机械学院专栏《科苑·星坛》第十九期准时启航！本期将为大家介绍吕胜男老师。吕老师长期致力于空间折展机构的设计方法、性能分析及其在航天、医疗等领域的应用研究，在机构“型-形”融合设计、含间隙机构精度分析、新型折展机构创新等方面取得系列突破。本期将为本科生提供“仿生折展翼飞行器设计与样机研制”小微项目，从鸟类飞行的折叠与展开中汲取灵感，探索可适应多任务需求的轻量化、高机动仿生飞行器结构。欢迎对机构设计、仿生机器人、航天工程或医疗器械交叉领域有浓厚兴趣，且具备一定CAD建模、编程与动手实践能力的同学加入，一起在“折叠”与“展开”之间，构筑连接理论与应用的创新之桥！

01  个人简介

吕胜男，北京航空航天大学教授、博士生导师，国家级青年人才。主要从事空间折展机构的设计方法及性能分析等，并开展其在航天、医疗领域的应用研究工作。主持国家自然科学基金面上项目、青年项目及航天技术开发项目等多项，参与国家自然科学基金创新研究群体项目、重大项目课题、重点项目、国家重点研发计划智能机器人专项等国家级项目。在International Journal of Mechanical Sciences、Mechanism and Machine Theory等本学科权威期刊及重要学术会议发表论文60余篇，获得IFToMM World Congress最佳论文提名奖、IEEE/IFToMM ReMAR国际会议最佳论文奖、中国机械工程学会优秀论文奖、可展开空间结构学术会议优秀论文奖等。授权国家发明专利15项。担任国际期刊International Journal of Robotic Research（IJRR）编委、宇航空间机构全国重点实验室学术委员会委员等。

02 学术成果

1) 折展机构“型”与结构“形”融合设计方法

针对折展机构“型-形”综合问题，提出了基于运动副公共交线准则的单元机构束状收拢几何算法，建立了含机构/几何耦合参数的单元机构运动学模型，揭示了单元机构运动模型与结构功能形状之间的几何映射关系。此外，建立了含几何特征与运动属性的单元机构组合传递模型，获得了相同/不同类型单元机构的可扩展性规则。

图1 基于面对称Bricard机构单元的折展机构“型-形”综合

2) 折展机构结构综合性能分析与评价方法

折展机构的杆件是具有一定几何形状的非绝对刚体，其杆件间存在大量运动副间隙、各环路之间存在复杂的耦合约束关系。研究建立了一种转动副空间间隙的等价机构模型，提出含多源误差的机构精度调配方法；揭示了间隙转动副稳定接触状态间的连续转变规律，提出了间隙转动副稳定接触的等效运动分析方法，解决了含间隙转动副空间过约束机构在承载时的精度分析难题。

图2 含间隙转动副的过约束机构精度分析

3) 面向航天功能形面要求的新型空间折展机构

面向特定航天功能形面要求，基于典型机构单元通过特定的组合方式和运动形式扩展创新设计了一系列能够紧凑收拢、具有特定功能形面的折展机构：基于同构单元周向/轴向组合的套接式折展机构、可准确拟合给定准线方程的柱面折展机构、具有连续光滑表面的圆环面、抛物柱面折展机构等。

图3 面向航天功能形面要求的新型空间折展机构

4) 基于折展机构原理的取栓支架构型设计与性能优化

将取栓支架的网格结构与折展机构设计相融合，构建了取栓支架层级化构型模型，揭示了支架由局部单元到整体结构的构型演变规律。通过参数优化，实现了结构力学性能与折展特性的协同设计。研制的样机在多平台验证中实现了稳定的展收与取栓操作。与商业支架相比，能更有效防止血栓逃逸，对偏硬血栓的嵌合能力更强，体现出较高的安全性与应用潜力。

图4 基于折展机构原理的微型取栓支架设计及测试

03  项目介绍

仿生折展翼飞行器设计与样机研制

1)项目简介

自然界中，许多具备飞行能力的生物能够灵活地折叠与展开其运动器官，例如鸟类在起飞阶段快速展开双翼以获取最大升力，而在高速俯冲时则收拢翼面以减少气动阻力。受此启发，仿生扑翼飞行器在结构设计中引入了折展机构，使其能够在静止、起飞、巡航等不同飞行阶段实现翼面构型的快速切换，从而在整体尺寸、气动性能与结构防护之间达成更优平衡。此类折展机构不仅增强了飞行器对不同任务与环境的多模态适应能力及运行可靠性，也为实现轻量化、高机动性的仿生飞行系统提供了进一步发展的结构基础与设计空间。

2)所需能力

具备扎实的数理基础

具有良好的动手能力

对机器人与仿生飞行器有浓厚兴趣

熟练使用Solidworks、Creo等CAD工具

具备基本编程能力，了解C/C++、Python等

了解或使用过Altium Designer等PCB设计工具

有科研主动性与团队协作精神

具备开放思维与创新意识

3)相关事项

项目周期：3-9个月

所需人数：1-3名本科生

4)联系方式

电子邮箱：shengnan_lyu@buaa.edu.cn

04  老师寄语

在探索未知的科研旅程中

愿你能以思考为灯、以坚持为路

于实验室日常中看见远方

于反复实践中辨明方向

稳稳迈出属于你学术道路上的第一步