一种翻转翼面仿蜻蜓多模式转换微小型无人机制造技术

本发明专利技术公开了一种翻转翼面仿蜻蜓多模式转换微小型无人机，包括机身、机翼、机翼翻转系统、机翼扑动系统、主轴、主轴旋转控制系统及尾翼；主轴通过主轴旋转控制系统竖直安装在机身重心位置，机翼分布于主轴顶端两侧且通过机翼翻转系统与机翼扑动系统固连，在机翼扑动系统带动下上下扑动；尾翼安装在机身尾部；两侧的机翼呈中心对称结构时形成扑旋翼模式，主轴在主轴旋转控制系统的控制下转动；机翼翻转系统控制机翼翻转后呈轴对称结构形成扑翼模式，主轴在主轴旋转控制系统的控制下停止转动。本发明专利技术能够实现垂直起降、定点悬停、快速起飞。

【技术实现步骤摘要】
一种翻转翼面仿蜻蜓多模式转换微小型无人机
本专利技术涉及仿生飞行器的
，具体涉及一种翻转翼面仿蜻蜓多模式转换微小型无人机。
技术介绍
现在各国的微小型飞行器都处于发展但成品较少的阶段。微小型无人机的主要作用是在一些狭小的地方执行侦察、探测、获取情报的任务，相较于传统无人机有比较大的优势。现阶段的三种典型微型飞行器MAV布局形式各具特点和优势，但各自的缺点也很明显。固定翼MAV在高速远程巡航飞行中优势明显，但无法实现悬停和低速飞行；旋翼MAV具有悬停和低速飞行能力，但需要额外的装置来克服反扭矩问题。除此以外，固定翼MAV和旋翼MAV都面临着低雷诺数下气动力和控制效率显著降低的问题。拍动翼MAV可以在低雷诺数下产生足够大的升力，但需要消耗更多的能量；同时，拍动翼产生升力的机理复杂，在实际应用中的机械结构设计难度较大。这些都制约着拍动翼MAV的设计、制造和应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种翻转翼面仿蜻蜓多模式转换微小型无人机，能够实现垂直起降、定点悬停、快速起飞。本专利技术采用的技术方案如下：一种翻转翼面仿蜻蜓多模式转换微小型无人机，包括机身、机翼、机翼翻转系统、机翼扑动系统、主轴、主轴旋转控制系统及尾翼；所述主轴通过主轴旋转控制系统竖直安装在机身重心位置，机翼分布于主轴顶端两侧且通过机翼翻转系统与机翼扑动系统固连，在机翼扑动系统带动下上下扑动；所述尾翼安装在机身尾部；两侧的机翼呈中心对称结构时形成扑旋翼模式，主轴在主轴旋转控制系统的控制下转动；机翼翻转系统控制机翼翻转后呈轴对称结构形成扑翼模式，主轴在主轴旋转控制系统的控制下停止转动。进一步地，所述机翼扑动系统包括保持架、悬臂、摇杆、滑块及动力机构；两悬臂一端与可变形机翼翼根固连，另一端与主轴端部铰接；所述滑块套装在主轴上，两摇杆一端与悬臂中部铰接，另一端与滑块铰接；所述保持架将两节主轴轴段固定连接成为一体且两节轴段同轴，所述动力机构固定在保持架上，带动滑块移动。进一步地，所述动力机构包括连杆、锥齿轮组及电机，锥齿轮组输入轮由电机驱动，输出轮与连杆固连；所述电机固定在机架上，电机驱动传动机构运动，带动滑块移动。进一步地，所述动力机构采用伸缩电机。进一步地，所述主轴旋转控制系统包括舵机、制动杆及轴承；所述轴承内圈与主轴固连，所述轴承外圈与机身固连，舵机驱动制动杆进入主轴上的限位孔，主轴停止转动。进一步地，所述机翼翻转系统采用翻转舵机。进一步地，所述机翼翻转系统采用翻转舵机。进一步地，静止状态下，机翼的翼根弦线与水平面夹角为10°-30°。进一步地，静止状态下，机翼的翼根弦线与水平面夹角为10°-30°。有益效果：1、本专利技术通过机翼翻转系统改变两侧机翼的结构形式实现扑旋翼和扑翼两种模式间的转换，能够实现垂直起降、定点悬停以及水平飞行，即使在低雷诺系数下也能快速起飞；两种模式共用一套运动系统即机翼扑动系统，便于控制；本专利技术两侧的机翼呈中心对称结构时形成的扑旋翼模式类似于蜻蜓的飞行状态，能够垂直起降、定点悬停。其次，采用扑动产生升力的飞行方式有效解决无人机螺旋桨转动噪音大已被发现的问题。2、本专利技术轴承内圈与主轴固连，轴承外圈与机架固连，使得电机的输出轴与机身产生相反的力矩克服机身的自转，结构简单。附图说明图1为本专利技术扑翼模式平飞方式结构示意图；图2是本专利技术扑翼模式平飞方式另一视角下的结构示意图；图3是本专利技术扑旋翼模式垂直起降与悬停方式结构示意图；图4是本专利技术扑旋翼模式垂直起降与悬停方式另一视角下的结构示意图。其中，1-第一机翼，2-第一翻转舵机，3-第一连接器，4-第一悬臂，5-第一摇杆，6-主轴，7-滑块，8-机身，9-滚动轴承，10-尾舵，11-尾梁，12-主轴控制舵机，13-锥齿轮Ⅱ，14-锥齿轮Ⅰ，15-保持架，16-电机，17-机架，18-制动杆，19-限位孔，20-摆动摇杆，21-第二机翼，22-第二翻转舵机，23-第二连接器，24-第二悬臂，25-第二摇杆。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术提供了一种翻转翼面仿蜻蜓多模式转换微小型无人机，如图1、图2所示，包括机身8、机翼、机翼翻转系统、机翼扑动系统、主轴6、主轴旋转控制系统及尾翼。主轴6竖直安装在机身8重心位置，两机翼分布于主轴6顶端两侧且通过机翼翻转系统与机翼扑动系统固连，在机翼扑动系统带动下上下扑动；机翼翻转系统采用翻转舵机，包括第一翻转舵机2、第二翻转舵机22。机翼扑动系统包括保持架15、第一悬臂4、第二悬臂24、第一摇杆5、第二摇杆25、滑块7及动力机构。第一机翼1通过第一连接器3与第一悬臂4一端固连，第一悬臂4上安装有第一翻转舵机2。第一悬臂4另一端与主轴6端部铰接；第二机翼21通过第二连接器23与第二悬臂24一端固连，第二悬臂24上安装有第二翻转舵机22。第二悬臂24另一端与主轴6端部铰接；滑块7套装在主轴6上，第一摇杆5一端与第一悬臂4中部铰接，第一摇杆5另一端与滑块7一侧铰接；第二摇杆25一端与第二悬臂24中部铰接，第二摇杆25另一端与滑块7另一侧铰接。主轴6为两段式结构，保持架15将两节主轴6轴段固定连接成为一体且两节轴段同轴，动力机构固定在保持架15上，带动滑块7移动，从而使两侧的机翼上下扑动。尾翼通过尾梁11安装在机身8尾部。通过尾翼上的尾舵10实现对无人机姿态及偏航控制。本实施例中动力机构包括摆动摇杆20、锥齿轮组及电机16，锥齿轮组包括锥齿轮Ⅰ14和锥齿轮Ⅱ13，输入轮即锥齿轮Ⅱ13由电机16驱动，输出轮即锥齿轮Ⅰ14与摆动摇杆20固连；电机16固定在保持架15上，电机16驱动传动机构运动，带动滑块7移动。动力机构也可以采用伸缩电机，直接带动滑块7移动。如图3、图4所示，第一机翼1和第二机翼21关于主轴6呈中心对称分布时形成扑旋翼，主轴6在主轴旋转控制系统的控制下转动；第一机翼1在第一翻转舵机2的控制下翻转或第二机翼21在第二翻转舵机22的控制下翻转后呈轴对称分布形成扑翼模式，主轴6在主轴旋转控制系统的控制下停止转动。主轴旋转控制系统包括机架17、主轴控制舵机12、制动杆18及轴承；机架17固定在机身8重心位置，且位于保持架15下方，主轴6的下段轴段穿过机架17顶面与轴承内圈固连，轴承外圈与机身8固连，使得电机16的输出轴与机身8产生相反的力矩克服机身8的自转。制动杆18一端由主轴控制舵机12驱动，另一端穿过机架17上的孔洞，主轴控制舵机12驱动制动杆18进入主轴6上的限位孔19，主轴6停止转动。轴承采用滚动轴承9。本实例中，机身8长度300mm，机身8最大宽度30mm。机翼弦长20mm，翼展300mm。最大起飞重量约为0.5kg。初始安装时，机翼处于静止状态，此时机翼的翼根弦线与水平面夹角为10°-30°。在一个优选实施例中第一机翼11和第二机翼2121的翼根弦线与水平面夹角为15°本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种翻转翼面仿蜻蜓多模式转换微小型无人机，其特征在于，包括机身、机翼、机翼翻转系统、机翼扑动系统、主轴、主轴旋转控制系统及尾翼；/n所述主轴通过主轴旋转控制系统竖直安装在机身重心位置，机翼分布于主轴顶端两侧且通过机翼翻转系统与机翼扑动系统固连，在机翼扑动系统带动下上下扑动；所述尾翼安装在机身尾部；/n两侧的机翼呈中心对称结构时形成扑旋翼模式，主轴在主轴旋转控制系统的控制下转动；机翼翻转系统控制机翼翻转后呈轴对称结构形成扑翼模式，主轴在主轴旋转控制系统的控制下停止转动。/n

【技术特征摘要】
1.一种翻转翼面仿蜻蜓多模式转换微小型无人机，其特征在于，包括机身、机翼、机翼翻转系统、机翼扑动系统、主轴、主轴旋转控制系统及尾翼；
所述主轴通过主轴旋转控制系统竖直安装在机身重心位置，机翼分布于主轴顶端两侧且通过机翼翻转系统与机翼扑动系统固连，在机翼扑动系统带动下上下扑动；所述尾翼安装在机身尾部；
两侧的机翼呈中心对称结构时形成扑旋翼模式，主轴在主轴旋转控制系统的控制下转动；机翼翻转系统控制机翼翻转后呈轴对称结构形成扑翼模式，主轴在主轴旋转控制系统的控制下停止转动。


2.如权利要求1所述的翻转翼面仿蜻蜓多模式转换微小型无人机，其特征在于，所述机翼扑动系统包括保持架、悬臂、摇杆、滑块及动力机构；
两悬臂一端与可变形机翼翼根固连，另一端与主轴端部铰接；所述滑块套装在主轴上，两摇杆一端与悬臂中部铰接，另一端与滑块铰接；所述保持架将两节主轴轴段固定连接成为一体且两节轴段同轴，所述动力机构固定在保持架上，带动滑块移动。


3.如权利要求2所述的翻转翼面仿蜻蜓多模式转换微小型无人机，其特征在于，所述动力机构包括连杆、锥齿轮组及电机，锥齿轮组输入轮由电机驱动，输...

【专利技术属性】
技术研发人员：高帆，费潇永，赵宇辰，高文萱，吴炎烜，赵新悦，杜宏宝，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11