器人，具有效率高、质量轻、机动性强、能耗低等显著优点，在国防军事以及民用领域都具有广阔的应用前景。
仿生扑翼飞行机器人是集合了仿生学、空气动力学、机械学、控制科学等多门前沿学科的一类先进飞行机器人。相较于固定翼和旋翼飞行器，仿生扑翼飞行机器人具有较高的集成度，能够有效地利用势能，适于完成长时间、远距离、无能源补充条件下的飞行任务。但是，仿生扑翼飞行机器人的柔性翼易受到空气气流的影响，产生不良的机械振动，因此，在仿生扑翼飞行机器人进行机械结构设计以及控制设计时，需要考虑其中存在的振动抑制等难题。同时，仿生扑翼飞行机器人要完成侦查、搜救等特殊任务，必须设计自主控制系统，实现任务规划与航迹生成，能够自主调节飞行姿态，具备自主飞行能力。扑翼飞行机器人的动力学模型非常复杂，其本身是一个非线性的刚柔耦合分布参数系统，在输入输出约束的情况下直接对这样复杂的无穷维分布参数系统进行振动控制方法研究，无论是在柔性结构的振动控制问题上，还是在飞行机器人自主控制领域，都是一个巨大的挑战。
本书以仿生扑翼飞行机器人系统建模与样机设计为主线，第1 章介绍了仿生扑翼飞行机器人的研究现状与应用情况；第2 章集中介绍了在进行仿生扑翼飞行机器人系统建模和稳定性分析时所用到的基础理论；第3～5 章分别针对单柔性翼系统、双柔性翼系统和刚柔混合扑翼系统进行建模分析，并对不同结构的仿生扑翼飞行机器人柔性翼进行动力学分析、边界控制器设计以及系统稳定性证明；第6 章针对仿生扑翼飞行机器人系统中存在的输出约束问题进行研究，设计能够解决输出约束限制的主动边界控制器；第7 章通过ADAMS 设计和搭建3D 半实物仿真平台，并联合SIMULINK 对边界扰动情况下柔性梁PD 控制和边界控制进行仿真模拟验证，此外，还采用XFlow 软件模拟仿生扑翼飞行机器人在不同运动状态下的受力情况；第8 章设计神经网络控制算法来对仿生扑翼飞行机器人的位姿进行自主控制分析；第9 章详细介绍一款舵机驱动仿生扑翼飞行机器人的机械结构设计以及硬件系统搭建；第10 章设计了仿生扑翼飞行机器人的飞行实验。最后，对全书内容进行总结，并对仿生扑翼飞行机器人的研究方向做出展望。本书的所有内容均由作者及其团队的科研成果整理所得，是作者针对扑翼飞行机器人研究的阶段性总结，希望能够为仿生扑翼飞行机器人控制理论的发展与研究起到一定的推动作用。
本书由北京科技大学贺威教授和东南大学孙长银教授著。在此，感谢台湾淡江大学杨龙杰教授对本书中仿生扑翼飞行机器人的设计所提供的指导和帮助，也向先后参加本书相关内容研究的各位研究人员穆新星、尹曌、何修宇、吕垌、孟亭亭、陈宇楠、闫子晨、谢文珍、黄海丰、康业猛、汪婷婷、黄恺、冯富森、丁施强、汪华健、卢子瑜及王彦博等表示由衷感谢！
本书的研究和出版得到了国家自然科学基金项目（61522302、61520106009、U1713209）和北京市自然科学基金项目（4172041）的资助和支持。
由于仿生扑翼飞行机器人涉及多门学科前沿，其理论、技术与应用还在不断发展之中，加之笔者研究水平有限，书中不妥之处，敬请广大同行和读者予以批评指正。
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