大型扑翼的姿态转换控制结构及其转换控制方法技术

本发明专利技术提供了一种大型扑翼的姿态转换控制结构及其转换控制方法,该结构包括机架、传动系统、扑动机构和姿态转换控制器系统；所述的姿态转换控制器系统包括扑翼相位检测模块，微处理器，电子调速器，姿态转换舵机，舵机固定架和相位锁定柱，其中扑翼相位检测模块包括永磁体和霍尔传感器，永磁体安装在齿轮组的从动齿轮上，霍尔传感器固定在机架前隔框上，姿态转换舵机固定在舵机固定架上与相位锁定柱相连，舵机固定架和相位锁定柱安装在机架中框和机架后框的定位孔中。本发明专利技术能够有效减小姿态转换过程中扑翼机构的损伤，并提高姿态转换机构的可靠性。

Attitude conversion control structure and method of large flapping wing

【技术实现步骤摘要】
大型扑翼的姿态转换控制结构及其转换控制方法
本专利技术涉及飞行器
，具体是一种大型扑翼的姿态转换控制结构及其转换控制方法。
技术介绍
模拟鸟类飞行是人类一直以来的愿望，鸟类的飞行方式是自然选择的最优结果。基于仿生学的原理，人类设计了各式各样的扑翼飞行器，与传统的固定翼和旋翼相比，扑翼的飞行效率要高得多，扑翼飞行器的隐蔽性好，重量轻，携带方便，在军用和民用方面都有重要意义。大型鸟类在高空飞行时大多以滑翔姿态为主，具备滑翔功能的扑翼机在消耗较少能量时就可进行长距离飞行。要想实现扑翼飞行器扑动姿态和滑翔姿态的转换，需要使扑翼的驱动机构锁定相应位置，目前所设计的扑翼飞行器大多没有滑翔姿态的锁定机构，主要依靠空气动力使机翼达到自锁位置，而机翼自锁位置一般都存在上反角，使得扑翼飞行器滑翔的高度损失较快，滑翔效率不高。目前也有少数扑翼飞行器设计了扑动与滑翔姿态转换机构，都采用纯机械式的相位锁定方法，这些方法虽能达到锁定驱动机构的目的，但其对扑翼的驱动机构和扑动机构有较大损害，且对姿态切换的时机要求很高，结构可靠度低，给飞行器带来不利影响，姿态切换效果不理想。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术的问题，提供了一种大型扑翼的姿态转换控制结构及其转换控制方法,能够有效减小姿态转换过程中扑翼机构的损伤，并提高姿态转换机构的可靠性。本专利技术提供了一种大型扑翼的姿态转换控制结构，包括机架、传动系统、扑动机构和姿态转换控制器系统；所述的机架包括依次分布的机架前隔框、机架中框、机架后框以及穿过每个框架的机身固定杆；所述的传动系统包括通过驱动电机控制的若干齿轮组；所述的朴动机构包括曲柄，摇杆，机翼主梁固定片，机翼主梁和机翼副梁，曲柄的长度小于齿轮组中齿轮的半径，且曲柄，摇杆，机翼主梁和机架隔框构成了四连杆系统，其中曲柄与齿轮组中的从动齿轮固定，摇杆一端与曲柄铰接，另一端与机翼主梁固定片铰接，铰接处均装有轴承，主梁固定片与机翼主梁连接且主梁固定片与机翼主梁平行安装；所述的姿态转换控制器系统包括扑翼相位检测模块，微处理器，电子调速器，姿态转换舵机，舵机固定架和相位锁定柱，其中扑翼相位检测模块包括永磁体和霍尔传感器，永磁体安装在齿轮组的从动齿轮上，霍尔传感器固定在机架前隔框上，姿态转换舵机固定在舵机固定架上与相位锁定柱相连，舵机固定架和相位锁定柱安装在机架中框和机架后框的定位孔中。进一步改进，所述的传动系统包括驱动电机，一级主动齿，一级从动齿，二级主动齿和二级从动齿，电机的KV值为1250KV，一级主动齿的齿数为10齿且包含顶丝孔，利用顶丝安装到驱动电机的电机轴上，一级从动齿的齿数为60齿，二级主动齿的齿数为18齿，二级从动齿的齿数为60齿，齿轮的最终减速比为20。所述的齿轮的加工均采用3D打印。本专利技术还提供了一种大型扑翼的姿态转换控制结构的转换控制方法，包括以下过程：1）扑动姿态转滑翔姿态：在扑翼飞行器的飞行过程中，相位检测模块实时检测机翼的相位，当接收到姿态转换信号时，相位检测模块检测到机翼在最低位置后会给微处理器发送信号，机翼的相位通过永磁体的安装位置和霍尔传感器的灵敏度来进行标定，微处理器通过对传感器信号进行计算处理将输出对应的信号给电子调速器，此时电子调速器驱动电机停止转动，同时也输出信号使姿态转换舵机转动，姿态转换舵机拖动相位锁定柱到机翼主梁固定片之间，此时在空气动力作用下机翼会向上扑动，相应的机翼主梁固定片会向下运动直到碰到相位锁定柱，此时扑动机构位置被锁定，扑翼的机翼处于同一水平线，进入最优滑翔姿态；2）滑翔姿态转扑动姿态：扑翼飞行器在滑翔过程中收到姿态转换信号后，微处理器将同时发送信号给电子调速器和姿态转换舵机，此时姿态转换舵机会拖动相位锁定柱到机翼主梁固定片之外，同时驱动电机也会收到来自电子调速器的信号使其转动，机翼会在空气动力的作用下向上扑动，对驱动电机的启动有一定的缓冲作用，此时锁定机构解锁，扑翼飞行器进入扑动状态。本专利技术有益效果在于：本专利技术基于扑翼相位检测模块来驱动相位锁定机构，在机翼位置锁定前使扑动机构停止运行，并利用空气动力使机翼达到锁定位置，同时解锁过程也运用空气动力驱动，有效提高了扑动机构的使用寿命和可靠性。附图说明图1为本专利技术实例的结构示意图。图2为本专利技术传动系统的结构示意图。图3为本专利技术实例的扑动机构示意图。图4为本专利技术实例的姿态转换系统结构示意图。图5为本专利技术实例的姿态转换系统原理示意图。附图标记包括1-机架前隔框，2-机架中框，3-机架后框，4-机身固定杆；21-驱动电机，22-一级主动齿，23-一级从动齿，24-二级主动齿，25-二级从动齿；31-曲柄，32-摇杆，33-机翼主梁固定片，34-机翼主梁；41-永磁体，42-霍尔传感器，43-姿态转换舵机，44-舵机固定架，45-相位锁定柱。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。如图1所示为一种大型扑翼的姿态转换结构示意图，其包括机架、传动系统、扑动机构、姿态转换控制器系统。机架系统包括机架前隔框1，机架中框2，机架后框3，机身固定杆4，整个机架均由碳纤维材料组成，在保持机身结构的同时还能使其实现扑翼飞行器的运动方式。如图2所示为传动系统的结构示意图，传动系统包括驱动电机21，一级主动齿22，一级从动齿23，二级主动齿24，二级从动齿25，电机的KV值为1250KV，其中一级主动齿22的齿数为10齿且包含顶丝孔，采用金属材料加工，可利用顶丝安装到驱动电机21的电机轴上，一级从动齿23的齿数为60齿，二级主动齿24的齿数为18齿，二级从动齿25的齿数为60齿，齿轮的最终减速比为20，上述齿轮的加工采用3D打印。如图3所示为该系统的扑动机构示意图，扑动机构包括曲柄31，摇杆32，机翼主梁固定片33，机翼主梁34，机翼副梁35，曲柄的长度要小于齿轮的半径，且曲柄31，摇杆32，机翼主梁34和机架隔框构成了四连杆系统，且各杆的长度要尽量减小输出杆的急回特性，其中曲柄31通过螺钉固定在二级从动齿25上，二级从动齿25上包含固定曲柄的螺钉孔，摇杆32一端与曲柄31铰接，另一端与机翼主梁固定片33铰接，铰接处均装有轴承，主梁固定片33与机翼主梁34连接，连接处采用强力胶粘接且主梁固定片33与机翼主梁34应该平行安装，传动系统运动时会带动曲柄运动，曲柄则通过摇杆将运动传递到主梁固定片上，最终通过机翼主梁带动机翼做周期运动。如图4和图5所示为姿态转换系统结构和原理示意图，姿态转换系统包括扑翼相位检测模块，微处理器，电子调速器，姿态转换舵机43，舵机固定架44和相位锁定柱45，其中扑翼相位检测模块包括永磁体41，霍尔传感器42，永磁体安装在二级从动齿25上，霍尔传感器42固定在机架前隔框1上，当齿轮旋转时霍尔传感器可根据磁感应强度检测机翼的相位位置，将检测到的相位信息发送给微处理器，微处理器可采用STEM32F103核心板，微处理器将处理过后的信号发送到姿态本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大型扑翼的姿态转换控制结构，其特征在于：包括机架、传动系统、扑动机构和姿态转换控制器系统；所述的机架包括依次分布的机架前隔框、机架中框、机架后框以及穿过每个框架的机身固定杆；所述的传动系统包括通过驱动电机控制的若干齿轮组；所述的朴动机构包括曲柄，摇杆，机翼主梁固定片，机翼主梁和机翼副梁，曲柄的长度小于齿轮组中齿轮的半径，且曲柄，摇杆，机翼主梁和机架隔框构成了四连杆系统，其中曲柄与齿轮组中的从动齿轮固定，摇杆一端与曲柄铰接，另一端与机翼主梁固定片铰接，铰接处均装有轴承，主梁固定片与机翼主梁连接且主梁固定片与机翼主梁平行安装；所述的姿态转换控制器系统包括扑翼相位检测模块，微处理器，电子调速器，姿态转换舵机，舵机固定架和相位锁定柱，其中扑翼相位检测模块包括永磁体和霍尔传感器，永磁体安装在齿轮组的从动齿轮上，霍尔传感器固定在机架前隔框上，姿态转换舵机固定在舵机固定架上与相位锁定柱相连，舵机固定架和相位锁定柱安装在机架中框和机架后框的定位孔中。/n

【技术特征摘要】
1.一种大型扑翼的姿态转换控制结构，其特征在于：包括机架、传动系统、扑动机构和姿态转换控制器系统；所述的机架包括依次分布的机架前隔框、机架中框、机架后框以及穿过每个框架的机身固定杆；所述的传动系统包括通过驱动电机控制的若干齿轮组；所述的朴动机构包括曲柄，摇杆，机翼主梁固定片，机翼主梁和机翼副梁，曲柄的长度小于齿轮组中齿轮的半径，且曲柄，摇杆，机翼主梁和机架隔框构成了四连杆系统，其中曲柄与齿轮组中的从动齿轮固定，摇杆一端与曲柄铰接，另一端与机翼主梁固定片铰接，铰接处均装有轴承，主梁固定片与机翼主梁连接且主梁固定片与机翼主梁平行安装；所述的姿态转换控制器系统包括扑翼相位检测模块，微处理器，电子调速器，姿态转换舵机，舵机固定架和相位锁定柱，其中扑翼相位检测模块包括永磁体和霍尔传感器，永磁体安装在齿轮组的从动齿轮上，霍尔传感器固定在机架前隔框上，姿态转换舵机固定在舵机固定架上与相位锁定柱相连，舵机固定架和相位锁定柱安装在机架中框和机架后框的定位孔中。


2.根据权利要求1所述的大型扑翼的姿态转换控制结构，其特征在于：所述的传动系统包括驱动电机，一级主动齿，一级从动齿，二级主动齿和二级从动齿，电机的KV值为1250KV，一级主动齿的齿数为10齿且包含顶丝孔，利用顶丝安装到驱动电机的电机轴上，一级从动齿的齿数为60齿，二级主动齿的齿数为18齿，二级从动...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟宇，李人澍，侯铭硕，黄圣姚，袁宏禹，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32