一种扑翼飞行器用仿生弹跳装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种扑翼飞行器用仿生弹跳装置，属于扑翼飞行器技术领域。包括包括储能机构和仿生弹跳机构；且储能机构和仿生弹跳机构中的部分部件形成下述仿生结构：一对髋关节，一对股骨，一对膝关节，一对胫骨，一对踝关节，一对跗跖骨，一对跗跖关节和一对趾骨；储能机构包括储能机架和设置在储能机架上的蓄能电机、前端反向扭力结构、后端反向扭力结构、储能弹簧、齿轮传动装置和储能释放结构；仿生弹跳机构包括右侧弹跳机构和左侧弹跳机构；右侧弹跳机构和左侧弹跳机构左右对称设置且结构相同：包括弹跳结构、飞行器支撑部和起降缓冲稳定结构。它具有弹跳性能好、仿生程度高、环境适应性强等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种扑翼飞行器用仿生弹跳装置
本专利技术涉及扑翼飞行器

技术介绍
扑翼飞行器作为一种仿生飞行的飞行器，使用灵活、隐蔽性能好，在国防军事方面有着十分广泛的应用前景。而在扑翼飞行器中，仿鸟扑翼飞行器具有更长的航时和更强的载荷能力，因此更具实用价值。目前，随着科技的发展，一些面向应用型的仿鸟扑翼飞行器已经被研制出来，如西北工业大学仿生飞行器团队研制的“信鸽”仿鸟扑翼飞行器侦查系统续航时间已经达到48分钟。仿鸟扑翼飞行器在实际使用过程中，所携带的能源有限，同时所处的环境复杂多变（如在进行敌情侦查时，要求其隐蔽在某个角落进行定点监控，完成监控后再次起飞执行下一个任务），因此就需要仿鸟扑翼飞行器具备任意时间地点的自主起降能力。然而在现有技术中，绝大多数的仿鸟扑翼飞行器只能采用手抛起飞的方式，在公开的报道中，还未出现可自主起降的仿鸟扑翼飞行器，这已经成为阻碍仿鸟扑翼飞行器走向实际应用的一大障碍。自然界中，对于具有飞行能力的鸟类来说，跳跃通常用于起飞阶段的加速，起飞时，腿部提供了主要初始加速度，当脚离开栖息地时，翅膀承接后续运动。类似的，仿鸟扑翼飞行器要完成起飞也需要达到相应的起飞速度和起飞高度（扑动翼翼尖最大幅度扑动时不触地的最小高度），因此将弹跳技术用于仿鸟扑翼飞行器上，使其起跳到一定高度并获得初速度完成自主起飞，是一种极具仿生价值和潜在应用价值的自主起降方式。中国专利公开号：CN107792358A、公开日2018年3月13日、专利技术名称为一种轮腿式跑跳机构及扑翼式机器人，该申请公开了一种用于仿鸟扑翼飞行器自主起飞的轮腿式跑跳机构，使用时，通过轮式运动的助跑及弹跳驱动，使仿鸟扑翼飞行器达到相应的起飞速度和起飞高度从而自主起飞，其不足的地方是通过轮式运动将扑翼飞行器加速到起飞速度需要一定的滑跑距离，这对起飞场地平整程度提出了较高要求，降低了仿鸟扑翼飞行器的环境适应性。中国专利公开号：CN104015828A、公开日2014年9月3日、专利技术名称为一种仿生扑翼与弹跳多模式运动机器人，该申请公开了一种可以弹跳起飞的仿鸟扑翼飞行器，其不足的地方是所采用的弹跳机构为基于多平行四边形的机构，与自然界鸟类腿部外形相差甚远，仿生效果较差，不利于仿鸟扑翼飞行器的仿生外观。中国专利公开号：CN104590413A、公开日2015年5月6日、专利技术名称为一种仿生弹跳及行走机构，该申请公开了一种兼具行走与弹跳的机构，仿生效果较好，其不足的地方是，该机构由于涉及行走运动，导致驱动机构较为复杂，同时该机构未按照自然界鸟类腿部结构进行仿生设计，若直接用于仿鸟扑翼飞行器，则会导致结构重量大，起飞过程效率低下，同时由于其为单腿结构，从而造成起飞过程飞行器动态失稳，直接导致起飞失败。综上所述，仿鸟扑翼飞行器弹跳起飞技术仍存在诸多问题，亟待解决。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种扑翼飞行器用仿生弹跳装置，它具有弹跳性能好、仿生程度高、环境适应性强等特点。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种扑翼飞行器用仿生弹跳装置，包括储能机构和仿生弹跳机构；且储能机构和仿生弹跳机构中的部分部件形成下述仿生结构：一对髋关节，一对股骨，一对膝关节，一对胫骨，一对踝关节，一对跗跖骨，一对跗跖关节和一对趾骨；储能机构包括储能机架和设置在储能机架上的蓄能电机、前端反向扭力结构、后端反向扭力结构、角度传感器、储能弹簧、齿轮传动装置和储能释放结构；前端反向扭力结构和后端反向扭力结构相同：包括反向扭力轴，右侧反向扭力杆和左侧反向扭力杆，右侧反向扭力杆和左侧反向扭力杆的上端分别与反向扭力轴的右端和反向扭力轴的左端固定连接，右侧反向扭力杆和左侧反向扭力杆的下端通过反向扭力臂连接轴固定连接在一起，以使右侧反向扭力杆和左侧反向扭力杆对称设置在反向扭力轴的左右两端，共同形成反向扭力臂，反向扭力轴与储能机架转动连接，前端反向扭力结构和后端反向扭力结构前后对称设置；角度传感器用于检测前端反向扭力结构或后端反向扭力结构中反向扭力轴相对于所述储能机架的旋转角度；储能弹簧安装在前端反向扭力结构的反向扭力臂和后端反向扭力结构的反向扭力臂之间，以使前端反向扭力结构的反向扭力臂和后端反向扭力结构的反向扭力臂之间具有弹性；齿轮传动装置包括前端反向扭力结构驱动齿轮，后端反向扭力结构驱动齿轮，电机轴齿轮和齿轮传动结构；前端反向扭力结构驱动齿轮和后端反向扭力结构驱动齿轮分别安装在前端反向扭力结构的反向扭力轴和后端反向扭力结构的反向扭力轴上，且它们之间啮合连接在一起，电机轴齿轮安装在电机转轴上，电机轴齿轮通过齿轮传动结构与前端反向扭力结构的反向扭力轴或后端反向扭力结构的反向扭力轴齿轮传动连接；当蓄能电机工作时，齿轮传动装置驱动前端反向扭力结构的反向扭力臂和后端反向扭力结构的反向扭力臂相背远离，从而对储能弹簧进行拉伸，使储能弹簧蓄能；储能释放结构包括棘轮，棘爪离合机构和棘爪，棘轮安装在前端反向扭力结构的反向扭力轴或后端反向扭力结构的反向扭力轴上，棘爪离合机构包括棘爪离合电机，摆臂，偏心轴和扭簧，棘爪离合电机固定在储能机架上，摆臂的一端与储能机架转动连接，摆臂的另一端沿摆臂中心线方向设有偏心轴适配槽，偏心轴的一端与棘爪离合电机的转轴固定连接，偏心轴的另一端滑配于偏心轴适配槽内，棘爪的后端部与摆臂中部转动连接，扭簧安装在摆臂与棘爪之间，以使棘爪对准所要配合的棘轮的轮齿部位，以限定棘爪相对于棘轮的配合角度；当棘爪离合电机正向或反向转动时，棘爪离合电机的转轴带动偏心轴的外端相对于棘爪离合电机的转轴做偏心运动，以使摆臂做径向地靠近或远离棘轮的运动；当摆臂靠近棘轮时，棘爪在扭簧限定的配合插入角度下接近并插入棘轮的齿内，以阻止棘轮运转，从而使前端反向扭力结构的反向扭力臂和后端反向扭力结构的反向扭力臂处于相背远离运动后拉伸储能弹簧状态，使储能弹簧蓄能；当摆臂远离棘轮时，棘爪与棘轮分离，使棘轮处于自由状态，从而使前端反向扭力结构的反向扭力臂和后端反向扭力结构的反向扭力臂向内侧运动的约束力解除，使储能弹簧释放能量，在储能弹簧弹力的作用下向内侧快速靠拢；仿生弹跳机构包括右侧弹跳机构和左侧弹跳机构；右侧弹跳机构和左侧弹跳机构左右对称设置且结构相同：包括弹跳结构、飞行器支撑部和起降缓冲稳定结构；弹跳结构包括弹跳杆和后弹力杆，后弹力杆的后端与弹跳杆的中部转动连接，以形成弹跳杆的后弹力爆发点；飞行器支撑部用于将仿鸟扑翼飞行器支撑于地面上；起降缓冲稳定结构设置在弹跳杆和飞行器支撑部之间，起降缓冲稳定结构包括重力支撑结构和重力缓冲结构；弹跳杆的底部与飞行器支撑部通过重力支撑转轴连接，以形成起降缓冲稳定结构的重力支撑结构；重力缓冲结构包括重力缓冲滑轴滑槽、滑轴、重力缓冲拉簧和重力缓冲支撑杆；重力缓冲滑轴滑槽位于飞行器支撑部的后端，且前后向设置，滑轴滑配连接于重力缓冲滑轴滑槽内，重力缓冲拉簧设置在滑轴与重力缓冲滑轴滑槽的前端之间，重力缓冲支撑杆的底端与滑轴固定连接，其顶端与弹跳杆靠近底部位置转动连接，且由上至下向后倾斜，以使重力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扑翼飞行器用仿生弹跳装置，其特征在于：包括储能机构和仿生弹跳机构；且所述储能机构和所述仿生弹跳机构中的部分部件形成下述仿生结构：一对髋关节，一对股骨，一对膝关节，一对胫骨，一对踝关节，一对跗跖骨，一对跗跖关节和一对趾骨；/n所述储能机构包括储能机架（2）和设置在所述储能机架（2）上的蓄能电机（3）、前端反向扭力结构、后端反向扭力结构、角度传感器、储能弹簧（4）、齿轮传动装置和储能释放结构；/n所述前端反向扭力结构和所述后端反向扭力结构相同：包括反向扭力轴（5），右侧反向扭力杆（6）和左侧反向扭力杆（7），所述右侧反向扭力杆（6）和左侧反向扭力杆（7）的上端分别与所述反向扭力轴（5）的右端和所述反向扭力轴（5）的左端固定连接，所述右侧反向扭力杆（6）和左侧反向扭力杆（7）的下端通过反向扭力臂连接轴（8）固定连接在一起，以使所述右侧反向扭力杆（6）和左侧反向扭力杆（7）对称设置在所述反向扭力轴（5）的左右两端，共同形成反向扭力臂，所述反向扭力轴（5）与所述储能机架（2）转动连接，所述前端反向扭力结构和所述后端反向扭力结构前后对称设置；/n所述角度传感器用于检测所述前端反向扭力结构或所述后端反向扭力结构中反向扭力轴（5）相对于所述储能机架（2）的旋转角度；/n所述储能弹簧（4）安装在所述前端反向扭力结构的反向扭力臂和所述后端反向扭力结构的反向扭力臂之间，以使所述前端反向扭力结构的反向扭力臂和所述后端反向扭力结构的反向扭力臂之间具有弹性；/n所述齿轮传动装置包括前端反向扭力结构驱动齿轮（9），后端反向扭力结构驱动齿轮（10），电机轴齿轮（11）和齿轮传动结构；所述前端反向扭力结构驱动齿轮（9）和后端反向扭力结构驱动齿轮（10）分别安装在前端反向扭力结构的反向扭力轴（5）和后端反向扭力结构的反向扭力轴（5）上，且它们之间啮合连接在一起，所述电机轴齿轮（11）安装在电机转轴上，所述电机轴齿轮（11）通过齿轮传动结构与所述前端反向扭力结构的反向扭力轴（5）或所述后端反向扭力结构的反向扭力轴（5）齿轮传动连接；当所述蓄能电机（3）工作时，所述齿轮传动装置驱动所述前端反向扭力结构的反向扭力臂和所述后端反向扭力结构的反向扭力臂相背远离，从而对所述储能弹簧（4）进行拉伸，使所述储能弹簧（4）蓄能；/n所述储能释放结构包括棘轮（13），棘爪离合机构和棘爪（14），所述棘轮（13）安装在所述前端反向扭力结构的反向扭力轴（5）或所述后端反向扭力结构的反向扭力轴（5）上，所述棘爪离合机构包括棘爪离合电机（15），摆臂（16），偏心轴（17）和扭簧（18），所述棘爪离合电机（15）固定在所述储能机架（2）上，所述摆臂（16）的一端与所述储能机架（2）转动连接，所述摆臂（16）的另一端沿摆臂（16）中心线方向设有偏心轴适配槽（19），所述偏心轴（17）的一端与所述棘爪离合电机（15）的转轴固定连接，所述偏心轴（17）的另一端滑配于所述偏心轴适配槽（19）内，所述棘爪（14）的后端部与所述摆臂（16）中部转动连接，所述扭簧（18）安装在所述摆臂（16）与所述棘爪（14）之间，以使所述棘爪（14）对准所要配合的所述棘轮（13）的轮齿部位，以限定所述棘爪（14）相对于所述棘轮（13）的配合角度；当所述棘爪离合电机（15）正向或反向转动时，所述棘爪离合电机（15）的转轴带动所述偏心轴（17）的外端相对于所述棘爪离合电机（15）的转轴做偏心运动，以使所述摆臂（16）做径向地靠近或远离所述棘轮（13）的运动；当所述摆臂（16）靠近所述棘轮（13）时，所述棘爪（14）在所述扭簧（18）限定的配合插入角度下接近并插入棘轮（13）的齿内，以阻止所述棘轮（13）运转，从而使所述前端反向扭力结构的反向扭力臂和所述后端反向扭力结构的反向扭力臂处于相背远离运动后拉伸所述储能弹簧（4）状态，使所述储能弹簧（4）蓄能；当所述摆臂（16）远离所述棘轮（13）时，所述棘爪（14）与所述棘轮（13）分离，使所述棘轮（13）处于自由状态，从而使所述前端反向扭力结构的反向扭力臂和所述后端反向扭力结构的反向扭力臂向内侧运动的约束力解除，使所述储能弹簧（4）释放能量，在所述储能弹簧（4）弹力的作用下向内侧快速靠拢；/n所述仿生弹跳机构包括右侧弹跳机构和左侧弹跳机构；/n所述右侧弹跳机构和左侧弹跳机构左右对称设置且结构相同：包括弹跳结构、飞行器支撑部（22）和起降缓冲稳定结构；/n所述弹跳结构包括弹跳杆（20）和后弹力杆（21），所述后弹力杆（21）的后端与所述弹跳杆（20）的中部转动连接，以形成弹跳杆（20）的后弹力爆发点(23)；/n所述飞行器支撑部（22）用于将仿鸟扑翼飞行器支撑于地面上；/n所述起降缓冲稳定结构设置在所述弹跳杆（20）和所述飞行器支撑部（22）之间，所述起降缓冲稳定结构包括...

【技术特征摘要】
1.一种扑翼飞行器用仿生弹跳装置，其特征在于：包括储能机构和仿生弹跳机构；且所述储能机构和所述仿生弹跳机构中的部分部件形成下述仿生结构：一对髋关节，一对股骨，一对膝关节，一对胫骨，一对踝关节，一对跗跖骨，一对跗跖关节和一对趾骨；
所述储能机构包括储能机架（2）和设置在所述储能机架（2）上的蓄能电机（3）、前端反向扭力结构、后端反向扭力结构、角度传感器、储能弹簧（4）、齿轮传动装置和储能释放结构；
所述前端反向扭力结构和所述后端反向扭力结构相同：包括反向扭力轴（5），右侧反向扭力杆（6）和左侧反向扭力杆（7），所述右侧反向扭力杆（6）和左侧反向扭力杆（7）的上端分别与所述反向扭力轴（5）的右端和所述反向扭力轴（5）的左端固定连接，所述右侧反向扭力杆（6）和左侧反向扭力杆（7）的下端通过反向扭力臂连接轴（8）固定连接在一起，以使所述右侧反向扭力杆（6）和左侧反向扭力杆（7）对称设置在所述反向扭力轴（5）的左右两端，共同形成反向扭力臂，所述反向扭力轴（5）与所述储能机架（2）转动连接，所述前端反向扭力结构和所述后端反向扭力结构前后对称设置；
所述角度传感器用于检测所述前端反向扭力结构或所述后端反向扭力结构中反向扭力轴（5）相对于所述储能机架（2）的旋转角度；
所述储能弹簧（4）安装在所述前端反向扭力结构的反向扭力臂和所述后端反向扭力结构的反向扭力臂之间，以使所述前端反向扭力结构的反向扭力臂和所述后端反向扭力结构的反向扭力臂之间具有弹性；
所述齿轮传动装置包括前端反向扭力结构驱动齿轮（9），后端反向扭力结构驱动齿轮（10），电机轴齿轮（11）和齿轮传动结构；所述前端反向扭力结构驱动齿轮（9）和后端反向扭力结构驱动齿轮（10）分别安装在前端反向扭力结构的反向扭力轴（5）和后端反向扭力结构的反向扭力轴（5）上，且它们之间啮合连接在一起，所述电机轴齿轮（11）安装在电机转轴上，所述电机轴齿轮（11）通过齿轮传动结构与所述前端反向扭力结构的反向扭力轴（5）或所述后端反向扭力结构的反向扭力轴（5）齿轮传动连接；当所述蓄能电机（3）工作时，所述齿轮传动装置驱动所述前端反向扭力结构的反向扭力臂和所述后端反向扭力结构的反向扭力臂相背远离，从而对所述储能弹簧（4）进行拉伸，使所述储能弹簧（4）蓄能；
所述储能释放结构包括棘轮（13），棘爪离合机构和棘爪（14），所述棘轮（13）安装在所述前端反向扭力结构的反向扭力轴（5）或所述后端反向扭力结构的反向扭力轴（5）上，所述棘爪离合机构包括棘爪离合电机（15），摆臂（16），偏心轴（17）和扭簧（18），所述棘爪离合电机（15）固定在所述储能机架（2）上，所述摆臂（16）的一端与所述储能机架（2）转动连接，所述摆臂（16）的另一端沿摆臂（16）中心线方向设有偏心轴适配槽（19），所述偏心轴（17）的一端与所述棘爪离合电机（15）的转轴固定连接，所述偏心轴（17）的另一端滑配于所述偏心轴适配槽（19）内，所述棘爪（14）的后端部与所述摆臂（16）中部转动连接，所述扭簧（18）安装在所述摆臂（16）与所述棘爪（14）之间，以使所述棘爪（14）对准所要配合的所述棘轮（13）的轮齿部位，以限定所述棘爪（14）相对于所述棘轮（13）的配合角度；当所述棘爪离合电机（15）正向或反向转动时，所述棘爪离合电机（15）的转轴带动所述偏心轴（17）的外端相对于所述棘爪离合电机（15）的转轴做偏心运动，以使所述摆臂（16）做径向地靠近或远离所述棘轮（13）的运动；当所述摆臂（16）靠近所述棘轮（13）时，所述棘爪（14）在所述扭簧（18）限定的配合插入角度下接近并插入棘轮（13）的齿内，以阻止所述棘轮（13）运转，从而使所述前端反向扭力结构的反向扭力臂和所述后端反向扭力结构的反向扭力臂处于相背远离运动后拉伸所述储能弹簧（4）状态，使所述储能弹簧（4）蓄能；当所述摆臂（16）远离所述棘轮（13）时，所述棘爪（14）与所述棘轮（13）分离，使所述棘轮（13）处于自由状态，从而使所述前端反向扭力结构的反向扭力臂和所述后端反向扭力结构的反向扭力臂向内侧运动的约束力解除，使所述储能弹簧（4）释放能量，在所述储能弹簧（4）弹力的作用下向内侧快速靠拢；
所述仿生弹跳机构包括右侧弹跳机构和左侧弹跳机构；
所述右侧弹跳机构和左侧弹跳机构左右对称设置且结构相同：包括弹跳结构、飞行器支撑部（22）和起降缓冲稳定结构；
所述弹跳结构包括弹跳杆（20）和后弹力杆（21），所述后弹力杆（21）的后端与所述弹跳杆（20）的中部转动连接，以形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛栋，马东福，宋笔锋，杨文青，宣建林，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61