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2 方案分析

2.1. 工作原理分析
(1) 此次设计的扑翼机根据昆虫的翅膀进行的仿生设计，通常昆虫的翅膀有四片，围绕躯干作上下的摆动，向下摆动时下侧翅膀展开，上侧翅膀向上折叠成V字形，下侧翅膀向下折叠的V字形[1]。由于上下翅膀在摆动时的受力面积不同，产生的反作用力也不同，从而产生向上升起的力，当两侧翅膀摆动产生的上升力大于自身重力时，既可飞行[12]。
(2) 通过调节可活动的机翼骨架的长度来调整扑翼运动时所产生的力，从而控制扑翼机更加稳定的飞行。后调整机身的长度，来控制飞行时的平衡。
(3) 最后通过选择电机的转数和额定功率，控制动力的输出，找到合适的临界点，即扑翼运动产生的力大于但不远大于自身重力，从而稳定的飞行。
2.2 结构组成分析
(1)齿轮连动机构
通过电机带动主轴齿轮转动，主轴齿轮转动时上面的减速齿轮带动其中一个连动齿轮转动，再由连动齿轮带动另一个连动齿轮转动，来完成主体齿轮的连动[2]。如图2.1所示。

图2.1 齿轮连动机构
(2)扑翼部分
扑翼包括两个可以活动的主骨架，四个翅膀支撑框架组成[15]。通过齿轮转动带动两个对称连杆运动，连杆与两侧扑翼连接，故扑翼运动[3]。如图2.2所示。

图2.2 扑翼部分
扑翼上有四个翅膀支撑框架，翅膀骨架上带有四片机翼，通过扑翼运动产生的上升力来带动整个机体的飞行。良好的材料能够使扑翼像鸟类的翅膀一样具有柔韧性，灵活性[4]。如图2.3所示。

图2.3 翼片部分

3 三维建模及渲染

3.1 建模
由于本次项目所介绍的扑翼机需要严格遵守模型的尺寸，所以1:1进行建模。用Solidworks 2016建模软件，通过对照实物尺寸、拟定方案，进行建模[6]。
建模方案如下：利用solidworks 2016软件对主体骨架进行三维建模，然后对主传动齿轮进行三维建模，再对两个机翼传动齿轮进行三维建模，最后对机翼和插销进行三维建模，零件模型全部建造好之后在主体上进行安装，最终完成扑翼机的三维结构[13]。
步骤如下：
(1)三角架及机身建模：首先进入solidworks 2016软件的零件模块，选择基准面，绘制出三角架主体部分草图[7]，完成草图绘制，执行“拉伸凸台/基体”命令，给定参数，之后在模型后视面绘制草图，同样执行“拉伸凸台/基体”命令，建立出机身部分，完成后如图3.1所示。

图3.1 三角架及机身
(2)主传动齿轮建模：首先进行草图绘制，执行“拉伸凸台/基体”命令，给定参数后拉伸草图。之后在拉伸表面绘制草图，重复执行执行“拉伸凸台/基体”命令，之后在齿轮中央绘制草图执行“拉伸切除”命令，拉伸出齿轮内孔，之后在齿轮后侧绘制草图，执行“拉伸切除”命令，拉伸出减重槽[8]。完成后如图3.2所示。

4 动态展示实现

项目的整个流程包含产品的三维建模、仿真动画的制作、后期包装剪辑以及宣传册和海报的设计、最终进行实物模型的制作。每一个步骤，都需要按部就班、仔仔细细的操作。由于本次项目是仿真模型，需要1:1还原模型的真实尺寸。在精细模型的基础上，进行仿真动画模型的绑定工作，严格按照要求制作动画。材质的赋予使影片更加有质感。调整完毕后，进行动画制作。
4.1 动画制作
动画根据视觉原理，动画实际上由一系列的静止图像组成的画面。当这些图像快速的在眼前运动时，就会让我们产生一种生理幻觉，变成活动的影像。医学证明，人类的眼睛和大脑能够暂时留存影像，当人们看到某一幅画面后，0.34秒内不会消失。根据这一原理，在上一幅画面还没有在记忆中消失的时候就播放下一幅画面，造成了一种流畅的视觉变化效果。人们根据这个原理制作出了可以在一定时间内播放适当数量静态画面的设备，连续不断的播放三维静态图片，让从而感觉到这些图像运动起来了，进而形成了动画。
动画制作的目的是生动形象展示扑翼机构，所以具体思路如下：动画开始扑翼机构开始运动，一段时间之后镜头拉近展示传动机构和连动机构，之后旋转到后方展示传动机构后侧，之后镜头转到前方，再将模型进行缩放到视频开始位置。首先，打开模型，进入SolidWorks运动算例制作仿真动画模块[16]，先对模型初始角度进行摆放，以及整体视频时长进行控制，设置视频整体时长为30s。然后将模型给定动力，模拟电机工作时产生的动力，并且将键码调至30s处，使其运动贯穿整个时长。之后点击菜单栏中“马达”按钮，选择和电机直接接触的主轴齿轮给定逆时针旋转方向，模拟动力，如图4.1所示。

图4.1给定电机动力

我们想在6s至8s之间做一个镜头拉近，达到具体展示传动结构的效果。所以右键点击下方的动画控制面板里的“放置键码”，通过调整键码位置来控制第一个关键帧开始的时间，第一个键码放在6s处，第二个键码放置8s处，放置好键码之后将时间轴拉至6s处，在模型上进行一个拉近视角操作。完成后如图4.2所示。

图4.2 6s-8s键码放置

5 宣传册及海报设计

宣传册是利用视觉形象化广告的设计之一。样品册和海报的设计可以有效的提高大众对产品的认知，方便服务项目的介绍，有益于宣传产品。对产品做特别说明，以便引起消费者的注释，引起大众的兴趣爱好。宣传册封皮设计如图5.1所示。

图5.1 宣传册封皮设计
利用平面设计理论与方法、人机工程学操作习惯等依据、品牌推广等手段，进行扑翼机宣传册设计，宣传册设计简洁大方，应满足广大群众的审美要求。宣传册清晰易懂，与主题颜色搭配协调，设计符合扑翼机的风格。塑造产品具有科技感、高品质的形象。利用Photoshop软件进行宣传册的制作、并对海报进行设计，通过调节图形、色彩以及文字的排版，完成宣传册及产品海报的设计。海报设计如图5.2所示。

6 实物模型制作

通过网上购买的齿轮组、连接杆、以及0.5mm、1mm碳棒、对实物模型进行组装，具体步骤如下:
(1)将齿轮安装在机身三角架上，用销固定。
(2)将连动齿轮在确保与主轴齿轮啮合的情况固定在机身三角架上。
(3)将扑翼安装在机身三角架上，并用销固定。
(4)用连杆将齿轮和扑翼连接起来，确保齿轮转动带动扑翼运动。
(5)安装电机，保证电机齿轮和主轴齿轮接触良好。
(6)安装机翼骨架和机身骨架。
(7)安装翼片。
完成后如下图6.1、6.2所示。

图6.1 实物模型图

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