КОНСТРУКЦИЯ И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РОБОТА-ОРНИТОПТЕРА, ОСНАЩЕННОГО КРЫЛЬЯМИ И ХВОСТОМ

В работе рассматривается орнитоптер, полет которого имитирует полет птицы. Робот состоит из корпуса, двух складывающихся крыльев и хвоста. Крен орнитоптера обеспечивается взмахами крыльев, а тангаж и рысканье - поворотами хвоста в двух плоскостях. При переходе к расчетной схеме устройства каждое крыло заменяется двумя звеньями, соединенными между собой и с корпусом при помощи цилиндрических шарниров, оси всех шарниров параллельны продольной оси робота. Для осуществления взмахов в устройстве используются два механизма. Один из них (механизм взмахов) непосредственно обеспечивает колебания крыльев относительно корпуса, а также изменение их площади за счет сложения при движении вверх и разложения при движении вниз. Данный механизм состоит из двигателя и кривошипно-шатунно-коромыслового механизма. Второй механизм (поворота элеронов на крыльях) позволяет крыльям помимо взмахов дополнительно изгибаться во время движения, тем самым обеспечивая "загребание" воздуха и дополнительное управление площадью крыльев: ее уменьшение при движении крыльев вверх и увеличение при движении крыльев вниз. Хвост связан с корпусом за счет сферического шарнира и двух кривошипно-шатунных механизмов. При помощи одного из механизмов хвост поворачивается относительно продольной оси корпуса в горизонтальной плоскости, а при помощи другого - в вертикальной. Для данного робота предложена система управления полетом, обеспечивающая движение робота по заданной траектории. Система управления включает в себя блок управления и устройство управления (орнитоптер). Блок управления образован модулями задающих воздействий и расчета углов, а также компаратором и регулятором. Устройство управления включает в себя приводы, звенья (крылья и хвост) и корпуса робота. Управление осуществляется по шести обобщенным координатам, определяющим положение и ориентацию корпуса в пространстве. Для этого используется восемь обратных связей по углам поворота крыльев и хвоста робота относительно его корпуса.

орнитоптер, крылья, хвост, сложение крыльев, разложение крыльев, элероны, система управления, обратная связь, структурная схема, ornithopter, wings, tail, add of wings, expansion of wings, ailerons, control system, feedback, block diagram

1. DeLaurier J.D. An ornithopter wing design // Canadian aeronautics and space journal. 1994. Vol. 40. N 1. P. 10-18.

2. Brooks A.N. Development of a wing-flapping flying replica of the largest Pterosaur // AIAA. 1985. Pp. 85-1446.

3. Craparo E., Ingram B. A micro-sized ornithopter wing design // 41st aerospace sciences meeting and exhibit. 2003. Pp. 1-9.

4. Larijani R.F. A non-linear aeroelastic model for the study of flapping-wing flight // University of Toronto institute for aerospace studies. 2000. P. 153.

5. Wissa A.A., Tummala Y., Hubbard J.E., Frecker M.I. Passively morphing ornithopter wings constructed using a novel compliant spine: design and testing. Smart Materials and Structures. 2012. Vol. 21. N 9, Р. 1-9.

6. Roget B., Sitaraman J., Harmon R., Grauer J., Hubbard J., Humbert S.Computational Study of Flexible Wing Ornithopter Flight. J. of Aircraft. 2009. Vol. 46. N 6. Р. 2016-2031.

7. Malik M.A., Ahmad F. Effect of Different Design Parameters On Lift, Thrust and Drag of an Ornithopter. Proc. of the World Congress on Engineering. London, U.K. 2010. Vol. II. Рp. 1460-1465.

8. Яцун С.Ф., Ворочаева Л.Ю., Ефимов С.В. Режимы движения орнитоптера со складывающимися крыльями // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия Техника и технологии. 2016. № 4(21). С. 141-150.

9. Ворочаева Л.Ю., Ефимов С.В., Локтионова О.Г., Лушников Б.В., Яцун С.Ф. Моделирование движения летательного аппарата с машущим крылом // Cloud of Science. 2016. Т. 3. № 4. С. 603-616.

10. X. Deng, L. Schenato, S. Sastry. Model identification and attitude control scheme for a micromechanical flying insect // International Conference Control, Automation, Robotics and Vision, Singapore, Singapore. 2002. Р. 1-6.

11. Fuller S.B. Karpelson M., Censi A., Ma K.Y. , WoodR.J. Controlling free flight of a robotic fly using an onboard vision sensor inspired by insect ocelli // J. Soc. Interface. 2014. 11(97). Рр. 1-14.

12. Fuller S.B., HelblingE.F., ChirarattananonP., Wood R.J. Using a MEMS gyroscope to stabilize the attitude of a fly-sized hovering robot // IMAV 2014: International Micro Air Vehicle Conference and Competition. 2014. Рр. 1-8.

13. Baek S.S., Garcia Bermudez F.L., Fearing R.S. Flight control for target seeking by 13 gram ornithopter // Intelligent Robots and System, San Francisco, CA, USA. 2011. Рр. 1-8.

14. Grauer J.A., Hubbard J.E. Multibody Model of an Ornithopter // J. of Guidance, Control, and Dynamics. 2009. Vol. 32. N. 5. Рр. 1675-1679.