В статье рассмотрен малогабаритный летательный аппарат, принцип полета которого аналогичен полету реальных биологических прототипов. Имитация и копирование принципов поведения живых организмов позволяет создавать мобильные устройства, обладающие уникальными свойствами, которые находят конкретное практическое применение. Для проектирования таких систем необходима информация о силах, возникающих при взаимодействии крыльев с потоком воздуха, а также многих других параметрах, определение которых теоретическими методами представляет значительные трудности, поэтому эти данные, так необходимые при разработке и создании роботов, удобно получить на основе экспериментальных исследований, позволяющих определить тяговую и подъемную силы машущего крыла, энергопотребление электроприводов и многое другое. В статье представлен экспериментальный комплекс, позволяющий изучать движение прыгающе-летающего робота с машущим крылом, предложены методики, позволяющие определять тяговое усилие, подъемную силу, энергопотребление и ряд других параметров, определение которых экспериментальными методами не представляется возможным. В результате экспериментальных исследований установлено, что удельное энергопотребление электроприводом машущего крыла, определяемое как отношение потребляемой мощности к создаваемому тяговому усилию, практически линейно зависит от частоты колебаний крыла. Так если, в области низких частот до 30 1/с этот параметр равен примерно 6 Вт/Н, то в области высоких частот 80 1/с он достигает значений 18 Вт/Н, что соответствует энергопотреблению мультироторных систем.
In this paper, a small-sized aircraft, the flight principle of which is similar to the flight of real biological prototypes, is reviewed. Imitation and copying the living organisms’ behavior principles assist to create mobile devices, which have unique characteristics and find specific practical use. To design such systems, it is necessary to have the information about the forces arising from the interaction of the wings with the air flow, and many other parameters, which are difficult to define using theoretical methods, therefore these data, that are necessary when designing and building roots, can be obtained on the basis of experimental studies, which help to determine the lift and traction forces of the moving wing, the power consumption of electric drives and much more. This paper presents the experimental system, which helps to study the motion of a flying-jumping robot with moving wings; besides it proposes some methods, which help to define the traction, lift force, power consumption and a number of other parameters, which are impossible to define using experimental methods. The experimental studies showed, that the specific power consumption of the moving wing electric drives, defined as the ratio of consumed power to the generated traction effort, is almost linearly depends on the oscillation frequency of the wing. Thus, in the low- frequency region up to 30 1/s this parameter is about 6 W/N, but in the high-frequency region 80 1/s it reaches the value of 18 W/N, which corresponds to the power consumption of multirotor systems.
1. Волкова Л.Ю. Динамические режимы разгона прыгающего аппарата / Л.Ю. Волкова, С.Ф. Яцун, О.Г. Локтионова, А.В. Ворочаев // XXV Международная инновационно-ориентированная конференция молодых ученых и студентов (МИКМУС-2013): труды конференции. – М., 2013. – С. 61–65.
2. Попов Н.И., Емельянова О.В., Яцун С.Ф., Савин А.И. Исследование колебаний квадрокоптера при внешних периодических воздействиях // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 1. – С. 28–32.
3. Яцун С.Ф. Исследование динамики робота, перемещающегося с отрывом от поверхности / С.Ф. Яцун, Л.Ю. Волкова, А.В. Ворочаев // МИКМУС-2011: материалы ХХIII Международной инновационно-ориентированной конференции молодых ученых и студентов. – М.: Изд-во ИМАШ РАН, 2011. – С. 145.
4. Caprari G., Siegwart R. Mobile micro-robots ready to use: Alice // In IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. – 2005. – Р. 3295–3300,.
5. Wile G.D., Daltorio K.A., Diller E.D., Palmer L.R., Gorb S.N., Ritzmann R.E., Quinn R.D. Screenbot: Walking inverted using distributed inward gripping // In Robotics and Automation, IEEE International Conference on. – 2008. – Р. 1513–1518.
6. Sibley G.T., Rahimi M.H., Sukhatme G.S. Robomote: A tiny mobile robot platform for large-scale ad-hoc sensor networks // In IEEE International Conference on Robotics and Automation. – 2002. – Р. 1143–1148.
7. Burdick J., Fiorini P. Minimalist jumping robot for celestial exploration // The Internation Journal of Robotics Research. – 2003. – № 22(7). – Р. 653–674,.
8. Roberts J.F., Zufferey J.-C., Floreano D. Energy management for indoor hovering robots // In IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. – 2008. – Р. 1242–1247.
9. Zufferey J.-C., Klaptocz A., Beyeler A., Nicoud J.-D., Floreano D.A 10-gram vision-based flying robot // Advanced Robotics, Journal of the Robotics Society of Japan. – 2007. – № 21(14). – Р. 1671–1684.
10. Klaptocz G., Boutinard Rouelle A., Briod J.-C., Zufferey Floreano D.. An indoor flying platform with collision robustness and self-recovery // In IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. – 2010.
11. Fenelon M.A. Biomimetic flapping wing aerial vehicle. In Proceedings of the 2008 IEEE International // Conference on Robotics and Biomimetics. – Bangkok, Thailand, 21–26 February 2009. – Р. 1053–1058. IEEE, 2009.
12. Oppenheimer M., Doman D., Sightorsson D. Dynamics and control of a biomimetic vehicle using biased wingbeat forcing functions // Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 34(1): pp. 204–217, 2011.
13. Dudley R. The Biomechanics of Insect Flight: Form, Function, Evolution. Princeton University Press, Princeton, NJ, 2000.
14. Fukui R., Torii A., Ueda A. Micro robot actuated by rapid deformation of piezoelectric elements. In International Symposium on Micromechatronics and Human Science, Р. 117–122, 2001.
15. Fearing R.S., Chiang K.H., Dickinson M.H., Pick D.L., Sitti M., Yan J. Wing transmission for a micromechanical flying insect // In IEEE International Conference on Robotics and Automation. – 2000. – Р. 1509–1516.
16. Deng X., Schenato L., Wu W., Sastry S. Flapping flight for biomimetic robot insects: Part i – system modeling // IEEE Transactions on Robotics, 22(4), August 2006.