CN106585980A - 一种四自由度仿甲虫可折叠扑翼微型飞行机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种四自由度仿甲虫可折叠扑翼微型飞行机器人，解决了现有技术中扑翼微型飞行器并未实现扑翼折叠、后翅外展/内收运动及其自锁功能的问题。本发明包括四板折叠翼模块，四板折叠翼模块与后翅支架模块连接，后翅支架模块、后翅外展/内收运动驱动模块、后翅折叠驱动模块、俯仰驱动模块和拍翅驱动模块均安装在绳驱动模块安装支架上。本发明的优点：提高了仿甲虫扑翼飞行机器人的运动性能，采用柔性绳驱动技术与弹簧片相结合的技术方案，使得折叠翼的折叠率与折叠可靠性得到显著提高。设计的后翅外展/内收运动及其自锁功能，使飞行机器人更加便于携带和复杂环境下的隐藏，有广阔的应用前景。此外，由于在结构上，采用模块化设计，使得该扑翼微型飞行机器人的结构和运动功能上有更大的扩展空间。

Description

一种四自由度仿甲虫可折叠扑翼微型飞行机器人

技术领域

本发明涉及仿生机器人，特别是指一种四自由度仿甲虫可折叠扑翼微型飞行机器人。

背景技术

近些年来，扑翼微型飞行器技术的发展十分迅速，甲虫后翅因为拥有较大的折叠率而吸引了众多科研人员对折叠翼的研究。比如，球螋后翅展开时的面积是折叠时的四倍，相比于固定翼与振翅飞行器，仿生可折叠翼飞行器具有更小的物理尺寸，便于携带、隐蔽、伪装以适应复杂的环境和满足不同的任务，微型扑翼飞行器在军事领域和民用领域有重要的应用前景，对其柔性折叠翼的仿生设计研究具有重要意义。

目前，公开的扑翼微型飞行器有很多种：主要有哈佛大学的扑翼微型飞行器Fly，其采用压电陶瓷驱动，其特点是体型非常小，重量80毫克，翅膀翼展3厘米，每秒可拍动120次；Quang-Tri Truong等人采用双四杆机构实现了仿独角仙人工后翅的折叠功能，能够体现展开、折叠时两主翼脉之间角度的变化。但是，安装到扑翼系统上，该人工翅是通过手动操作来实现折叠与展开的；MUHAMMAD Azhar等人制作了基于四板理论的人工翅，通过配置5V、1.5A的电源驱动形状记忆合金来实现折叠。但是上述扑翼微型飞行器只实现了甲虫后翅的折叠、甲虫后翅的旋前或旋后，但是并未实现后翅外展/内收运动及其自锁功能，该功能有利于减小扑翼微型飞行器的体积，除了便于携带，还适用于复杂情况下的隐藏和侦察。

发明内容

本发明提出一种四自由度仿甲虫可折叠扑翼微型飞行机器人，解决了现有技术中扑翼微型飞行器并未实现后翅外展/内收运动及其自锁功能的问题。采用柔性绳驱动技术与弹簧片相结合的技术方案，使得折叠翼的折叠率与折叠可靠性得到显著提高。

本发明的技术方案是这样实现的：包括四板折叠翼模块，四板折叠翼模块与后翅支架模块连接，后翅支架模块、后翅外展/内收运动驱动模块、后翅折叠驱动模块、俯仰驱动模块和拍翅驱动模块均安装在绳驱动模块安装支架上；所述的拍翅驱动模块包括拍翅电机支撑板、拍翅电机座、拍翅电机、拍翅曲柄盘、拍翅曲柄销、滑块附件Ⅰ、直线轴承座、直线轴承、滑块附件Ⅱ、滑块附件Ⅲ、拍翅连杆、拍翅连杆销、后翅拍动摆杆销、后翅拍动曲柄杆、后翅支架空心销、绳驱动模块安装支架；拍翅电机座与绳驱动模块安装支架固定连接，拍翅电机安装在拍翅电机座上，拍翅电机的输出轴与拍翅曲柄盘连接，拍翅曲柄盘与滑块附件Ⅰ通过拍翅曲柄销连接。滑块附件Ⅰ、滑块附件Ⅱ、滑块附件Ⅲ三个构件固定连接并组成滑块组件。直线轴承座与绳驱动模块安装支架固定连接，直线轴承安装到直线轴承座中，通过拧紧单边开口的直线轴承座上的螺钉压紧直线轴承，滑块附件Ⅱ在直线轴承中滑动；滑块附件Ⅲ和拍翅连杆通过拍翅连杆销连接，拍翅连杆和后翅支架模块中的后翅拍动摆杆通过后翅拍动摆杆销在后翅拍动曲柄杆销孔处连接。

所述的四板折叠翼模块包括板Ⅰ、板Ⅱ、板Ⅲ和板Ⅳ，板Ⅰ、板Ⅱ、板Ⅲ和板Ⅳ之间通过弹簧片柔性连接；弹簧片位于弹簧片压紧块Ⅰ和弹簧片压紧块Ⅱ之间，弹簧片、弹簧片压紧块Ⅰ和弹簧片压紧块Ⅱ三者通过弹簧片固定螺钉、弹簧片锁紧螺母实现压紧，弹簧片压紧块Ⅱ的侧面与弹簧片安装槽通过粘接的方式连接，后翅折叠附件Ⅰ与板Ⅳ固定连接，后翅折叠附件Ⅱ与板Ⅰ固定连接，后翅折叠附件Ⅰ与后翅支架模块固定连接。

所述的后翅折叠驱动模块包括后翅折叠电机支架、折叠电机固定螺钉、折叠电机固定螺母、折叠驱动电机、后翅折叠线轮、轮槽Ⅰ、轮槽Ⅱ和翼折叠导向柱；后翅折叠电机支架与绳驱动模块安装支架固定连接，后翅折叠电机支架与折叠驱动电机通过折叠电机固定螺钉、折叠电机固定螺母固定连接，折叠驱动电机的输出端与后翅折叠线轮连接；左侧后翅折叠驱动柔性绳的一端固定在轮槽Ⅰ上，右侧后翅折叠驱动柔性绳的一端固定在轮槽Ⅱ上，左侧后翅折叠驱动柔性绳依次穿过折叠翼导向柱过绳孔、侧边构件过绳孔和后翅折叠附件Ⅰ过绳孔，左侧后翅折叠驱动柔性绳的另一端固定在后翅折叠附件Ⅱ绳固定销上。

所述的后翅支架模块包括后L件、侧边构件、后翅外展锁紧弹簧、后翅外展锁紧销、销钉、后翅外展/内收连杆、后翅内收锁紧销、后翅内收锁紧弹簧、后翅拍动摆杆、前L件、后翅支架加强杆、后翅支架空心销；侧边构件和后翅外展/内收连杆通过销钉转动连接；后翅支架空心销与绳驱动模块安装支架上的空心销配合孔为过盈配合，后翅支架空心销分别与后L件、后翅拍动曲柄杆、前L件为间隙配合，后L件、后翅拍动曲柄杆、前L件通过侧边构件固定连接，并通过后翅支架加强杆强化连接；四板折叠翼模块与后翅外展/内收连杆固定连接；后翅外展/内收连杆的下表面加工有外展锁紧凹槽和内收锁紧凹槽，外展锁紧凹槽与后翅外展锁紧销配合，后翅外展锁紧销设在侧边构件上，后翅外展锁紧销与侧边构件之间设有后翅外展锁紧弹簧，内收锁紧凹槽与后翅内收锁紧销配合，后翅内收锁紧销设在侧边构件上，后翅内收锁紧销与侧边构件之间设有后翅内收锁紧弹簧。

所述的后翅外展/内收运动驱动模块包括外展/内收电机支架、外展/内收电机固定螺钉、外展/内收电机固定螺母、外展/内收电机、外展/内收盘线杆、盘线杆绳销；外展/内收电机支架与绳驱动模块安装支架固定连接，外展/内收电机支架与外展/内收电机通过外展/内收电机固定螺钉固定连接，外展/内收盘线杆与外展/内收电机连接，外展/内收盘线杆与盘线杆绳销固定连接，后翅外展/内收运动驱动模块与绳驱动模块安装支架固定连接。外展柔性绳、内收柔性绳分别与绳固定销相连接，外展柔性绳通过前L件过绳孔Ⅰ，内收柔性绳通过前L件过绳孔Ⅱ，两根柔性绳通过前L件过绳孔Ⅲ，接着从后L件过绳孔引出，外展柔性绳与盘线杆左侧绳销连接，内收柔性绳与盘线杆右侧绳销连接。

所述的俯仰驱动模块包括俯仰电机和俯仰电机支撑板，俯仰电机和俯仰电机支撑板通过俯仰电机支架固定连接，俯仰电机的输出端与俯仰曲柄杆连接，俯仰曲柄杆通过俯仰曲柄杆连接销与俯仰连杆连接，俯仰连杆与俯仰连杆销座通过俯仰连杆销连接，俯仰连杆销座与拍翅电机支撑板在拍翅电机支撑板凹槽处固定连接，俯仰电机支撑板和拍翅电机支撑板之间通过俯仰运动附件Ⅰ、俯仰运动回转销、俯仰运动附件Ⅱ组成铰链结构，俯仰运动附件Ⅱ与拍翅电机支撑板在拍翅电机连接面处固定连接，俯仰运动附件Ⅰ与俯仰电机支撑板在支撑板连接处处固定连接，俯仰电机支撑板与绳驱动模块安装支架固定连接。

本发明的优点：提高了仿甲虫扑翼飞行机器人的运动性能，使其折叠率、折叠可靠性、扑翼外展/内收等方面的性能得到了提高，使其更加便于携带和复杂环境下的隐藏，有广阔的应用前景。此外，由于在结构上，采用模块化设计，使得该扑翼微型飞行机器人的结构和运动功能上有更大的扩展空间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明第一三维结构级模块划分图。

图2为本发明第二三维结构级模块划分图。

图3为本发明四板折叠翼结构图。

图4为本发明四板折叠翼夹角示意图。

图5为本发明四板折叠翼折叠过程示意图。

图6为本发明四板折叠翼驱动原理图。

图7为本发明后翅折叠驱动模块结构图。

图8为本发明后翅支架模块零件图。

图9为本发明后翅外展/内收连杆中锁紧凹槽图。

图10为本发明后翅外展/内收驱动模块结构图。

图11为本发明后翅外展/内收驱动原理图。

图12为本发明俯仰驱动模块结构图。

图13为本发明拍翅驱动模块结构图。

其中：1.四板折叠翼模块，2.后翅支架模块，3.后翅外展/内收运动驱动模块，4.翼折叠导向柱，5.后翅折叠驱动模块，6.俯仰驱动模块，7.绳驱动模块安装支架，8.拍翅驱动模块，9.俯仰运动附件Ⅰ，10.俯仰运动回转销，11俯仰运动附件Ⅱ。

1-1.板Ⅰ，1-2.板Ⅱ，1-3.板Ⅲ，1-4.板Ⅳ，1-5.弹簧片固定螺钉，1-4-1.弹簧片压紧块Ⅰ，1-6.弹簧片安装槽，1-7.弹簧片，1-8.弹簧片压紧块Ⅱ，1-9.弹簧片锁紧螺母，1-10.后翅折叠附件Ⅰ，1-11.后翅折叠附件Ⅱ，1-11-1.后翅折叠附件Ⅱ绳固定销，1-10-1.后翅折叠附件Ⅰ过绳孔，2-2-1.侧边构件过绳孔，4-0-1.折叠翼导向柱过绳孔。

5-1.后翅折叠电机支架，5-2.折叠电机固定螺钉，5-3.折叠电机固定螺母，5-4.折叠驱动电机，5-5.后翅折叠线轮，5-5-1.轮槽Ⅰ，5-5-2.轮槽Ⅱ。

2-1.后L件，2-2.侧边构件，2-3.后翅外展锁紧弹簧，2-4.后翅外展锁紧销，2-5.销钉，2-6.绳固定销，2-7.后翅外展/内收连杆，2-8.后翅内收锁紧销，2-9.后翅内收锁紧弹簧，2-10.后翅拍动摆杆，2-11.锁紧销钉螺母，2-12.前L件，2-13.后翅支架加强杆，2-14.后翅支架空心销，2-15.垫片，7-0-1.空心销配合孔。

3-1.外展/内收电机支架，3-2.外展/内收电机固定螺钉，3-3.外展/内收电机固定螺母，3-4.外展/内收电机，3-5.外展/内收盘线杆，3-6.盘线杆绳销。

2-1-1.后L件过绳孔，2-12-1.前L件过绳孔Ⅰ，2-12-2.前L件过绳孔Ⅱ，2-12-3.前L件过绳孔Ⅲ，Ⅰ.外展柔性绳，Ⅱ.内收柔性绳。

6-1.俯仰电机支架，6-2.俯仰电机支撑板，6-3.俯仰电机，6-4.俯仰曲柄杆，6-2-1.支撑板粘接面，6-5.俯仰曲柄杆连接销，6-6.俯仰连杆，6-7.俯仰连杆销座，6-8.俯仰连杆销，8-1-1.拍翅电机支撑板凹槽，8-1-2.拍翅电机连接面。

8-1.拍翅电机支撑板，8-2.拍翅电机座，8-3拍翅电机，8-4拍翅曲柄盘，8-5.拍翅曲柄销，8-6.滑块附件Ⅰ，8-7.直线轴承座，8-8.直线轴承，8-9.滑块附件Ⅱ，8-10.滑块附件Ⅲ，8-11.拍翅连杆，8-12.拍翅连杆销，8-13.后翅拍动摆杆销，2-10-1.后翅拍动曲柄杆销孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1~13所示，本发明提出一种四自由度仿甲虫可折叠扑翼微型飞行机器人，包括四板折叠翼模块1，四板折叠翼模块1与后翅支架模块2连接，后翅支架模块2、后翅外展/内收运动驱动模块3、后翅折叠驱动模块5、俯仰驱动模块6和拍翅驱动模块8与绳驱动模块安装支架7连接；所述的拍翅驱动模块8包括拍翅电机支撑板8-1、拍翅电机座8-2、拍翅电机8-3、拍翅曲柄盘8-4、拍翅曲柄销8-5、滑块附件Ⅰ8-6、直线轴承座8-7、直线轴承8-8、滑块附件Ⅱ8-9、滑块附件Ⅲ8-10、拍翅连杆8-11、拍翅连杆销8-12、后翅拍动摆杆销8-13、后翅拍动曲柄杆2-10、后翅支架空心销2-14、绳驱动模块安装支架7；拍翅电机座8-2与绳驱动模块安装支架7固定连接，拍翅电机8-3安装在拍翅电机座8-2上，拍翅电机8-3的输出轴与拍翅曲柄盘8-4连接，拍翅曲柄盘8-4与滑块附件Ⅰ8-6通过拍翅曲柄销8-5连接。滑块附件Ⅰ8-6、滑块附件Ⅱ8-9、滑块附件Ⅲ8-10三个构件固定连接并组成滑块组件。直线轴承座8-7与绳驱动模块安装支架7固定连接，直线轴承8-8安装到直线轴承座8-7中，通过拧紧单边开口的直线轴承座8-7上的螺钉压紧直线轴承8-8，滑块附件Ⅱ8-9在直线轴承8-8中滑动；滑块附件Ⅲ8-10和拍翅连杆8-11通过拍翅连杆销8-12连接，拍翅连杆8-11和后翅支架模块2中的后翅拍动摆杆2-10通过后翅拍动摆杆销8-13在后翅拍动曲柄杆销孔2-10-1处连接。

所述的四板折叠翼模块1包括板Ⅰ1-1、板Ⅱ1-2、板Ⅲ1-3和板Ⅳ1-4，板Ⅰ1-1、板Ⅱ1-2、板Ⅲ1-3和板Ⅳ1-4之间通过弹簧片1-7柔性连接；弹簧片1-7位于弹簧片压紧块Ⅰ1-4-1和弹簧片压紧块Ⅱ1-8之间，弹簧片1-7、弹簧片压紧块Ⅰ1-4-1和弹簧片压紧块Ⅱ1-8三者通过弹簧片固定螺钉1-5、弹簧片锁紧螺母1-9实现压紧，弹簧片压紧块Ⅱ1-8的侧面与弹簧片安装槽1-6通过粘接的方式连接，后翅折叠附件Ⅰ1-10与板Ⅳ1-4固定连接，后翅折叠附件Ⅱ1-11与板Ⅰ1-1固定连接，后翅折叠附件Ⅰ1-10与后翅支架模块2固定连接。

所述的后翅折叠驱动模块5包括后翅折叠电机支架5-1、折叠电机固定螺钉5-2、折叠电机固定螺母5-3、折叠驱动电机5-4、后翅折叠线轮5-5、轮槽Ⅰ5-5-1、轮槽Ⅱ5-5-2；后翅折叠驱动模块5与绳驱动模块安装支架7固定连接，后翅折叠电机支架5-1与折叠驱动电机5-4通过折叠电机固定螺钉5-2、折叠电机固定螺母5-3固定连接，折叠驱动电机5-4的输出端与后翅折叠线轮5-5连接；左侧后翅折叠驱动柔性绳的一端固定在轮槽Ⅰ5-5-1上，右侧后翅折叠驱动柔性绳的一端固定在轮槽Ⅱ5-5-2上，左侧后翅折叠驱动柔性绳依次穿过折叠翼导向柱过绳孔4-0-1、侧边构件过绳孔2-2-1和后翅折叠附件Ⅰ过绳孔1-10-1，左侧后翅折叠驱动柔性绳的另一端固定在后翅折叠附件Ⅱ绳固定销1-11-1上。

所述的后翅支架模块2包括后L件2-1、侧边构件2-2、后翅外展锁紧弹簧2-3、后翅外展锁紧销2-4、销钉2-5、后翅外展/内收连杆2-7、后翅内收锁紧销2-8、后翅内收锁紧弹簧2-9、后翅拍动摆杆2-10、前L件2-12、后翅支架加强杆2-13、后翅支架空心销2-14；侧边构件2-2和后翅外展/内收连杆2-7通过销钉2-5转动连接；后翅支架空心销2-14与绳驱动模块安装支架7上的空心销配合孔7-0-1为过盈配合，而后翅支架空心销2-14分别与后L件2-1、后翅拍动曲柄杆2-10、前L件2-12为间隙配合。后L件2-1、后翅拍动曲柄杆2-10、前L件2-12通过侧边构件2-2固定连接，并通过后翅支架加强杆2-13强化连接，四板折叠翼模块1与后翅外展/内收连杆2-7固定连接；后翅外展/内收连杆2-7的下表面加工有外展锁紧凹槽2-7-1和内收锁紧凹槽2-7-2，外展锁紧凹槽2-7-1与后翅外展锁紧销2-4配合，后翅外展锁紧销2-4设在侧边构件2-2上，后翅外展锁紧销2-4与侧边构件2-2之间设有后翅外展锁紧弹簧2-3，内收锁紧凹槽2-7-2与后翅内收锁紧销2-8配合，后翅内收锁紧销2-8设在侧边构件2-2上，后翅内收锁紧销2-8与侧边构件2-2之间设有后翅内收锁紧弹簧2-9，后翅内收锁紧销2-8与锁紧销钉螺母2-11配合，绳驱动模块安装支架7与后L件2-1、后翅拍动曲柄杆2-10连接处设有垫片2-15。

所述的后翅外展/内收运动驱动模块3包括外展/内收电机支架3-1、外展/内收电机固定螺钉3-2、外展/内收电机固定螺母3-3、外展/内收电机3-4、外展/内收盘线杆3-5、盘线杆绳销3-6；外展/内收电机支架3-1与外展/内收电机3-4通过外展/内收电机固定螺钉3-2、外展/内收电机固定固定螺母3-3固定连接，外展/内收盘线杆3-5与外展/内收电机3-4连接，外展/内收盘线杆3-5与盘线杆绳销3-6固定连接，后翅外展/内收运动驱动模块3与绳驱动模块安装支架7固定连接，外展柔性绳Ⅰ、内收柔性绳Ⅱ分别与绳固定销2-6相连接，外展柔性绳Ⅰ通过前L件过绳孔Ⅰ2-12-1，内收柔性绳Ⅱ通过前L件过绳孔Ⅱ2-12-2，两根柔性绳通过前L件过绳孔Ⅲ2-12-3，接着从后L件过绳孔2-1-1引出，外展柔性绳Ⅰ与盘线杆3-5左侧绳销3-6连接，内收柔性绳Ⅱ与盘线杆3-5右侧绳销3-6连接。

所述的俯仰驱动模块6包括俯仰电机6-3和俯仰电机支撑板6-2，俯仰电机6-3和俯仰电机支撑板6-2通过俯仰电机支架6-1固定连接，俯仰电机的输出端与俯仰曲柄杆6-4连接，俯仰曲柄杆6-4通过俯仰曲柄杆连接销6-5与俯仰连杆6-6连接，俯仰连杆6-6与俯仰连杆销座6-7通过俯仰连杆销6-8连接，俯仰连杆销座6-7与拍翅电机支撑板8-1在拍翅电机支撑板凹槽8-1-1处固定连接，俯仰电机支撑板6-2和拍翅电机支撑板8-1之间通过俯仰运动附件Ⅰ9、俯仰运动回转销10、俯仰运动附件Ⅱ11组成铰链结构，俯仰运动附件Ⅱ11与拍翅电机支撑板8-1在拍翅电机连接面8-1-2处固定连接，俯仰运动附件Ⅰ9与俯仰电机支撑板6-2在支撑板连接处6-2-1处固定连接，俯仰电机支撑板8-1与绳驱动模块安装支架7固定连接。

本发明实现的功能有：后翅的折叠与展开，后翅的拍翅飞行运动，后翅外展/内收运动及其自锁，机器人飞行时的俯仰运动。

本发明的四板折叠翼的各翼板之间采用弹簧片连接，该连接方式在工作过程中更加可靠，不易脱落；采用绳驱动的方式实现后翅折叠，相对于记忆合金线的驱动方式，其制动灵敏性更高。

后翅的折叠/展开过程如下：折叠驱动电机5-4顺时针旋转时，四板翼克服弹簧片的弹力，变形实现折叠；折叠驱动电机5-4逆时针旋转时，释放柔性绳，依靠弹簧片的弹性恢复力使得四板翼展开。其中，α、β、γ、δ为相邻折叠翼折痕之间的夹角，并满足条件：α+β=π、γ+δ=π。为了减小折叠初始阶段的驱动力，并保证折叠过程更加可靠，作为本发明的一种优选方案，板Ⅰ1-1与板Ⅱ1-2、板Ⅱ1-2与板Ⅲ1-3、板Ⅲ1-3与板Ⅳ1-4之间的二面角的初始值应小于180度，推荐取值范围为：170-175度。该优选方案，可以通过设计上述各板间连接的弹簧片的初始变形并结合上述各板的形状结构实现。

后翅的外展/内收运动及其自锁过程如下：在后翅支架模块2中，侧边构件2-2和后翅外展/内收连杆2-7通过销钉2-5实现活转动连接，在与绳固定销2-6相连的柔性绳的牵引下后翅外展/内收连杆2-7可绕销钉2-5转动，四板折叠翼模块1中的后翅折叠附件Ⅰ1-10与后翅外展/内收连杆2-7固定连接，从而实现了四板翼（后翅）的外展/内收运动。外展/内收运动的锁紧是通过弹簧—销—凹槽的结构形式来实现的，锁紧机构由后翅外展锁紧弹簧2-3、后翅外展锁紧销2-4组成。后翅外展/内收连杆2-7的下表面加工有2个凹槽，后翅外展到达目标位置时，后翅外展锁紧销2-4插入翅外展/内收连杆2-7下表面的外展锁紧凹槽2-7-1，在后翅外展锁紧弹簧2-3弹力作用下，实现后翅外展状态下的锁紧；同理，在后翅内收锁紧销2-8、后翅内收锁紧弹簧2-9和后翅外展/内收连杆2-7下表面的内收锁紧凹槽2-7-2的共同作用下，实现折叠翼内收状态下的锁紧。

外展/内收电机3-4逆时针旋转时，在盘线杆左侧绳销3-6的牵引下外展柔性绳Ⅰ收缩，与此同时，内收柔性绳Ⅱ释放，外展柔性绳Ⅰ拉动后翅外展/内收连杆2-7绕销钉2-5转动，靠近外展锁紧位置时，克服后翅外展锁紧弹簧2-3的弹力，使后翅外展锁紧销2-4嵌入后翅外展/内收连杆2-7下表面的外展锁紧凹槽2-7-1中，从而达到后翅外展锁紧目的；外展/内收电机3-4顺时针旋转时，在盘线杆右侧绳销3-6的牵引下内收柔性绳Ⅱ收缩，与此同时，外展柔性绳Ⅰ释放，内收柔性绳Ⅱ拉动后翅外展/内收连杆2-7绕销钉2-5转动，靠近内收锁紧位置时，克服后翅内收锁紧弹簧2-9的弹力，使后翅内收锁紧销2-8钉嵌入后翅外展/内收连杆2-7下表面的内收锁紧凹槽2-7-2中，从而达到后翅内收锁紧目的。

机器人飞行时的俯仰运动运动过程如下：俯仰电机6-3通过俯仰曲柄杆6-4，俯仰连杆6-6将动力传递到与俯仰连杆销座6-7，俯仰连杆销座6-7与和拍翅电机支撑板8-1固定连接，从而驱动拍翅电机支撑板8-1相对于俯仰运动模块6转动，实现飞行器机体的俯仰运动，可以调整飞行器的姿态。

后翅的拍翅运动：拍翅电机8-3驱动拍翅曲柄盘8-4输出曲线运动；相对于滑块附件Ⅰ8-6，拍翅曲柄盘8-4上的拍翅曲柄销8-5在滑块附件Ⅰ8-6的一字槽中往复滑动。同时，在直线轴承8-8的约束下，直线驱动滑块附件Ⅰ8-6、滑块附件Ⅱ8-9和滑块附件Ⅲ8-10组成的滑块组件会做往复直线运动；滑块附件Ⅲ8-10通过拍翅连杆8-11把运动传递到后翅拍动摆杆2-10，驱动后翅拍动摆杆2-10绕后翅支架空心销2-14转动。后翅拍动摆杆2-10带动后翅支架模块2周期性摆动。后翅支架模块2和四板折叠翼模块1固定连接。因此，四板折叠翼模块1跟随后翅支架模块2作周期性摆动，完成飞行器的拍翅运动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种四自由度仿甲虫可折叠扑翼微型飞行机器人，其特征在于：包括四板折叠翼模块（1），四板折叠翼模块（1）与后翅支架模块（2）连接，后翅支架模块（2）、后翅外展/内收运动驱动模块（3）、后翅折叠驱动模块（5）、俯仰驱动模块（6）和拍翅驱动模块（8）均安装在绳驱动模块安装支架（7）上；所述的拍翅驱动模块（8）包括拍翅电机支撑板（8-1）、拍翅电机座（8-2）、拍翅电机（8-3）、拍翅曲柄盘（8-4）、拍翅曲柄销（8-5）、滑块附件Ⅰ（8-6）、直线轴承座（8-7）、直线轴承（8-8）、滑块附件Ⅱ（8-9）、滑块附件Ⅲ（8-10）、拍翅连杆（8-11）、拍翅连杆销（8-12）、后翅拍动摆杆销（8-13）、后翅拍动曲柄杆（2-10）、后翅支架空心销（2-14）、绳驱动模块安装支架（7）；拍翅电机座（8-2）与绳驱动模块安装支架（7）固定连接，拍翅电机（8-3）安装在拍翅电机座（8-2）上，拍翅电机（8-3）的输出轴与拍翅曲柄盘（8-4）连接，拍翅曲柄盘（8-4）与滑块附件Ⅰ（8-6）通过拍翅曲柄销（8-5）连接；滑块附件Ⅰ（8-6）、滑块附件Ⅱ（8-9）、滑块附件Ⅲ（8-10）三个构件固定连接并组成滑块组件，直线轴承座（8-7）与绳驱动模块安装支架（7）固定连接，直线轴承（8-8）安装到直线轴承座（8-7）中，通过拧紧单边开口的直线轴承座（8-7）上的螺钉压紧直线轴承（8-8），滑块附件Ⅱ（8-9）在直线轴承（8-8）中滑动；滑块附件Ⅲ（8-10）和拍翅连杆（8-11）通过拍翅连杆销（8-12）连接，拍翅连杆（8-11）和后翅支架模块（2）中的后翅拍动摆杆（2-10）通过后翅拍动摆杆销（8-13）在后翅拍动曲柄杆销孔（2-10-1）处连接。

2.根据权利要求1所述的一种四自由度仿甲虫可折叠扑翼微型飞行机器人，其特征在于：所述的四板折叠翼模块（1）包括板Ⅰ（1-1）、板Ⅱ（1-2）、板Ⅲ（1-3）和板Ⅳ（1-4），板Ⅰ（1-1）、板Ⅱ（1-2）、板Ⅲ（1-3）和板Ⅳ（1-4）之间通过弹簧片（1-7）柔性连接；弹簧片（1-7）位于弹簧片压紧块Ⅰ（1-4-1）和弹簧片压紧块Ⅱ（1-8）之间，弹簧片（1-7）、弹簧片压紧块Ⅰ（1-4-1）和弹簧片压紧块Ⅱ（1-8）三者通过弹簧片固定螺钉（1-5）、弹簧片锁紧螺母（1-9）实现压紧，弹簧片压紧块Ⅱ（1-8）的侧面与弹簧片安装槽（1-6）通过粘接的方式连接，后翅折叠附件Ⅰ（1-10）与板Ⅳ（1-4）固定连接，后翅折叠附件Ⅱ（1-11）与板Ⅰ（1-1）固定连接，后翅折叠附件Ⅰ（1-10）与后翅支架模块（2）固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种四自由度仿甲虫可折叠扑翼微型飞行机器人，其特征在于：所述的后翅折叠驱动模块（5）包括后翅折叠电机支架（5-1）、折叠电机固定螺钉（5-2）、折叠电机固定螺母（5-3）、折叠驱动电机（5-4）、后翅折叠线轮（5-5）、轮槽Ⅰ（5-5-1）、轮槽Ⅱ（5-5-2）和翼折叠导向柱（4）；后翅折叠电机支架（5-1）与绳驱动模块安装支架（7）固定连接，后翅折叠电机支架（5-1）与折叠驱动电机（5-4）通过折叠电机固定螺钉（5-2）、折叠电机固定螺母（5-3）固定连接，折叠驱动电机（5-4）的输出端与后翅折叠线轮（5-5）连接；左侧后翅折叠驱动柔性绳的一端固定在轮槽Ⅰ（5-5-1）上，右侧后翅折叠驱动柔性绳的一端固定在轮槽Ⅱ（5-5-2）上，左侧后翅折叠驱动柔性绳依次穿过折叠翼导向柱过绳孔（4-0-1）、侧边构件过绳孔（2-2-1）和后翅折叠附件Ⅰ过绳孔（1-10-1），左侧后翅折叠驱动柔性绳的另一端固定在后翅折叠附件Ⅱ绳固定销（1-11-1）上。

4.根据权利要求1所述的一种四自由度仿甲虫可折叠扑翼微型飞行机器人，其特征在于：所述的后翅支架模块（2）包括后L件（2-1）、侧边构件（2-2）、后翅外展锁紧弹簧（2-3）、后翅外展锁紧销（2-4）、销钉（2-5）、后翅外展/内收连杆（2-7）、后翅内收锁紧销（2-8）、后翅内收锁紧弹簧（2-9）、后翅拍动摆杆（2-10）、前L件（2-12）、后翅支架加强杆（2-13）、后翅支架空心销（2-14）；侧边构件（2-2）和后翅外展/内收连杆（2-7）通过销钉（2-5）转动连接；后翅支架空心销（2-14）与绳驱动模块安装支架（7）上的空心销配合孔（7-0-1）为过盈配合，后翅支架空心销（2-14）分别与后L件（2-1）、后翅拍动曲柄杆（2-10）、前L件（2-12）为间隙配合；后L件（2-1）、后翅拍动曲柄杆（2-10）、前L件（2-12）通过侧边构件（2-2）固定连接，并通过后翅支架加强杆（2-13）强化连接，四板折叠翼模块（1）与后翅外展/内收连杆（2-7）固定连接；后翅外展/内收连杆（2-7）的下表面加工有外展锁紧凹槽（2-7-1）和内收锁紧凹槽（2-7-2），外展锁紧凹槽（2-7-1）与后翅外展锁紧销（2-4）配合，后翅外展锁紧销（2-4）设在侧边构件（2-2）上，后翅外展锁紧销（2-4）与侧边构件（2-2）之间设有后翅外展锁紧弹簧（2-3），内收锁紧凹槽（2-7-2）与后翅内收锁紧销（2-8）配合，后翅内收锁紧销（2-8）设在侧边构件（2-2）上，后翅内收锁紧销（2-8）与侧边构件（2-2）之间设有后翅内收锁紧弹簧（2-9）。

5.根据权利要求1所述的一种四自由度仿甲虫可折叠扑翼微型飞行机器人，其特征在于：所述的后翅外展/内收运动驱动模块（3）包括外展/内收电机支架（3-1）、外展/内收电机固定螺钉（3-2）、外展/内收电机固定螺母（3-3）、外展/内收电机（3-4）、外展/内收盘线杆（3-5）、盘线杆绳销（3-6）；外展/内收电机支架（3-1）与绳驱动模块安装支架（7）固定连接，外展/内收电机支架（3-1）与外展/内收电机（3-4）通过外展/内收电机固定螺钉（3-2）固定连接，外展/内收盘线杆（3-5）与外展/内收电机（3-4）连接，外展/内收盘线杆（3-5）与盘线杆绳销（3-6）固定连接；外展柔性绳（Ⅰ）、内收柔性绳（Ⅱ）分别与绳固定销（2-6）相连接，外展柔性绳（Ⅰ）通过前L件过绳孔Ⅰ（2-12-1），内收柔性绳（Ⅱ）通过前L件过绳孔Ⅱ（2-12-2），两根柔性绳通过前L件过绳孔Ⅲ（2-12-3），接着从后L件过绳孔（2-1-1）引出，外展柔性绳（Ⅰ）与盘线杆（3-5）左侧绳销（3-6）连接，内收柔性绳（Ⅱ）与盘线杆（3-5）右侧绳销（3-6）连接。

6.根据权利要求1所述的一种四自由度仿甲虫可折叠扑翼微型飞行机器人，其特征在于：所述的俯仰驱动模块（6）包括俯仰电机（6-3）和俯仰电机支撑板（6-2），俯仰电机（6-3）和俯仰电机支撑板（6-2）通过俯仰电机支架（6-1）固定连接，俯仰电机的输出端与俯仰曲柄杆（6-4）连接，俯仰曲柄杆（6-4）通过俯仰曲柄杆连接销（6-5）与俯仰连杆（6-6）连接，俯仰连杆（6-6）与俯仰连杆销座（6-7）通过俯仰连杆销（6-8）连接，俯仰连杆销座（6-7）与拍翅电机支撑板（8-1）在拍翅电机支撑板凹槽（8-1-1）处固定连接，俯仰电机支撑板（6-2）和拍翅电机支撑板（8-1）之间通过俯仰运动附件Ⅰ（9）、俯仰运动回转销（10）、俯仰运动附件Ⅱ（11）组成铰链结构，俯仰运动附件Ⅱ（11）与拍翅电机支撑板（8-1）在拍翅电机连接面（8-1-2）处固定连接，俯仰运动附件Ⅰ（9）与俯仰电机支撑板（6-2）在支撑板连接处（6-2-1）处固定连接，拍翅电机支撑板（8-1）与绳驱动模块安装支架（7）固定连接。