CN103523221B - 带主动扭转控制的仿生飞行器 - Google Patents

带主动扭转控制的仿生飞行器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种带主动扭转控制的仿生飞行器，包括机身和扑翼，机身包括通过固定轴连接的前固定框和后固定框，前固定框上装有扑翼传动齿轮；扑翼包括扑翼骨架和固定在扑翼骨架上的若干翼肋，蒙皮固定在翼肋上沿扑翼骨架延伸；扑翼传动齿轮通过传动装置与扑翼骨架相连。扑翼传动齿轮外圆上装有一块磁铁，前固定框上装有感应磁铁的霍尔传感器；扑翼骨架包括舵机支架、舵机和扭转轴，其中舵机支架与传动装置相连，舵机安装在舵机支架上，扭转轴与舵机固定；翼肋包括固定在舵机上的固定翼肋和固定在扭转轴上的若干扭转翼肋。本发明通过控制蒙皮的柔性变形大大改善扑翼的气动性，能使之更接近鸟类翅膀柔性扑动真实情况，提高了承载能力和续航能力。

Description

带主动扭转控制的仿生飞行器
技术领域
本发明涉及仿生飞行器领域，具体是一种带主动扭转控制的仿生飞行器。
背景技术
目前的飞行器在速度、航程、升限等方面都远远超过了鸟类，但在灵活性和起降性能方面同鸟类还有很大差距。近年来仿鸟扑翼飞行器以其气动效率高，重量轻，隐蔽性好的特点，成为飞行器设计领域的新热点。目前，无论是单自由度的仿鸟扑翼飞行器还是多自由度的仿鸟扑翼飞行器的扑翼变形都是在气动力的作用下被动变形，飞行品质的好坏完全取决于扑翼柔性程度的控制，对外形的要求很高，制造难度大，很难把握。
发明内容
本发明针对现有仿鸟扑翼飞行器扑翼的不足，考虑了扑翼形状变化和扑动角度之间的关系，提供了一种带主动扭转控制的仿生飞行器，通过控制蒙皮的柔性变形大大改善扑翼的气动性，能使之更接近鸟类翅膀柔性扑动真实情况，提高了承载能力和续航能力。
本发明包括机身和扑翼，机身包括通过固定轴连接的前固定框和后固定框，前固定框上装有扑翼传动齿轮；扑翼包括扑翼骨架和固定在扑翼骨架上的若干翼肋，蒙皮固定在翼肋上沿扑翼骨架延伸；扑翼传动齿轮通过传动装置与扑翼骨架相连。
所述的扑翼传动齿轮外圆上装有一块磁铁，前固定框上装有感应磁铁的霍尔传感器；所述的扑翼骨架包括舵机支架、舵机和扭转轴，其中舵机支架与传动装置相连，舵机安装在舵机支架上，扭转轴与舵机固定；所述的翼肋包括固定在舵机上的固定翼肋和固定在扭转轴上的若干扭转翼肋。
进一步改进，所述的扑翼上设有撑杆，撑杆一端与固定轴铰接，另一端连接有轴承，轴承套在扭转轴上。
进一步改进，所述的舵机支架和舵机通过螺钉铆接。
进一步改进，所述的传动装置包括曲柄和连杆。
本发明有益效果在于：
1、通过磁铁和霍尔传感器间距离的变化可以判断扑翼的扑动角度，当扑翼上扑时，舵机带动蒙皮向下偏转，减小了上扑时的空气阻力并且增加了向前的推力；当扑翼下扑时，舵机的偏转能抵消一部分空气阻力和惯性力，更好的维持扑翼的形状，获得更大的升力。通过控制蒙皮的柔性变形大大改善扑翼的气动性，能使之更接近鸟类翅膀柔性扑动真实情况，提高了承载能力和续航能力。
2、机体结构简单，可靠性高，扑翼噪声低。
3、通过在扑翼上增加撑杆，提高了结构的强度和扑翼的稳定性，同时也保证了扭转轴只有轴向转动而没有相对位移。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的扭转机构示意图。
图3是本发明撑杆结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明的结构如图1所示（以右扑翼为例），包括通过固定轴11连接的前固定框1和后固定框12，前固定框1上装有扑翼传动齿轮2；扑翼包括扑翼骨架和固定在扑翼骨架上的若干翼肋，蒙皮固定在翼肋上沿扑翼骨架延伸；扑翼传动齿轮2通过曲柄3和连杆4与扑翼骨架相连。为了减少扑翼的振动和惯性力，扑翼扑动的最大扑动角度控制在40°-50°之间。
所述的扑翼传动齿轮2外圆上装有一块磁铁，前固定框1上装有感应磁铁的霍尔传感器；当电机带动齿轮组转动时，固定在扑翼传动齿轮2的磁铁和固定在前固定框1上的霍尔传感器之间的距离会出现由近到远，由远到近的情况，根据距离的远近可以判断扑翼的扑动角度。
所述的扑翼骨架为扭转机构，如图2所示，包括舵机支架5、舵机7和扭转轴8，其中舵机支架5与传动装置相连，舵机7安装在舵机支架5上，扭转轴8与舵机7固定；所述的翼肋包括固定在舵机7上的固定翼肋6和固定在扭转轴8上的若干扭转翼肋9。当扑翼上扑时，舵机7带动蒙皮向下偏转，减小了上扑时的空气阻力并且增加了向前的推力；当扑翼下扑时，舵机2的偏转能抵消一部分空气阻力和惯性力，更好的维持扑翼的形状，获得更大的升力。
图3是本发明撑杆结构示意图，扑翼上设有撑杆10，撑杆10一端与固定轴11铰接，另一端连接有轴承，轴承套在扭转轴8上。撑杆10提高了扑翼的结构强度和稳定性，同时也保证了扭转轴8只有轴向转动而没有相对位移。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种带主动扭转控制的仿生飞行器，包括机身和扑翼，机身包括通过固定轴（11）连接的前固定框（1）和后固定框（12），前固定框（1）上装有扑翼传动齿轮（2）；扑翼包括扑翼骨架和固定在扑翼骨架上的若干翼肋，蒙皮固定在翼肋上沿扑翼骨架延伸；扑翼传动齿轮（2）通过传动装置与扑翼骨架相连，其特征在于：所述的扑翼传动齿轮（2）外圆上装有一块磁铁，前固定框（1）上装有感应磁铁的霍尔传感器；所述的扑翼骨架包括舵机支架（5）、舵机（7）和扭转轴（8），其中舵机支架（5）与传动装置相连，舵机（7）安装在舵机支架（5）上，扭转轴（8）与舵机（7）固定；所述的翼肋包括固定在舵机（7）上的固定翼肋（6）和固定在扭转轴（8）上的若干扭转翼肋（9）。
2.根据权利要求1所述的带主动扭转控制的仿生飞行器，其特征在于：所述的扑翼上设有撑杆（10），撑杆（10）一端与固定轴（11）铰接，另一端连接有轴承，轴承套在扭转轴（8）上。
3.根据权利要求1所述的带主动扭转控制的仿生飞行器，其特征在于：所述的舵机支架（5）和舵机（7）通过螺钉铆接。
4.根据权利要求1所述的带主动扭转控制的仿生飞行器，其特征在于：所述的传动装置包括曲柄（3）和连杆（4）。
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