仿生自适应扑翼飞行器制造技术

本发明专利技术涉及一种仿生自适应扑翼飞行器，包括仿生自适应多驱动柔性翅膀、微处理器、机身、尾翼、微电机、铰链传动装置、可充电电源、传感器、全球定位系统、信号接收发射器；所述仿生自适应多驱动柔性翅膀安装在机身两侧；所述微处理器、微电机、铰链传动装置、可充电电源、传感器、全球定位系统、信号接收发射器与微处理器相连接；所述可充电电源与微处理器、微电机相连接。本发明专利技术的仿生自适应多驱动柔性翅膀采用前缘主翅脉驱动、中枢主翅脉驱动、支翅脉系列驱动的多驱动协同工作，有利于仿生扑翼飞行器能够在各种复杂自然环境中自适应扑翼安全飞行，仿生自适应多驱动柔性翅膀的多层结构具有自发电自供电的功能，可以广泛使用在军用、民用等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及飞行器
，更具体地说，涉及一种具有仿生多驱动柔性翅膀的仿生自适应扑翼飞行器。
技术介绍
扑翼飞行方式广泛的应用于自然界鸟类和昆虫的飞行之中，与固定翼和旋翼飞行模式相比，扑翼飞行仅依靠翼面的扑动即可同时产生升力和推力，可以快速的起飞、加速、悬停，具有飞行效率高，机动性好和灵活性好的特点。仿生扑翼飞行机器人是一种模拟飞行生物的扑翼飞行模式，集成微机电系统、微动力系统、微控制系统等多种前沿技术于一体的先进微小飞行机器人，能够在军事领域和民用领域发挥巨大作用，是近年来研究开发的热点。仿生扑翼飞行器是一种集合多种先进技术为一体的复杂系统，涉及到仿生学、非定常空气动力学、微机械学、微电子学等多个先进学科，目前的技术还存在一些问题，如：如何解决在各种气象条件下的扑翼翅膀的仿生飞行系列多种复杂形态调控，以及如何解决可持续能源与可持续动力问题等，这些都是面临的重要问题。伴随着微小电动机技术的进步，电池成为了新型扑翼飞行器的首选能量来源，电池具有比内燃式发动机紧凑的结构和较好的维护性，但存在其能量密度比较低的问题，因此发展新型可充电电源技术，并能够为飞行器电源持续提供补充新能量显得日益迫切重要。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种具有多驱动柔性翅膀的仿生自适应扑翼飞行器。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种仿生自适应扑翼飞
行器，包括，仿生自适应多驱动柔性翅膀、微处理器、机身、尾翼、微电机、铰链传动装置、可充电电源、传感器、全球定位系统、信号接收发射器；所述仿生自适应多驱动柔性翅膀安装在机身两侧；所述尾翼安装在机身后面；所述微处理器、微电机、铰链传动装置、可充电电源、传感器、全球定位系统、信号接收发射器与微处理器相连接；所述可充电电源与微处理器、微电机相连接，并提供工作电源；可充电电源包括电池及其它形式的电源；所述仿生自适应多驱动柔性翅膀包括：前缘主翅脉、中枢主翅脉、支翅脉系列以及柔性翅膀；前缘主翅脉在柔性翅膀前端；中枢主翅脉在柔性翅膀侧面；支翅脉系列位于柔性翅膀的中间层；前缘主翅脉和中枢主翅脉支撑柔性翅膀，前缘主翅脉和中枢主翅脉与机身相连接。上述方案中，所述柔性翅膀具有多层结构，包括：光伏发电层、支撑材料层、支翅脉系列及电极电路层、压电发电层；层与层间采用树脂或者其它方式相粘结，树脂包括聚酯树脂、乙烯树脂、环氧树脂；所述支翅脉系列及电极电路层包括：支翅脉系列、支翅脉系列驱动电路、光伏发电层连接电路线、压电发电层连接电路线、微电机电路线；所述前缘主翅脉、中枢主翅脉与铰链传动装置相连接；所述铰链传动装置与微电机相连接；所述前缘主翅脉和中枢主翅脉采用碳纤维材料、碳纤维复合材料、纳米碳管复合材料、有机无机杂化复合材料或有机高分子材料制作。上述方案中，所述支翅脉系列根据飞行器具体翅膀大小、形态、飞行设计需要来确定支翅脉具体数量、分布方式及分布形式，包括：支翅脉交叉形成三边形、四边形、五边形、六边形系列网格及其组合运用；所述支翅脉系列能够形成不同的复杂驱动，使仿生自适应多驱动柔性翅膀形成不同弯曲状态，以实现自适应复杂飞行的需要。上述方案中，所述支翅脉系列的驱动采用支翅脉双晶片悬臂梁式压电驱动器，其两层为压电瓷条，中间为碳纤维；上下两片压电陶瓷条在外加电压作用下，则发生不相同的伸长，引起支翅脉悬臂梁式结构弯曲，在支翅脉末端实现位移的输出。上述方案中，所述支翅脉系列的驱动包括：支翅脉人造肌肉驱动，包括采
用电致伸缩的聚合物人造肌肉EPAM或/和离子聚合物金属复合物IPMC，当通入电流时就会发生伸缩、弯曲。上述方案中，所述支翅脉系列的驱动还包括：形状记忆合金驱动支翅脉、电磁驱动支翅脉；所述形状记忆合金驱动支翅脉采用热敏絲材料；所述电磁驱动支翅脉为给电磁驱动支翅脉的定磁极输入不同占空比的电流，动磁极就能够产生一定频率和幅值的振动，带动支翅脉做各种拍打运动。上述方案中，所述光伏发电层包括：光伏发电薄膜、光伏发电纤维、光伏发电片、光伏发电复合材料或纳米光伏发电材料；所述支撑材料层包括：聚酯薄膜、聚酰亚胺膜、聚酯纤维膜、有机薄膜、有机-无机杂化薄膜、复合纤维膜、聚苯乙烯膜、聚氨酯膜、聚氯乙烯膜、纳米材料膜、铝蜂窝或轻木；所述压电发电层包括：压电发电薄膜、压电发电纤维、压电陶瓷发电片或压电纤维复合材料。上述方案中，所述尾翼与铰链传动装置相连接；所述铰链传动装置与微电机相连接；在微处理器指令下，微电机通过铰链装置带动尾翼实现V字形态、U字形态或扇型态以及其它飞行型态的各种变化；所述尾翼材料包括：碳纤维复合材料、不锈钢材料、钛材料、铝合金材料、无机材料、有机材料、复合材料、纳米材料。上述方案中，所述传感器包括：风力传感器、风向传感器、飞行速度传感器、飞行高度传感器、飞行振动传感器、环境温度传感器、环境湿度传感器。上述方案中，所述可充电电源包括：至少两个；两个可充电电源采用轮换工作方式，当一个可充电电源处于充电工作状态时，则另一个可充电电源则处于为微处理器、微电机、支翅脉系列驱动提供工作电源；所述仿生自适应多驱动柔性翅膀多层结构中光伏发电层和压电发电层所发的电，提供给可充电电源储存待用。上述方案中，所述微处理器包括：微型计算机芯片、微型存储器；所述微处理器与传感器相连接，接收并处理传感器提供的环境与飞行信息；所述微处理器通过信号接收发射器与基站数据控制中心相连接，执行并完成基站数据控制中心的各种工作指令；所述微处理器与微电机、支翅脉系列驱动相连接，
并通过微电机带动铰链传动装置，并带动前缘主翅脉驱动、中枢主翅脉驱动来完成飞行中大幅度的拍打、扭转动作；通过微电机带动铰链传动装置来调整尾翼不同形态来稳定飞行姿态；通过执行支翅脉系列驱动，来自适应环境条件变化，协同前缘主翅脉驱动、中枢主翅脉驱动、尾翼驱动来共同完成爬升、悬停、俯冲各种复杂的飞行动作。本专利技术提供的仿生自适应扑翼飞行器的工作过程如下：仿生自适应扑翼飞行器的微处理器通过信号接收发射器接收到基站数据控制中心发来的执行飞行任务指令，传感器将外界环境的风力参数等信息传输给微处理器；微处理器根据基站数据控制中心确定的飞行任务与飞行参数，指令第一微电机、第二微电机、支翅脉系列驱动开始执行起飞程序；第一可充电电源向微处理器、第一微电机、第二微电机、支翅脉系列驱动提供工作电源；第二可充电电源则处于被充电工作状态。第一微电机通过第一铰链传动装置带动前缘主翅脉驱动和中框主翅脉驱动工作，仿生自适应多驱动柔性翅膀开始较大幅度拍打，气流对仿生自适应扑翼飞行器产生一定的升力和推动力，仿生自适应扑翼飞行器开始起飞升空飞行；第二微电机通过第二铰链传动装置带动尾翼驱动，使尾翼形态呈现起飞时姿态；仿生自适应多驱动柔性翅膀中的支翅脉系列驱动在微处理器的起飞指令下，按照起飞程序要求使支翅脉系列中的部分支翅脉或支翅脉网格驱动，协同前缘主翅脉驱动、中枢主翅脉驱动，尾翼驱动，协同完成仿生自适应扑翼飞行器的起飞升空过程。当仿生自适应扑翼飞行器起飞升空到飞行任务确定的飞行高度，传感器将飞行高度信息传输给微处理器；微处理器指令第一微电机、第二微电机、支翅脉系列驱动开始执行稳定飞行程序；第一微电机通过第一铰链传动装置带动前缘主翅脉驱动和中枢主翅脉驱动仿生自适应多驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仿生自适应扑翼飞行器，其特征在于，包括仿生自适应多驱动柔性翅膀、微处理器、机身、尾翼、微电机、铰链传动装置、可充电电源、传感器、全球定位系统、信号接收发射器；所述仿生自适应多驱动柔性翅膀安装在机身两侧；所述尾翼安装在机身后面；所述微处理器、微电机、铰链传动装置、可充电电源、传感器、全球定位系统、信号接收发射器与微处理器相连接；所述可充电电源与微处理器、微电机相连接，并提供工作电源；所述仿生自适应多驱动柔性翅膀包括：前缘主翅脉、中枢主翅脉、支翅脉系列以及柔性翅膀；前缘主翅脉在柔性翅膀前端；中枢主翅脉在柔性翅膀侧面；支翅脉系列位于柔性翅膀的中间层；前缘主翅脉和中枢主翅脉支撑柔性翅膀，前缘主翅脉和中枢主翅脉与机身相连接。

【技术特征摘要】
1.一种仿生自适应扑翼飞行器，其特征在于，包括仿生自适应多驱动柔性翅膀、微处理器、机身、尾翼、微电机、铰链传动装置、可充电电源、传感器、全球定位系统、信号接收发射器；所述仿生自适应多驱动柔性翅膀安装在机身两侧；所述尾翼安装在机身后面；所述微处理器、微电机、铰链传动装置、可充电电源、传感器、全球定位系统、信号接收发射器与微处理器相连接；所述可充电电源与微处理器、微电机相连接，并提供工作电源；所述仿生自适应多驱动柔性翅膀包括：前缘主翅脉、中枢主翅脉、支翅脉系列以及柔性翅膀；前缘主翅脉在柔性翅膀前端；中枢主翅脉在柔性翅膀侧面；支翅脉系列位于柔性翅膀的中间层；前缘主翅脉和中枢主翅脉支撑柔性翅膀，前缘主翅脉和中枢主翅脉与机身相连接。2.根据权利要求1所述的仿生自适应扑翼飞行器，其特征在于，所述仿生自适应多驱动柔性翅膀具有多层结构，包括：光伏发电层、支撑材料层、支翅脉系列及电极电路层、压电发电层；层与层间相互粘结；所述支翅脉系列及电极电路层包括：支翅脉系列、支翅脉系列驱动电路、光伏发电层连接电路线、压电发电层连接电路线、微电机电路线；所述前缘主翅脉、中枢主翅脉与铰链传动装置相连接；所述铰链传动装置与微电机相连接；所述前缘主翅脉和中枢主翅脉采用碳纤维材料、碳纤维复合材料、纳米碳管复合材料、有机无机杂化复合材料或有机高分子材料制作。3.根据权利要求1或2所述的仿生自适应扑翼飞行器，其特征在于，所述支翅脉系列根据飞行器具体翅膀大小、形态、飞行设计需要来确定支翅脉具体数量、分布方式及分布形式，包括：支翅脉交叉形成三边形、四边形、五边形、六边形系列网格及其组合运用；所述支翅脉系列能够形成不同的复杂驱动，使仿生自适应多驱动柔性翅膀形成不同弯曲状态，以实现仿生自适应复杂飞行的需要。4.根据权利要求1或2所述的仿生自适应扑翼飞行器，其特征在于，所述支翅脉系列的驱动采用支翅脉双晶片悬臂梁式压电驱动器，其两层为压电
\t瓷条，中间为碳纤维；上下两片压电陶瓷条在外加电压作用下，则发生不相同的伸长，引起支翅脉悬臂梁式结构弯曲，在支翅脉末端实现位移的输出。5.根据权利要求1或2所述的仿生自适应扑翼飞行器，其特征在于，所述支翅脉系列的驱动包括：支翅脉人造肌肉驱动，包括采用电致伸缩的聚合物人造肌肉EPAM或/和离子聚合物金属复合物IPMC，当通入电流时就会发生伸缩、弯曲。6.根据权利要求1或2所述的仿生自适应扑翼飞行器，其特征在于，所述支翅脉系列的驱动还包括：形状...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁曦明，袁一楠，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北;42