CN105346721B - 一种仿生微型扑翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种飞行器，一种仿生微型扑翼飞行器，包括第一、二、三支撑机架、驱动器、柔性传动机构及第一、二仿蝉翼扑翼，所述第三支撑机架通过胶水分别与第一、二支撑机架粘贴连接，柔性传动机构通过胶水分别与第一、二支撑机架粘贴连接；柔性传动机构包括柔性部分、碳纤维加强部分及连接销，第一、二仿蝉翼扑翼通过胶水与柔性传动机构粘贴连接，驱动器一端通过胶水与第三支撑机架粘贴连接，另一端中的碳纤维传动部分通过胶水与连接销粘贴连接。本发明采用的驱动器PZT直接与柔性传动机构相连，省略了中间的传动机构环节，具有体积小、重量轻等特点。另外，仿生柔性传动机构效仿了扑翼昆虫的结构，有利于传动效率和控制特性的提高。

Description

一种仿生微型扑翼飞行器

技术领域

本发明涉及一种飞行器，更具体地说，涉及一种仿生微型扑翼飞行器。

背景技术

美国兰德公司于1992年在一次军用微系统发展研讨会中提出了微型飞行器(MAV)的概念。由于其尺寸小、重量轻、操作灵活简单、制造成本低、运动灵活等特点，在军用和民用上有广阔的应用前景。在军事上，微型飞行器可以在不被敌方发现的情况下，实施侦察、跟踪、拍摄敌方的重要军事设施和基地等，快速准确地获得敌方重要信息，进而辅助赢得信息化的现代战争。在民用方面，可以在一些人类无法到达的地方，利用微型飞行器实施勘探、救援、搜寻、检测等。各发达国家纷纷开始研制微型飞行器。

在现代飞行器的研制中，按照飞行器的飞行原理分为三种类型：固定翼飞行器、旋转翼飞行器和扑翼飞行器。固定翼飞行器是依靠固定翼的升力来实现飞行，但无法实现悬停，对起飞和降落也有严格的限制。旋转翼飞行器是依靠旋翼的旋转产生的升力实现飞行。扑翼飞行器是结合了固定翼和旋转翼飞行器的特点，运用仿生学和机械动力学，实现扑翼昆虫的复杂运动方式。扑翼飞行器可以实现快速起飞、加速、悬停等多种灵活的运动方式，具有较好的机动性。

目前，根据扑翼微型飞行器的驱动方式，可以分为直流电机驱动和PZT驱动两大类。由于直流电机作为驱动器的驱动方式需要曲柄连杆带动柔性机构驱动，所以尺寸和能量消耗相对于PZT驱动要大。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种结构紧凑、尺寸小、运动灵活、驱动功率利用率高的仿生微型扑翼飞行器。

为了实现上述发明目的，解决现有技术中所存在的问题，本发明采取的技术方案是：一种仿生微型扑翼飞行器，包括第一、二、三支撑机架、驱动器、柔性传动机构及第一、二仿蝉翼扑翼，所述第三支撑机架通过胶水分别与第一、二支撑机架粘贴连接，所述柔性传动机构通过胶水分别与第一、二支撑机架粘贴连接；所述柔性传动机构包括第一、二、三、四柔性部分、第一、二、三、四碳纤维加强部分及连接销，其中：所述第二柔性部分通过胶水分别与第一支撑机架和第二碳纤维加强部分粘贴连接，所述第一柔性部分通过胶水分别与第一、二碳纤维加强部分粘贴连接，所述第四柔性部分通过胶水分别与第二支撑机架和第四碳纤维加强部分粘贴连接，所述第三柔性部分通过胶水分别与第三、四碳纤维加强部分粘贴连接，所述连接销通过胶水分别与第一、三碳纤维加强部分粘贴连接；所述第一、二仿蝉翼扑翼通过胶水分别与第一、三碳纤维加强部分粘贴连接。

所述第一仿蝉翼扑翼，包括第一仿蝉翼扑翼主骨架、第一仿蝉翼扑翼副骨架及第一仿蝉翼扑翼薄膜，所述第二仿蝉翼扑翼，包括第二仿蝉翼扑翼主骨架、第二仿蝉翼扑翼副骨架及第二仿蝉翼扑翼薄膜，所述第一仿蝉翼扑翼主骨架和第一仿蝉翼扑翼副骨架通过胶水与第一仿蝉翼扑翼薄膜粘贴连接，所述第二仿蝉翼扑翼主骨架和第二仿蝉翼扑翼副骨架通过胶水与第二仿蝉翼扑翼薄膜粘贴连接。

所述驱动器采用双晶体压电材料PZT，包括第一压电晶体、第二压电晶体及碳纤维传动部分，所述第一压电晶体通过胶水与碳纤维传动部分正面的一部分粘贴连接，所述第二压电晶体通过胶水与碳纤维传动部分背面的一部分粘贴连接。

所述带有第一、二压电晶体驱动器的一端通过胶水与第三支撑机架粘贴连接，另一端的碳纤维传动部分通过胶水与连接销粘贴连接。

所述第一、二、三、四柔性部分采用聚酰亚胺胶带制成。

所述第一、二、三支撑机架采用碳纤维制成。

所述第一仿蝉翼扑翼主、副骨架，第二仿蝉翼扑翼主、副骨架采用碳纤维制成。

所述第一、二仿蝉翼扑翼薄膜采用PET聚酯膜制成。

本发明有益的效果是：一种仿生微型扑翼飞行器，包括第一、二、三支撑机架、驱动器、柔性传动机构及第一、二仿蝉翼扑翼，所述第三支撑机架通过胶水分别与第一、二支撑机架粘贴连接，所述柔性传动机构通过胶水分别与第一、二支撑机架粘贴连接；所述柔性传动机构包括第一、二、三、四柔性部分、第一、二、三、四碳纤维加强部分及连接销，其中：所述第二柔性部分通过胶水分别与第一支撑机架和第二碳纤维加强部分粘贴连接，所述第一柔性部分通过胶水分别与第一、二碳纤维加强部分粘贴连接，所述第四柔性部分通过胶水分别与第二支撑机架和第四碳纤维加强部分粘贴连接，所述第三柔性部分通过胶水分别与第三、四碳纤维加强部分粘贴连接，所述连接销通过胶水分别与第一、三碳纤维加强部分粘贴连接；所述第一、二仿蝉翼扑翼通过胶水分别与第一、三碳纤维加强部分粘贴连接。与已有技术相比，本发明采用的驱动器PZT直接与柔性传动机构相连，省略了中间的传动机构环节，具有体积小、重量轻等特点。另外，驱动器PZT的机械动力特性符合驱动力学特性。通过柔性传动机构，较好地效仿了扑翼昆虫的结构，有利于传动效率和控制特性的提高。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明中的柔性传动机构及支撑机架结构示意图。

图3是本发明中的驱动器结构示意图。

图4是本发明中的第一，二仿蝉翼扑翼结构示意图。

图中：1、第一支撑机架，1a、第二支撑机架，1b、第三支撑机架，2、驱动器，2a、第一压电晶体，2b、第二压电晶体，2c、碳纤维传动部分，3、柔性传动机构，3a、第一柔性部分，3b、第二柔性部分，3c、第三柔性部分，3d、第四柔性部分，3e、第一碳纤维加强部分，3f、第二碳纤维加强部分，3g、第三碳纤维加强部分，3h、第四碳纤维加强部分，3i、连接销，4、第一仿蝉翼扑翼，4a、第一仿蝉翼扑翼主骨架，4b、第一仿蝉翼扑翼副骨架，4c、第一仿蝉翼扑翼薄膜，5、第二仿蝉翼扑翼，5a、第二仿蝉翼扑翼主骨架，5b、第二仿蝉翼扑翼副骨架，5c、第二仿蝉翼扑翼薄膜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、2、3、4所示，一种仿生微型扑翼飞行器，包括第一、二、三支撑机架1、1a、1b、驱动器2、柔性传动机构3及第一、二仿蝉翼扑翼4、5，所述第三支撑机架1b通过胶水分别与第一、二支撑机架1、1a粘贴连接，所述柔性传动机构3通过胶水分别与第一、二支撑机架1、1a粘贴连接；所述柔性传动机构3包括第一、二、三、四柔性部分3a、3b、3c、3d，第一、二、三、四碳纤维加强部分3e、3f、3g、3h及连接销3i，其中：所述第二柔性部分3b通过胶水分别与第一支撑机架1和第二碳纤维加强部分3f粘贴连接，所述第一柔性部分3a通过胶水分别与第一、二碳纤维加强部分3e、3f粘贴连接，所述第四柔性部分3d通过胶水分别与第二支撑机架1a和第四碳纤维加强部分3h粘贴连接，所述第三柔性部分3c通过胶水分别与第三、四碳纤维加强部分3g、3h粘贴连接，所述连接销3i通过胶水分别与第一、三碳纤维加强部分3e、3g粘贴连接；所述第一、二仿蝉翼扑翼4、5通过胶水分别与第一、三碳纤维加强部分3e、3g粘贴连接。所述第一仿蝉翼扑翼4，包括第一仿蝉翼扑翼主骨架4a、第一仿蝉翼扑翼副骨架4b及第一仿蝉翼扑翼薄膜4c，所述第二仿蝉翼扑翼5，包括第二仿蝉翼扑翼主骨架5a、第二仿蝉翼扑翼副骨架5b及第二仿蝉翼扑翼薄膜5c，所述第一仿蝉翼扑翼主骨架4a和第一仿蝉翼扑翼副骨架4b通过胶水与第一仿蝉翼扑翼薄膜4c粘贴连接，所述第二仿蝉翼扑翼主骨架5a和第二仿蝉翼扑翼副骨架5b通过胶水与第二仿蝉翼扑翼薄膜5c粘贴连接。所述驱动器2采用双晶体压电材料PZT，包括第一压电晶体2a、第二压电晶体2b及碳纤维传动部分2c，所述第一压电晶体2a通过胶水与碳纤维传动部分2c正面的一部分粘贴连接，所述第二压电晶体2b通过胶水与碳纤维传动部分2c背面的一部分粘贴连接。所述带有第一、二压电晶体2a、2b的驱动器2的一端通过胶水与第三支撑机架1b粘贴连接，另一端的碳纤维传动部分2c通过胶水与连接销3i粘贴连接。所述第一、二、三、四柔性部分3a、3b、3c、3d采用聚酰亚胺胶带制成，所述第一、二、三支撑机架1、1a、1b采用碳纤维制成，所述第一仿蝉翼扑翼主、副骨架4a、4b，第二仿蝉翼扑翼主、副骨架5a、5b采用碳纤维制成，所述第一、二仿蝉翼扑翼薄膜4c、5c采用PET聚酯膜制成。本发明的驱动方式是：驱动器2在一定电压下上下拍动通过连接销3i带动柔性传动机构3上下拍动，从而带动第一仿蝉翼扑翼4和第二仿蝉翼扑翼5对称式的上下拍动。其中柔性传动机构3是通过仿生学知识按照自然界中扑翼昆虫的飞行方式设计的，具有非线性双稳态的“click”效果，可以实现仿生微型扑翼飞行器的起飞、悬停、前进等动作。

本发明优点在于：一种仿生微型扑翼飞行器，采用的驱动器PZT直接与柔性传动机构相连，省略了中间的传动机构环节，具有体积小、重量轻等特点。另外，驱动器PZT的机械动力特性符合驱动力学特性。仿生柔性传动机构效仿了扑翼昆虫的结构，有利于传动效率和控制特性的提高。

Claims (8)

1.一种仿生微型扑翼飞行器，包括第一、二、三支撑机架、驱动器、柔性传动机构及第一、二仿蝉翼扑翼，其特征在于：所述第三支撑机架通过胶水分别与第一、二支撑机架粘贴连接，所述柔性传动机构通过胶水分别与第一、二支撑机架粘贴连接；所述柔性传动机构包括第一、二、三、四柔性部分、第一、二、三、四碳纤维加强部分及连接销，其中：所述第二柔性部分通过胶水分别与第一支撑机架和第二碳纤维加强部分粘贴连接，所述第一柔性部分通过胶水分别与第一、二碳纤维加强部分粘贴连接，所述第四柔性部分通过胶水分别与第二支撑机架和第四碳纤维加强部分粘贴连接，所述第三柔性部分通过胶水分别与第三、四碳纤维加强部分粘贴连接，所述连接销通过胶水分别与第一、三碳纤维加强部分粘贴连接；所述第一、二仿蝉翼扑翼通过胶水分别与第一、三碳纤维加强部分粘贴连接，所述驱动器在一定电压下上下拍动通过连接销带动柔性传动机构上下拍动，从而带动第一仿蝉翼扑翼和第二仿蝉翼扑翼对称式的上下拍动，其中柔性传动机构是通过仿生学知识按照自然界中扑翼昆虫的飞行方式设计的，较好地效仿了扑翼昆虫的结构，具有非线性双稳态的“click”效果，可以实现仿生微型扑翼飞行器的起飞、悬停及前进动作。

2.根据权利要求1所述一种仿生微型扑翼飞行器，其特征在于：所述第一仿蝉翼扑翼，包括第一仿蝉翼扑翼主骨架、第一仿蝉翼扑翼副骨架、第一仿蝉翼扑翼薄膜，所述第二仿蝉翼扑翼，包括第二仿蝉翼扑翼主骨架、第二仿蝉翼扑翼副骨架、第二仿蝉翼扑翼薄膜，所述第一仿蝉翼扑翼主骨架和第一仿蝉翼扑翼副骨架通过胶水与第一仿蝉翼扑翼薄膜粘贴连接，所述第二仿蝉翼扑翼主骨架和第二仿蝉翼扑翼副骨架通过胶水与第二仿蝉翼扑翼薄膜粘贴连接。

3.根据权利要求1所述一种仿生微型扑翼飞行器，其特征在于：所述驱动器采用双晶体压电材料PZT，包括第一压电晶体、第二压电晶体及碳纤维传动部分，所述第一压电晶体通过胶水与碳纤维传动部分正面的一部分粘贴连接，所述第二压电晶体通过胶水与碳纤维传动部分背面的一部分粘贴连接。

4.根据权利要求3所述一种仿生微型扑翼飞行器，其特征在于：所述带有第一、二压电晶体驱动器的一端通过胶水与第三支撑机架粘贴连接，另一端的碳纤维传动部分通过胶水与连接销粘贴连接。

5.根据权利要求1所述一种仿生微型扑翼飞行器，其特征在于：所述第一、二、三、四柔性部分采用聚酰亚胺胶带制成。

6.根据权利要求1所述一种仿生微型扑翼飞行器，其特征在于：所述第一、二、三支撑机架采用碳纤维制成。

7.根据权利要求2所述一种仿生微型扑翼飞行器，其特征在于：所述第一仿蝉翼扑翼主、副骨架，第二仿蝉翼扑翼主、副骨架采用碳纤维制成。

8.根据权利要求2所述一种仿生微型扑翼飞行器，其特征在于：所述第一、二仿蝉翼扑翼薄膜采用PET聚酯膜制成。