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



0 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

本书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; 0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。

孙长银，东南大学自动化学院教授、博士生导师。已入选*新世纪人才计划。近年来，在《Neural Networks》、《Soft Computing》、《IEEE TAC》、《IEEE TNN》、《中国科学：F辑》等国内外学术期刊上发表学术论文60余篇，其中SCI收录论文29篇，被他引200余篇次。曾获2006年江苏省科技进步一等奖和2007年*自然科学一等奖等多项荣誉或奖励。曾任国家自然科学基金委员会信息科学三处（自动化学科）流动编制项目主任（2007－2009）。主要研究兴趣包括智能控制理论与方法、模式识别等。