一种仿生可有序折叠的扑翼机器人扑翼机构及控制方法技术

本发明专利技术一种仿生可有序折叠的扑翼机器人扑翼机构及控制方法，包括机架、扑翼驱动机构、有序扑翼折叠机构、控制单元、传感器模块、电源模块，以及折叠控制方法，所述的扑翼驱动机构包括无刷电机、齿轮传动机构、左翅膀传动机构和右翅膀传动机构，所述的机翼折叠驱动机构包括左右完全对称的左侧有序折叠扑翼驱动机构和右侧有序折叠扑翼驱动机构，均由丝杆电机、左侧翅根组件固定端、左侧翅根组件活动端、机翼固定端固定片、机翼活动端固定片、一级驱动杆前、一级驱动杆中、一级驱动杆后、二级驱动杆前、二级驱动杆后、三级驱动杆、一级骨骼和二级骨骼组成，所述的扑翼机构可以实现扑翼的有序折叠位置精确控制，从而提升扑翼机器人飞行机动性、稳定性和实用性。稳定性和实用性。稳定性和实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生可有序折叠的扑翼机器人扑翼机构及控制方法


[0001]本专利技术涉及机械学、仿生学、机器人技术、扑翼机器人，具体为一种仿生可有序折叠的扑翼机器人扑翼机构及控制方法。

技术介绍

[0002]扑翼机器人相比于固定翼和旋翼机器人具有高效性、敏捷性和隐蔽性等优点，可执行大范围侦察探测、安全巡检和灾后搜救等任务，在军事和民用领域都有着良好的应用前景。扑翼机构是扑翼机器人最重要的部件之一，至今已经有许多对扑翼机器人机翼进行折叠的机构被设计出来。扑翼机器人的机翼折叠是指对扑翼机器人的升力产生结构进行折叠，使其机翼的垂直于地面方向的投影面积发生大幅度改变，这一参数与扑翼机器人的升力和阻力有着密切联系。机翼折叠对提高扑翼机器人的便携性、空气动力学性能以及仿生性有较大的帮助。但目前的机翼折叠大部分都是为了扑翼机器人的便于携带与运输，其机翼结构的折叠、收放机构大多采用膜类结构不能有序折叠，也不能提高扑翼机器人的飞行姿态控制灵活性。中国专利201410269739.2公开了一种扑翼机器人，但是其翅膀不具有折叠功能，中国专利202111509861.9公开了刚柔耦合主被动变形扑翼机构及攻角调节方法，但是其不具备主动翅膀折叠能力，中国专利201810812761.5提出了一种扑翼机的仿鸟类与蝙蝠的可折叠机翼，其模仿蝙蝠与鸟类设计了一种可折叠机翼，在飞行过程中可以改变机翼的折叠状态，气动效率高，通过复杂的多连杆机构模仿了飞行脊椎动物的翅膀折叠动作，但其机翼不具备有序折叠收拢和展开功能，在折叠时的不可控因素较多，控制稳定性低。
[0003]自然界中所有鸟类都能在飞行中对翅膀骨骼以及羽毛进行有序折叠，以改变自身升力和飞行姿态，具有极强的机动性能。如果在飞行过程中能自由有序地调节机翼的折叠状态，改变扑翼机构的变形情况，将会大大提高扑翼机器人的飞行机动性、稳定性与实用性。因此，设计一种可以有序折叠机翼结构的扑翼机器人扑翼机构，对于扑翼机器人的性能提升以及鸟类空气动力学性能的研究都有着重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要克服的技术问题在于扑翼机器人机翼机构主动变形困难，扑翼机构折叠变形无序与可靠性低的问题，以及在飞行过程中实现扑翼形态的实时控制调节难题，为此专利技术人设计一种刚柔耦合能够主动调节被动变形速度与幅值的主被动变形扑翼机构及相对应的攻角调节方法。
[0005]本专利技术提供一种仿生可有序折叠的扑翼机器人扑翼机构，由机架、扑翼驱动机构、有序扑翼折叠机构、控制单元及传感器模块和电源模块组成：
[0006]所述的机架包括主架、辅架、连接柱一、连接柱二、连接柱三、连接柱四、连接柱五、连接柱六、连接柱七、左主架摇杆连接件和右主架摇杆连接件，所述的主架安装机架的相关配件、机构、装置和模块，所述的辅架通过连接柱一、连接柱二、连接柱三、连接柱四、连接柱五、连接柱六和连接柱七安装在主架的右侧面上，所述的右主架摇杆连接件和左主架摇杆
连接件左右对称固接在主架上前端左右两侧；
[0007]所述电源模块为扑翼驱动机构、有序扑翼折叠机构、控制单元及传感器模块供电；
[0008]所述的扑翼驱动机构包括无刷电机、齿轮传动机构与左右对称的翅膀传动机构，所述齿轮传动机构由一级齿轮、二级齿轮、二级齿轮轴、二级副齿轮、三级齿轮与三级齿轮轴组成，所述的左翅膀机构由左曲柄、左球头一、左连杆、左球头二和左摇杆组成，所述的右翅膀机构由右曲柄、右球头一、右连杆、右球头二和右摇杆组成，所述的无刷电机安装在主架左侧，其输出轴穿到主架右侧，所述一级齿轮安装在无刷电机的输出轴上，所述二级齿轮轴一端安装在主架上并伸出到主架左侧外，另外一端安装在辅架上，且其轴线与无刷电机输出轴平行，并可绕其轴线转动，所述二级齿轮固接在二级齿轮轴上主架与辅架之间位置，且与一级齿轮啮合，所述的二级副齿轮固接在二级齿轮轴左侧伸出主架的部分上，所述的三级齿轮轴一端安装在主架上并伸出到主架左侧外，另外一端安装在辅架上并伸出辅架右侧面，三级齿轮轴的轴线与无刷电机输出轴平行，且可绕其轴线转动，所述的三级齿轮固接在三级齿轮轴伸出主架左侧面的部分上，并与二级副齿轮啮合，左曲柄固接在三级齿轮轴上并和左连杆通过左球头一连接，左连杆和左摇杆通过左球头二连接，左摇杆一端铰接安装在左主架摇杆连接件上，右曲柄固接在三级齿轮轴上并和右连杆通过右球头一连接，右连杆和右摇杆通过右球头二连接，右摇杆一端铰接安装在右主架摇杆连接件上，所述的无刷电机经过一级齿轮、二级齿轮、二级副齿轮和三级齿轮的减速后驱动翅膀机构实现翅膀扑动，左曲柄、左连杆、左摇杆和主架组成一个曲柄摇杆机构，左曲柄的转动带动左摇杆摆动，从而驱动左侧翅膀的上下扑动，右翅膀机构与左翅膀机构的结构；
[0009]所述的有序扑翼折叠机构是左右完全对称的，所述左侧有序扑翼折叠机构包括驱动机构，连杆机构和翼片机构，所述驱动机构包括丝杆电机、左摇杆、左从动摇杆、右从动摇杆和翅根组件驱动螺母，所述丝杆电机通过电机紧定螺栓一和电机紧定螺栓二固定在丝杆电机固定座上，所述丝杆电机的转轴通过丝杆电机轴支架固定，所述连杆机构包括机翼固定端固定片、机翼活动端固定片、一级驱动杆前、一级驱动杆中、一级驱动杆后、二级驱动杆前、二级驱动杆后、三级驱动杆、一级骨骼和二级骨骼，所述翼片机构包括翼片一、翼片二、翼片三、翼片四、翼片五、翼片六、翼片七、翼片八、翼片九小、翼片九大、翼片十，机翼固定端固定片同时与一级驱动杆前和一级骨骼通过螺栓一连接形成两个转动副，一级骨骼与二级骨骼通过螺栓二连接形成转动副，机翼活动端固定片与一级驱动杆后通过螺栓三连接形成转动副，一级驱动杆中同时与一级驱动杆前和一级驱动杆后通过螺栓四连接形成两个转动副，一级驱动杆前同时与二级驱动杆前和二级驱动杆后通过螺栓五连接形成两个转动副,一级驱动杆后与二级驱动杆前通过螺栓六连接形成转动副,三级驱动杆同时与二级骨骼、二级驱动杆后和二级驱动杆前通过螺栓七连接形成三个转动副，翼片一、翼片二、翼片三、翼片四、翼片五、翼片六和翼片七均通过螺栓连接与一级骨骼形成转动副，通过螺栓连接与一级驱动杆前形成滑动副，机翼固定端固定片与左摇杆通过螺栓连接，机翼活动端固定片与左从动摇杆通过螺栓连接，翅根组件驱动螺母嵌入左从动摇杆预留的六角形槽内进行过盈配合，所述右侧有序扑翼折叠机构的具体结构和连接方式与左侧有序扑翼折叠机构完全相同。
[0010]作为本专利技术结构进一步改进，所述传感控制模块包括控制板、六轴角度传感器、电位计和无线通信模块，所述控制板固定在主架左侧，所述无线通信模块固定在控制板上，所
述六轴角度传感器固定在控制板上，所述电位计固定在丝杆电机尾部。
[0011]作为本专利技术结构进一步改进，所述电电源模块包括锂电池，固定在主架上。
[0012]本专利技术提供一种仿生可有序折叠的扑翼机器人扑翼机构控制方法，包括左右翅膀同时折叠、左侧翅膀折叠、右侧翅膀折叠三种控制模式，分别产生升降升力和阻力改变、左转机动效果和右转机构效果，左右有序扑翼折叠机构的折叠方式相同，根据需要同步控制或分别控制，分别产生升降升力和阻力改变、左转机动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生可有序折叠的扑翼机器人扑翼机构，由机架(1)、扑翼驱动机构(2)、有序扑翼折叠机构(3)、控制单元及传感器模块(4)和电源模块(5)组成，其特征在于：所述的机架(1)包括主架(1
‑
1)、辅架(1
‑
2)、连接柱一(1
‑
3)、连接柱二(1
‑
4)、连接柱三(1
‑
5)、连接柱四(1
‑
6)、连接柱五(1
‑
7)、连接柱六(1
‑
8)、连接柱七(1
‑
9)、左主架摇杆连接件(1
‑
10)和右主架摇杆连接件(1
‑
11)，所述的主架(1
‑
1)安装机架(1)的相关配件、机构、装置和模块，所述的辅架(1
‑
2)通过连接柱一(1
‑
3)、连接柱二(1
‑
4)、连接柱三(1
‑
5)、连接柱四(1
‑
6)、连接柱五(1
‑
7)、连接柱六(1
‑
8)和连接柱七(1
‑
9)安装在主架(1
‑
1)的右侧面上，所述的右主架摇杆连接件(1
‑
10)和左主架摇杆连接件(1
‑
11)左右对称固接在主架上前端左右两侧；所述电源模块(5)为扑翼驱动机构(2)、有序扑翼折叠机构(3)、控制单元及传感器模块(4)供电；所述的扑翼驱动机构(2)包括无刷电机(2
‑
1)、齿轮传动机构与左右对称的翅膀传动机构，所述齿轮传动机构由一级齿轮(2
‑
2)、二级齿轮(2
‑
3)、二级齿轮轴(2
‑
4)、二级副齿轮(2
‑
5)、三级齿轮(2
‑
6)与三级齿轮轴(2
‑
7)组成，所述的左翅膀机构由左曲柄(2
‑
8)、左球头一(2
‑
9)、左连杆(2
‑
10)、左球头二(2
‑
11)和左摇杆(2
‑
12)组成，所述的右翅膀机构由右曲柄(2
‑
13)、右球头一(2
‑
14)、右连杆(2
‑
15)、右球头二(2
‑
16)和右摇杆(2
‑
17)组成，所述的无刷电机(2
‑
1)安装在主架(1
‑
1)左侧，其输出轴穿到主架(1
‑
1)右侧，所述一级齿轮(2
‑
2)安装在无刷电机(2
‑
1)的输出轴上，所述二级齿轮轴(2
‑
4)一端安装在主架(1
‑
1)上并伸出到主架(1
‑
1)左侧外，另外一端安装在辅架(1
‑
2)上，且其轴线与无刷电机(2
‑
1)输出轴平行，并可绕其轴线转动，所述二级齿轮(2
‑
3)固接在二级齿轮轴(2
‑
4)上主架(1
‑
1)与辅架(1
‑
2)之间位置，且与一级齿轮(2
‑
2)啮合，所述的二级副齿轮(2
‑
5)固接在二级齿轮轴(2
‑
4)左侧伸出主架(1
‑
1)的部分上，所述的三级齿轮轴(2
‑
7)一端安装在主架(1
‑
1)上并伸出到主架(1
‑
1)左侧外，另外一端安装在辅架(1
‑
2)上并伸出辅架(1
‑
2)右侧面，三级齿轮轴(2
‑
7)的轴线与无刷电机(2
‑
1)输出轴平行，且可绕其轴线转动，所述的三级齿轮(2
‑
6)固接在三级齿轮轴(2
‑
7)伸出主架(1
‑
1)左侧面的部分上，并与二级副齿轮(2
‑
5)啮合，左曲柄(2
‑
8)固接在三级齿轮轴(2
‑
7)上并和左连杆(2
‑
10)通过左球头一(2
‑
9)连接，左连杆(2
‑
10)和左摇杆(2
‑
12)通过左球头二(2
‑
11)连接，左摇杆(2
‑
12)一端铰接安装在左主架摇杆连接件(1
‑
11)上，右曲柄(2
‑
13)固接在三级齿轮轴(2
‑
7)上并和右连杆(2
‑
15)通过右球头一(2
‑
14)连接，右连杆(2
‑
15)和右摇杆(2
‑
17)通过右球头二(2
‑
16)连接，右摇杆(2
‑
17)一端铰接安装在右主架摇杆连接件(1
‑
11)上，所述的无刷电机(2
‑
1)经过一级齿轮(2
‑
2)、二级齿轮(2
‑
3)、二级副齿轮(2
‑
5)和三级齿轮(2
‑
6)的减速后驱动翅膀机构实现翅膀扑动，左曲柄(2
‑
8)、左连杆(2
‑
10)、左摇杆(2
‑
12)和主架(1
‑
1)组成一个曲柄摇杆机构，左曲柄(2
‑
8)的转动带动左摇杆(2
‑
12)摆动，从而驱动左侧翅膀的上下扑动，右翅膀机构与左翅膀机构的结构；所述的有序扑翼折叠机构是左右完全对称的，所述左侧有序扑翼折叠机构包括驱动机构，连杆机构和翼片机构，所述驱动机构包括丝杆电机(3
‑
1)、左摇杆(2
‑
12)、左从动摇杆(1
‑
14)、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军，王思辰，黄天烁，宮逸，仰宗平，朱金涛，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：