一种扑动-折叠-主动扭转混合驱动的仿生扑翼飞行器制造技术

技术编号:19705067 阅读:93 留言:0更新日期:2018-12-08 15:04
本发明专利技术公开了一种扑动‑折叠‑主动扭转混合驱动的仿生扑翼飞行器,仿生扑翼飞行器包括机身本体、扑动机构、扭转机构、两侧机翼和尾翼机构,机身包括通过固定轴连接的前固定框和后固定框,前固定框上装有扑动传动齿轮,后固定框上装有扭转传动齿轮,传动齿轮通过传动装置与扑翼骨架相连。扑动电机启动时,扑动电机输出轴上的同步带轮转动,带动扑翼传动齿轮转动,实现机翼的扑动折叠运动。同理,扭转电机启动,实现机翼的扭转运动;尾翼传动机构固定在机身尾部,通过调节尾翼舵机实现飞行器的转向。整体飞行器包含两个电机,增加了飞行器的灵活性,提高了飞行效率,真实的模仿鸟类翅膀运动方式,能够实现多种飞行功能。

【技术实现步骤摘要】
一种扑动-折叠-主动扭转混合驱动的仿生扑翼飞行器
本专利技术属于飞行器领域,涉及一种仿生扑翼飞行器
,具体涉及一种扑动-折叠-主动扭转混合驱动的仿生扑翼飞行器。
技术介绍
仿生扑翼飞行器是一种模仿鸟类和昆虫飞行,基于仿生学原理设计制造的新型飞行机器。仿生扑翼飞行器通常具有尺寸适中、便于携带、飞行灵活、隐蔽性好等特点,因此在民用和国防领域有十分重要而广泛的应用。目前,研究的扑翼飞行器大多为单自由度机构,这类驱动方式结构简单、重量轻,实现的运动形式单一,飞行灵活性和稳定性无法与飞行生物相比。专利(CN106043692A)提供了一种集合扑翼挥拍、扭转、弯曲折叠的多自由度仿鸟扑翼飞行器,虽然能实现多自由度运动,但驱动件多,质量大,结构复杂,不易微型化。专利(CN105329443A)公开了一种结构简单、能够实现扑动和扭转两个自由度运动、飞行灵活和有效升力大的扑动-扭转耦合运动扑翼飞行器,但为了使其微型化,使用一个驱动原动件,不能同时实现多个运动形式,扑翼变形是在气动力的作用下被动变形,飞行品质的好坏完全取决于扑翼柔性程度的控制,对外形的要求很高,并且扑翼机的传动机构不够灵活,可以实现的运动模式固定,不能独立改变飞行过程中翅膀的扑动角度或扭转角,不能真实的模仿鸟类灵活的飞行姿态。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的以上缺陷或改进需求,考虑了扑翼形状变化和扑动角度之间的关系,提供了一种扑动-折叠-主动扭转混合驱动的仿生扑翼飞行器,其基于现有飞行器的工作特点,针对飞行器进行了研究和设计。通过控制蒙皮的柔性变形改善扑翼的气动性,使扑翼的运动更符合生物翅膀运动的形态和生物飞行的空气动力学原理,使之更接近鸟类翅膀柔性扑动的真实情况,从而提高了飞行器的承载能力和续航能力。为实现上述目的,本专利技术采用的技术方案是:一种扑动-折叠-主动扭转混合驱动的仿生扑翼飞行器,其特征在于:包括机身本体、扑动机构、扭转机构和位于机身本体两侧对称设置的机翼,以机身本体头部为前方,尾部为后方;所述扑动机构包括扑动电机以及与两个机翼对应的曲柄齿轮一,两个曲柄齿轮一相互啮合且对称的安装在机身本体前端底部,其中一个曲柄齿轮一与扑动电机动力传动相连;所述机翼包括连杆一、连杆二、连杆三、摇杆以及多个翼面支撑板,所述连杆一、连杆三、摇杆及连杆二首尾铰接相连组成四边形连杆机构,其中靠近机身本体一侧的连杆一向下延伸并在底部铰接在相应侧曲柄齿轮一的偏心处,位于顶部的连杆三中部通过转动副安装在机身本体前端顶部,远离机身本体的摇杆向下延伸作为翼面支撑板的支撑,其中至少一个翼面支撑板通过转动副安装在连杆三上,一个或多个翼面支撑板通过转动副安装在摇杆上,每个机翼上的所有翼面支撑板均通过蒙皮相连组成一个翅翼,扑动机构通过扑动电机驱动曲柄齿轮一旋转,曲柄齿轮一通过四连杆机构带动机翼扑动;所述扭转机构有两个,分别用于驱动相应的机翼扭转运动,其包括曲柄齿轮二、扭转连杆一、扭转连杆二、扭转连杆三、连杆五、连接轴一、连接轴二和连接轴三,所述曲柄齿轮二安装在机身本体中部,所述扭转连杆一和扭转连杆二相互平行且均在前端通过转动副安装在连杆三上,连接轴一垂直的固定连接在扭转连杆一中部,连接轴一另外一端与扭转连杆二固定相连并向外伸出,且连接轴一至少穿过一个安装在连杆三上的翼面支撑板,其中靠近机身本体的扭转连杆一外伸端部通过球面副与连杆五顶端相连,连杆五下端通过球面副连接在曲柄齿轮二上偏心处,扭转连杆三一端通过转动副安装在摇杆上,另外一端设有与之垂直且固定相连的连接轴三,连接轴三至少穿过一个安装在摇杆上的翼面支撑板,连接轴三另一端设有与之通过球面副相连的连接轴二,连接轴二另一端与连接轴一外伸的端部通过球面副相连;两个扭转机构的曲柄齿轮二相互啮合安装,其中一个曲柄齿轮二通过扭转电机驱动旋转,曲柄齿轮二通过连杆五带动扭转连杆一上下摇动,扭转连杆通过连接轴一带动翼面支撑板及其上的蒙皮相对于连杆三上下摇动,从而改变机翼的攻角。作为改进,所述机身本体包括前固定框、后固定框、机身板和电机固定机架,所述前固定框和后固定框为形状相同的四边形框架,两者顶部之间通过左右孔固定杆固定相连,底部之间通过电机固定机架固定相连,组成立体框架,机身板垂直贯穿前固定框和后固定框并与两者固定相连。作为改进,所述扑动电机安装在电机固定机架前部,曲柄齿轮一通过齿轮安装轴安装在前固定框的底部两侧,扑动电机通过同步带结构与其中一个曲柄齿轮一动力传动相连。作为改进,所述扭转电机安装在电机固定机架后部,曲柄齿轮二通过齿轮安装轴安装在后固定框的底部两侧,扭转电机通过同步带结构与其中一个曲柄齿轮二动力传动相连。作为改进,所述连杆三、连杆二及安装在其上的翼面支撑板一起组成前段机翼,摇杆及安装在其上的翼面支撑板组成末端机翼,前段机翼的翼面支撑板上还设有供连杆二自由穿过的矩形孔,通过矩形孔限制该翼面支撑板相对于连杆三的旋转角度。作为改进,所述机身板尾部设有尾翼机构,所述尾翼机构包括两个镜像对称的尾翼和调整尾翼倾斜角度的角度调整装置,每个尾翼均为前端小后端大的梯形平面结构,两个尾翼前端均销轴安装在机身板尾部,两个尾翼通过两个角度调整装置分别调整其与水平面的夹角。作为改进,所述角度调整装置包括尾翼舵机、舵臂、尾翼连杆和尾翼摇杆,所述尾翼舵机通过舵机固定板安装在机身板尾部,尾翼舵机的输出轴与舵臂一端固定相连,舵臂另一端通过尾翼连杆与尾翼摇杆一端铰接相连,尾翼摇杆中部通过转动副安装在相应尾翼的销轴上,尾翼摇杆另一端与相应尾翼固定相连,尾翼舵机通过舵臂和尾翼连杆驱动相应的尾翼绕其销轴转动,实现尾翼上下角度调整。作为改进,所述扑动电机和扭转电机均为可调整频率的伺服电机,所述立体框架底部设有用于支持整个机身本体的机身支撑杆。作为改进,所述翼面支撑板均为前大后小的流线型结构,翼面支撑板本身上部为上凸弧形,下部为内凹弧形,使得蒙皮连接翼面支撑板组成的翅翼翼型为上凸下凹的外形,这样可以减小上扑的负升力,同时增大下扑的升力,通过设计调整五个翼面支撑板的尺寸和形状调节整个机翼形状。作为改进,所述蒙皮为非金属织物蒙皮。所述扑翼机构可以改变扑动电机和扭转电机的转速,能够改变扑动角度和扭转角度,扑翼采用多级杆件,使得翅膀在扑动过程中可以折叠展开,可以更好的增加升力和减小负升力;同时,扑翼在飞行方向通过扭转机构进行主动扭转,从而产生更大的升力和推力;所述扑翼飞行器呈左右对称结构,因此扑动有很好的对称性,在飞行中有很好的稳定性,扭转角的大小随着翅翼在上下扑动中所处的位置而有所变化,增加了飞行器的灵活性,提高了飞行效率,真实的模仿鸟类翅膀运动方式,能进行多飞行姿态调整。整体仿生扑翼飞行器包含两个电机,增加了飞行器的灵活性,提高了飞行效率,真实模仿鸟类翅膀运动方式,能够实现多种飞行功能。总体而言,通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比,本专利技术提供的一种扑动-折叠-主动扭转混合驱动的仿生扑翼飞行器主要具有以下有益效果:1.所述整体飞行器包含两个电机,扑翼机构可以改变扑动电机和扭转电机的转速,能够改变扑动角度和扭转角度,扑翼采用多级杆件,使得翅膀在扑动过程中可以折叠展开,扑翼弯曲折叠使扑翼上扑时受力面积减小阻力更小,下扑时翼展面积最大,同时,扑翼在飞行方向通过扭转机构进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扑动‑折叠‑主动扭转混合驱动的仿生扑翼飞行器,其特征在于:包括机身本体、扑动机构、扭转机构和位于机身本体两侧对称设置的机翼,以机身本体头部为前方,尾部为后方;所述扑动机构包括扑动电机以及与两个机翼对应的曲柄齿轮一,两个曲柄齿轮一相互啮合且对称的安装在机身本体前端底部,其中一个曲柄齿轮一与扑动电机动力传动相连;所述机翼包括连杆一、连杆二、连杆三、摇杆以及多个翼面支撑板,所述连杆一、连杆三、摇杆及连杆二首尾铰接相连组成四边形连杆机构,其中靠近机身本体一侧的连杆一向下延伸并在底部铰接在相应侧曲柄齿轮一的偏心处,位于顶部的连杆三中部通过转动副安装在机身本体前端顶部,远离机身本体的摇杆向下延伸作为翼面支撑板的支撑,其中至少一个翼面支撑板通过转动副安装在连杆三上,一个或多个翼面支撑板通过转动副安装在摇杆上,每个机翼上的所有翼面支撑板均通过蒙皮相连组成一个翅翼,扑动机构通过扑动电机驱动曲柄齿轮一旋转,曲柄齿轮一通过四连杆机构带动机翼扑动;所述扭转机构有两个,分别用于驱动相应的机翼扭转运动,其包括曲柄齿轮二、扭转连杆一、扭转连杆二、扭转连杆三、连杆五、连接轴一、连接轴二和连接轴三,所述曲柄齿轮二安装在机身本体中部,所述扭转连杆一和扭转连杆二相互平行且均在前端通过转动副安装在连杆三上,连接轴一垂直的固定连接在扭转连杆一中部,连接轴一另外一端与扭转连杆二固定相连并向外伸出,且连接轴一至少穿过一个安装在连杆三上的翼面支撑板,其中靠近机身本体的扭转连杆一外伸端部通过球面副与连杆五顶端相连,连杆五下端通过球面副连接在曲柄齿轮二上偏心处,扭转连杆三一端通过转动副安装在摇杆上,另外一端设有与之垂直且固定相连的连接轴三,连接轴三至少穿过一个安装在摇杆上的翼面支撑板,连接轴三另一端设有与之通过球面副相连的连接轴二,连接轴二另一端与连接轴一外伸的端部通过球面副相连;两个扭转机构的曲柄齿轮二相互啮合安装,其中一个曲柄齿轮二通过扭转电机驱动旋转,曲柄齿轮二通过连杆五带动扭转连杆一上下摇动,扭转连杆通过连接轴一带动翼面支撑板及其上的蒙皮相对于连杆三上下摇动,从而改变机翼的攻角。...

【技术特征摘要】
1.一种扑动-折叠-主动扭转混合驱动的仿生扑翼飞行器,其特征在于:包括机身本体、扑动机构、扭转机构和位于机身本体两侧对称设置的机翼,以机身本体头部为前方,尾部为后方;所述扑动机构包括扑动电机以及与两个机翼对应的曲柄齿轮一,两个曲柄齿轮一相互啮合且对称的安装在机身本体前端底部,其中一个曲柄齿轮一与扑动电机动力传动相连;所述机翼包括连杆一、连杆二、连杆三、摇杆以及多个翼面支撑板,所述连杆一、连杆三、摇杆及连杆二首尾铰接相连组成四边形连杆机构,其中靠近机身本体一侧的连杆一向下延伸并在底部铰接在相应侧曲柄齿轮一的偏心处,位于顶部的连杆三中部通过转动副安装在机身本体前端顶部,远离机身本体的摇杆向下延伸作为翼面支撑板的支撑,其中至少一个翼面支撑板通过转动副安装在连杆三上,一个或多个翼面支撑板通过转动副安装在摇杆上,每个机翼上的所有翼面支撑板均通过蒙皮相连组成一个翅翼,扑动机构通过扑动电机驱动曲柄齿轮一旋转,曲柄齿轮一通过四连杆机构带动机翼扑动;所述扭转机构有两个,分别用于驱动相应的机翼扭转运动,其包括曲柄齿轮二、扭转连杆一、扭转连杆二、扭转连杆三、连杆五、连接轴一、连接轴二和连接轴三,所述曲柄齿轮二安装在机身本体中部,所述扭转连杆一和扭转连杆二相互平行且均在前端通过转动副安装在连杆三上,连接轴一垂直的固定连接在扭转连杆一中部,连接轴一另外一端与扭转连杆二固定相连并向外伸出,且连接轴一至少穿过一个安装在连杆三上的翼面支撑板,其中靠近机身本体的扭转连杆一外伸端部通过球面副与连杆五顶端相连,连杆五下端通过球面副连接在曲柄齿轮二上偏心处,扭转连杆三一端通过转动副安装在摇杆上,另外一端设有与之垂直且固定相连的连接轴三,连接轴三至少穿过一个安装在摇杆上的翼面支撑板,连接轴三另一端设有与之通过球面副相连的连接轴二,连接轴二另一端与连接轴一外伸的端部通过球面副相连;两个扭转机构的曲柄齿轮二相互啮合安装,其中一个曲柄齿轮二通过扭转电机驱动旋转,曲柄齿轮二通过连杆五带动扭转连杆一上下摇动,扭转连杆通过连接轴一带动翼面支撑板及其上的蒙皮相对于连杆三上下摇动,从而改变机翼的攻角。2.如权利要求1所述的仿生扑翼飞行器,其特征在于:所述机身本体包括前固定框、后固定框、机身板和电机固定机架,所述前固定框和后固定框为...

【专利技术属性】
技术研发人员:高颖侯宇石维屠凯华兆敏雷娇
申请(专利权)人:武汉科技大学
类型:发明
国别省市:湖北,42

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