本发明专利技术公开了一种利用翼拍动幅度差动进行滚转控制的仿生扑翼微型飞行器。该装置包含传动系统、控制系统、动力系统和升力系统。所述传动系统通过分布齿轮减速组齿轮、曲柄、中心带轮和分裂式小带轮在较小空间内实现机翼往复拍动。所述控制系统通过两个独立舵机分别带动左、右分裂式小带轮转动，改变等效直径，实现左、右翼拍动幅度调节。本发明专利技术采用带传动的方式替代连杆机构，降低了传动机构的复杂程度；同时设计可变等效直径的分裂式小带轮，可利用两个旋转舵机精准、连续地改变左右翼拍动幅度，保证控制力矩产生的同时，飞行器升力保持不变，能实现滚转机动。能实现滚转机动。能实现滚转机动。
【技术实现步骤摘要】
一种利用翼拍动幅度差动进行滚转控制的仿生扑翼微型飞行器
[0001]本专利技术涉及微型飞行器领域，具体来说是一种利用翼拍动幅度差动进行滚转控制的仿生扑翼微型飞行器。
技术介绍
[0002]近年来，随着微机电行业的快速发展，微型飞行器日益成熟。微型飞行器可广泛应用于侦察监视、定点爆破、拟态观测和搜救巡逻等军用和民用领域。
[0003]微型飞行器尺寸小、飞行速度低，其飞行时多处于低雷诺数的流场下。相较于固定翼和旋翼类微型飞行器而言，仿生扑翼微型飞行器在低雷诺数下气动效率更高，因此更适合微型化。另一方面，仿生扑翼微型飞行器由于其具有仿生外观、尺寸小等优势，更具有隐蔽性。因此，仿生扑翼微型飞行器也成为目前微型飞行器的设计热点。
[0004]自然界中的昆虫往往通过控制翅膀的运动参数实现姿态控制，昆虫姿态控制的实现手段主要分为两种：一种是保持拍动运动不变，改变扑翼攻角，从而产生控制力矩；另一种是保持扑翼攻角不动，改动拍动运动，从而产生控制力矩。对于仿生扑翼微型飞行器而言，如何实现仿生控制运动是其设计的一大难题。现有的仿生扑翼微型飞行器多采用第一种控制方法设计，即采用翼根偏转的方案实现扑翼的攻角改变，从而产生控制力矩。该控制方法的不足在于由于翼膜是柔性材料，因此翼根偏转造成的翼膜攻角改变难以精准量化，无法对控制力矩的产生进行精准评估。相较之下，改变扑翼拍动运动则可以通过对运动的精准改变，评估出气动力的变化，进一步精准评估产生的控制力矩大小。但改变扑翼的拍动运动需要对高速转动机构进行控制，传统的连杆驱动机构难以在微型化的基础上对高速转动的连杆运动进行改变，因此有必要专利技术一些扑翼运动参数可精准控制的仿生微型扑翼飞行器，并进一步发展其飞行控制方法。
技术实现思路
[0005]本专利技术针对现有仿生扑翼微型飞行器大多通过扑翼攻角的控制来获得控制力矩的现状，为解决该方案控制力矩产生难以量化、扑翼拍动运动难以有效控制和控制过程中气动效率下降的问题，提出了一种利用翼拍动幅度差动进行滚转控制的仿生扑翼微型飞行器，该飞行器设计方案可分别对左、右扑翼的拍动幅度进行连续调节，实现扑翼拍动运动和控制力矩的精准控制。
[0006]一种利用翼拍动幅度差动进行滚转控制的仿生扑翼微型飞行器包括传动系统、控制系统、动力系统和升力系统。
[0007]所述传动系统包括上底座、下底座、分布齿轮减速组、连杆和传动放大装置。上底座设计有动力系统的安装腔体和分布齿轮减速组的安装孔位，用于固定动力装置和分布齿轮减速组。下底座设计有传动放大装置和控制执行机构的安装孔位，用于固定传动放大装置的中心带轮以及控制系统的控制执行机构。分布齿轮减速组包括主轴齿轮、单层齿轮和
双层齿轮，其中主轴齿轮安装于动力装置输出轴上，单层齿轮和双层齿轮分别安装于上底座的预定孔位中，双层齿轮中大齿数齿轮与主轴齿轮啮合，小齿数齿轮与单层齿轮啮合。所述分布齿轮减速组将动力装置的高速转动转为单层齿轮的低速转动。连杆两端连接单层齿轮和中心带轮，使之形成双摇杆机构。连杆将单层齿轮的圆周运动转换为中心带轮的小幅度往复转动。传动放大装置包括中心带轮、左分裂式小带轮、右分裂式小带轮、左传动带、右传动带、左翼杆和右翼杆。中心带轮为一圆形结构，侧面有环形凹槽，用于限制左、右传动带运动，中心为十字轮辐结构用于加强中心带轮的强度。左、右分裂式小带轮结构相同，均由至少两个“T”型圆弧结构组成，“T”型圆弧结构可由控制系统的转动盘带动向外滑动，以增加分裂式小带轮的等效直径。左传动带以预张紧的方式绕于中心带轮和左分裂式小带轮的凹槽中，右传动带以预张紧的方式，呈“8”字型绕于中心带轮和右分裂式小带轮的凹槽中。左、右传动带绕左、右分裂式小带轮的部分有一段凸出皮带，凸出部分挖空有一圆孔，用于带动扑翼转动。左、右翼杆分别与控制系统的左、右带轮固定件的中心孔铆接，并可沿带轮固定件的中心孔自由转动，左、右翼杆侧缘分别有一圆孔用于与升力系统的主梁固连。动力装置的高速转动，经齿轮减速组减速，由连杆带动中心带轮小幅度往复转动，从而带动左、右传动带牵引左、右翼杆沿带轮固定件的中心孔做往复转动。由于左、右分裂式小带轮的直径小于中心带轮的直径，因此将中心带轮的往复转动幅度进行放大，实现扑翼大幅拍动。
[0008]所述控制系统包含左旋转舵机、左转动盘、左带轮固定件、右旋转舵机、右转动盘和右带轮固定件。左、右旋转舵机分别固定于下底座对应的控制机构安装腔体中，左、右转动盘分别固连于左、右旋转舵机的输出转轴上，左、右转动盘上均布有至少2个弧形滑槽，左、右分裂式小带轮的“T”型圆弧结构下端有圆柱，可分别绕左、右转动盘的弧形滑槽自由滑动，左、右带轮固定件通过六个弧形耳片分别固定于下底座的带轮固定件凹槽中，左、右带轮固定件分别沿圆周均布有六个滑槽，左、右分裂式小带轮的“T”型圆弧可沿左、右带轮固定件的滑槽向外滑动。左、右旋转舵机转动，带动左、右转动盘转动，从而使得左、右分裂式小带轮的“T”型圆弧沿着左、右带轮固定件的滑槽滑动，改变左、右分裂式小带轮的等效直径，实现拍动运动幅度的调节。
[0009]所述动力系统为仿生扑翼微型飞行器的动力源，驱动系统机构实现扑翼的拍动运动。动力系统包含动力装置，动力装置可采用空心杯电机或无刷电机。
[0010]所述升力系统包含左右两个扑翼，每个扑翼由主梁、柔性梁、竖梁和翼膜组成。所述翼膜为柔性膜，采用聚亚酰胺材料，翼膜的前缘和侧缘分别裹成管状后用粘结剂固定。所述主梁和竖梁分别穿过翼膜前缘和侧缘所形成的管状空间，并可绕管状空间自由转动。竖梁呈90
°
搭于主梁下方，柔性梁粘接在翼膜一侧，与主梁呈30
°
夹角；主梁翼根端与传动系统的翼杆连接。
[0011]一种利用翼拍动幅度差动进行滚转控制的仿生扑翼微型飞行器滚转控制的实施过程为：
[0012](1)当飞行器需要左滚转力矩产生时，左旋转舵机的输出轴带动左转动盘逆时针旋转，左转动盘上的弧形滑槽带动左分裂式小带轮的“T”型圆弧下端的圆柱滑动，从而左分裂式小带轮的“T”型圆弧沿着左带轮固定件的滑槽向外滑出，左分裂式小带轮的等效直径增加，左分裂式小带轮的等效直径与中心带轮直径之比增加，从而左传动带沿左分裂式小带轮部分转动幅度减小，带动左翼杆转动幅度相应减小。右旋转舵机的输出轴带动右转动
盘顺时针旋转，右转动盘上的弧形滑槽带动右分裂式小带轮的“T”型圆弧下端的圆柱滑动，从而右分裂式小带轮的“T”型圆弧沿着右带轮固定件的滑槽向内滑回，右分裂式小带轮的等效直径减小，右分裂式小带轮的等效直径与中心带轮直径之比减小，从而右传动带沿右分裂式小带轮部分转动幅度增大，带动右翼杆转动幅度相应增大。由于左扑翼拍动运动幅度减小，右扑翼拍动运动幅度增大，因此左侧扑翼拍动运动产生的气动力减小，右侧扑翼拍动运动产生的气动力增大，由于左右侧扑翼气动力差，产生左滚力矩。
[0013](2)当飞行器需要右滚转力矩产生时，右旋转舵机的输出轴带动右转动盘逆时针旋转，右转动盘上的弧形滑槽带动右分裂式小带轮的“T”型圆弧下端的圆柱滑动，从而右本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种利用翼拍动幅度差动进行滚转控制的仿生扑翼微型飞行器，其特征在于，包括传动系统、控制系统、动力系统和升力系统：所述传动系统由上底座、下底座、分布齿轮减速组、连杆和传动放大装置组成；所述上底座用于固定动力装置和分布齿轮减速组，所述下底座用于固定传动放大装置的中心带轮以及控制系统的控制执行机构；所述分布式齿轮减速组由多个齿轮组成，将动力装置的高速转动转为低速转动，所述连杆连接分布式齿轮减速组末端齿轮和传动放大装置的中心带轮，带动中心带轮往复转动，所述传动放大装置将中心带轮转动放大，带动传动放大装置末端的分裂式小带轮转动，从而驱动扑翼拍动，由于分裂式小带轮直径小于中心带轮的直径，因此将中心带轮的往复转动幅度放大，实现扑翼大幅拍动；所述控制系统包含控制旋转舵机、转动盘和带轮固定件组成；所述控制旋转舵机带动转动盘转动，所述转动盘驱动分裂式小带轮沿着所述带轮固定件的滑槽向外扩张或向内收缩，改变分裂式小带轮等效直径，实现扑翼拍动运动幅度的调节；所述动力系统为仿生扑翼微型飞行器的动力源，驱动系统机构实现扑翼的拍动运动；动力系统由动力装置组成，动力装置可采用空心杯电机或无刷电机；所述升力系统由左右两个扑翼组成，每个扑翼由主梁、柔性梁、竖梁和翼膜组成。2.如权利要求1所述一种利用翼拍动幅度差动进行滚转控制的仿生扑翼微型飞行器，其特征在于，所述翼膜为柔性膜，采用聚亚酰胺材料，翼膜的前缘和侧缘分别裹成管状后用粘结剂固定；所述主梁和竖梁分别穿过翼膜前缘和侧缘所形成的管状空间，并可绕管状空间自由转动；竖梁呈90
°
搭于主梁下方，柔性梁粘接在翼膜一侧，与主梁呈30
°
夹角；主梁翼根端与传动系统的翼杆连接。3.如权利要求1所述一种利用翼拍动幅度差动进行滚转控制的仿生扑翼微型飞行器，其特征在于，所述分布齿轮减速组包括主轴齿轮、单层齿轮和双层齿轮，所述主轴齿轮安装于动力装置输出轴上，单层齿轮和双层齿轮分别安装于上底座的预定孔位中，双层齿轮中大齿数齿轮与主轴齿轮啮合，小齿数齿轮与单层齿轮啮合；所述分布齿轮减速组将动力装置的高速转动转为单层齿轮的低速转动；所述连杆两端连接单层齿轮和中心带轮，形成双摇杆机构，将单层齿轮的圆周运动转换为中心带轮的小幅度往复转动；所述传动放大装置包括中心带轮、左分裂式小带轮、右分裂式小带轮、左传动带、右传动带、左翼杆和右翼杆；中心带轮为一圆形结构，侧面有环形凹槽，用于限制左传动带和右传动带运动，中心为十字轮辐结构用于加强中心带轮的强度；所述左分裂式小带轮和右分裂式小带轮结构相同，均由至少两个“T”型圆弧结构组成，“T”型圆弧结构可由控制系统的转动盘带动向外滑动，以增加分裂式小带轮的等效直径；所述左传动带以预张紧的方式绕于中心带轮和左分裂式小带轮的凹槽中，所述右传动带以预张紧的方式，呈“8”字型绕于中心带轮和右分裂式小带轮的凹槽中；左传动带和右传动带分别绕左分裂式小带轮和右分裂式小带轮的部分有一段凸出皮带，凸出部分挖空有一圆孔，用于带动扑翼转动；所述左翼杆和右翼杆分别与控制系统的左带轮固定件和右带轮固定件的中心孔铆接，并可沿带轮固定件的中心孔自由转动，左翼杆和右翼杆侧缘分别有一圆孔用于与...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴江浩，程诚，曹赫宇，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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