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仿生蝴蝶

指导教师:庄春刚 项目成员:夏昕玥、田云秀、梁哲诚、李靖凯、夏彬彬

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项目简介

项目概述

本项目致力于设计并制造一款基于 STM32G031 微控制器的仿生扑翼飞行器(仿生蝴蝶)。在机械结构上,项目采用轻量化的实心碳纤维杆构建骨架,并配合1.26 PET 薄膜制作具有气动弹性变形能力的翅膀 。动力与控制系统方面,采用左右双电机独立驱动配合3级减速齿轮箱,以模拟昆虫高扭矩、低频次的扑动特性,并集成 AS5600 磁编码器实现闭环反馈控制 。此外,系统利用 ELRS 无线通信协议解析 CRSF 信号,实现了低延迟的远距离遥控功能


项目目标

项目的核心目标是攻克扑翼机对重量敏感及控制复杂的难题,实现稳定可控的仿生飞行。具体技术目标包括:

多模式运动控制: 实现停机中位校准滑翔姿态锁定以及基于余弦波轨迹生成的扑动飞行三种状态机的切换

精准姿态控制: 利用位置式 PID 算法与磁编码器反馈,通过改变扑动频率控制升力,通过改变左右翅膀的拍打幅度差(偏航)来实现差速转向

动力学优化: 将电机高转速转换为适合扑翼的5 - 15Hz低频往复运动,确保能够有效克服空气阻力产生推力


项目成果

经过硬件集成与算法调试,项目成功完成了仿生蝴蝶的实物制作与飞行测试,主要成果如下:

飞行性能: 实现了5 - 15Hz的稳定扑动频率,高频下振幅可达±30°,能够产生充足的飞行升力

操控灵活性: 实现了灵敏的差速转向,左右翅膀幅度差可控在5 - 10°,转向半径小于1.5米,且响应无延迟

续航与稳定性: 在使用7.4V 65mAh电池的情况下,持续扑动模式续航约12分钟,滑翔模式可达18分钟;连续飞行测试中主控板运行稳定,电机温度控制在45℃以下,验证了系统设计的可靠性


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