CN107140207A - 飞行器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种飞行器，包括主支架、摆动电机以及至少一对翅膀。该摆动电机输出往复摆动运动，其具有摆臂。摆臂安装在主支架上，并能绕一支点转动。翅膀安装在摆动电机的摆臂上，并能够在摆臂的驱动下形成往复扇动。本飞行器采用摆动电机，该摆动电机的控制电路产生脉宽可调的交变脉冲，使永磁体运动方向交替变化，进而形成往复摆动。该摆动电机不存在堵转，阻力大时或摆频高时自动减少摆幅，其对输入信号响应迅速，能够实现多种频率模式的摆动，可以更逼真的模仿飞行生物，例如鸟类、昆虫等翅膀的摆动规律，使飞行器形成更丰富的飞行模式。

Description

飞行器

技术领域

本申请涉及一种飞行器。

背景技术

目前，在市场上出现的翅膀摆动的飞行器都是采用旋转电机带动。旋转电机借助凸轮机构或偏心连杆结构来将旋转运动转换成往复摆动。旋转电机如此驱动翅膀往复摆动运动，工作电流大，尤其是启动时和堵转时工作电流异常大。而且这类飞行器在使用过程由于电机额定转速的限制，翅膀的摆动频率变化有限，导致飞行模式极其有限，不能根据不同的环境进行快速变化。旋转电机偏离额定转速，就会使得偏高时功耗快速加大或偏低时力矩快速减小。

发明内容

本申请提供一种新型的飞行器。

一种飞行器，包括：

主支架；

摆动电机，所述摆动电机包括控制电路、用于形成磁场的线圈、用于在磁场下摆动的永磁体以及和永磁铁固定的摆臂，所述摆臂与永磁体一体连接，所述线圈产生的交变磁场可驱动永磁体及摆臂实现往复摇摆运动，所述摆臂安装在主支架上，并能绕一支点转动：

至少一对翅膀，所述翅膀安装在摆动电机的摆臂上，并能够在摆臂的驱动下形成往复扇动。

作为所述飞行器的进一步可选方案，所述翅膀绕一支点活动设置，所述摆臂与翅膀之间通过连杆连接，所述连杆两端分别与翅膀和摆臂形成球面副连接。

作为所述飞行器的进一步可选方案，还包括用于改变翅膀纵向倾斜角度的第二摆动电机，所述第二摆动电机输出往复摆动运动，所述翅膀与第二摆动电机的摆动轴之间通过第二连杆连接，所述第二连杆分别与翅膀和第二摆动电机的摆动轴形成球面副连接。

作为所述飞行器的进一步可选方案，所述翅膀的活动支点设置在主支架上，并与主支架在支点处形成球面副连接。

作为所述飞行器的进一步可选方案，所述活动支点设置在翅根，或靠近翅根且远离翅尖；所述连杆与翅膀形成球面副的连接点位于翅膀活动支点到翅尖的区域内。

作为所述飞行器的进一步可选方案，所述活动支点在翅根到翅尖之间，所述连杆与翅膀形成球面副的连接点位于翅膀活动支点到翅根的区域内。

作为所述飞行器的进一步可选方案，所述至少一对翅膀包括至少一对第一翅膀和至少一对第二翅膀，所述摆臂以支点为界分为靠近摆动电机内部的内臂和向外延伸的外臂；

其中，所述第一翅膀安装在摆臂的内臂上，所述第二翅膀安装在摆臂的外臂上；

或所述第一翅膀安装在摆臂的外臂上，所述第二翅膀安装在摆臂的内臂上；

或所述摆动电机为两个，且对向设置，所述第一翅膀和第二翅膀交叉安装在两个摆动电机摆臂的内壁和外臂上。

作为所述飞行器的进一步可选方案，成一对设置的两个翅膀均安装在同一摆动电机上，由所述摆动电机驱动所述两个翅膀做同步扇动。

作为所述飞行器的进一步可选方案，包括两个摆动电机，成一对设置的两个翅膀分别安装在不同的摆动电机上，由各自的摆动电机驱动做独立的扇动。

作为所述飞行器的进一步可选方案，还包括用于检测物体靠近的探测传感器，所述探测传感器与控制电路连接，以便控制电路输出控制信号，以驱动飞行器改变飞行状态。

作为所述飞行器的进一步可选方案，所述探测传感器包括红外线探测传感器、超声波探测传感器或微波探测传感器中的至少一种。

作为所述飞行器的进一步可选方案，还包括遥控器，所述遥控器能够与控制电路建立通信连接，以便操作者控制飞行器的飞行状态。

本申请的有益效果是：

本飞行器包括主支架、摆动电机以及至少一对翅膀。该摆动电机输出往复摆动运动，其具有摆臂。摆臂安装在主支架上，并能绕一支点转动。翅膀安装在摆动电机的摆臂上，并能够在摆臂的驱动下形成往复扇动。本飞行器采用摆动电机，该摆动电机的控制电路产生频率和脉宽可调的交变脉冲，使永磁体运动方向交替变化，进而形成往复摆动。该摆动电机不存在堵转，阻力大时或摆频高时自动减少摆幅，但输出力矩稳定，其对输入信号响应迅速，能够实现多种频率模式的摆动，可以更逼真的模仿飞行生物，例如鸟类、昆虫等翅膀的摆动规律，使飞行器形成更丰富的飞行模式；也有利于做鸟类和昆虫的翅膀运动仿真实验，分析翅膀运动规律。

附图说明

图1为本申请飞行器一种实施例的结构简图；

图2为本申请摆动电机一种实施例的结构简图；

图3为本申请摆动电机一种实施例的结构示意图；

图4为本申请飞行器第二种实施例的结构简图；

图5为本申请飞行器第三种实施例的结构简图；

图6为本申请飞行器第四种实施例的结构简图；

图7为图6所示实施例中摆动电机一种结构示意图；

图8为本申请摆动电机第三种实施例的结构示意图；

图9为本申请摆动电机第四种实施例的结构示意图；

图10为本申请飞行器第五种实施例中翅膀偏角结构示意图；

图11为本申请飞行器一种实施例中遥控器与摆动电机的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。本申请可以以多种不同的形式来实现，并不限于本实施例所描述的实施方式。提供以下具体实施方式的目的是便于对本申请公开内容更清楚透彻的理解，其中上、下、左、右、前、后等指示方位的字词仅是针对所示结构在对应附图中位置而言。

在一些例子中，由于一些实施方式属于现有或常规技术，因此并没有描述或没有详细的描述。

此外，本文中记载的技术特征、技术方案还可以在一个或多个实施例中以任意合适的方式组合。对于本领域的技术人员来说，易于理解与本文提供的实施例有关的方法的步骤或操作顺序还可以改变。附图和实施例中的任何顺序仅仅用于说明用途，并不暗示要求按照一定的顺序，除非明确说明要求按照某一顺序。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，在合理情况下(不构成自相矛盾的情况下)，均包括直接和间接连接(联接)。

实施例一：

本实施例提供一种飞行器，该飞行器能够更逼真的模仿鸟类翅膀的摆动规律，使飞行器形成更丰富的飞行模式。

请参考图1，该飞行器包括主支架100、摆动电机200以及至少一对翅膀300。

该主支架100其支撑作用。该摆动电机200输出往复摆动运动，其具有摆臂204。摆臂204安装在主支架100上，并能绕一支点转动。翅膀300安装在摆动电机200的摆臂204上，并能够在摆臂204的驱动下形成往复扇动。

请参考图2和3，在一种实施例中，该摆动电机200包括控制电路201、用于形成磁场的线圈202和用于在磁场下摆动的永磁体203，摆臂204与永磁体203一体连接，线圈202产生的交变磁场可驱动永磁体203及摆臂204实现往复摇摆运动。

该线圈202安装在一个U型磁轭205上，控制电路201控制线圈202产生交变的磁场。四个永磁体203安装在第二磁轭206上，第二磁轭206同时与摆臂204连接为一体。四个永磁体203在线圈202磁场的控制下实现往复摇摆运动，进而带动摆臂204绕支点进行摆动。

采用以上摆动电机200的好处在于，U型磁轭的每个支脚对应两个永磁体203，这种永磁体203冗余的设计比同功率的旋转电机转矩更大，作用磁通大，驱动功率则相应的减小。该电机直接驱动连杆机构，不需要凸轮机构或偏心连杆结构，噪音小，寿命长，驱动电流小且稳定，也没有像旋转电机那样的启动大电流，堵摆时电流变化不大，摆动频率不随阻力变化，可用充电电池供电，便于便携性设计，电池更安全耐用。

而且摆动电机200可直接通过输入的电信号控制摆臂204的摆幅和摆频，可以快速地改变翅膀300的振动频率，使得飞行器翅膀300的振动频率可以有丰富的变化，阻力大时或高频摆动时可自动减小摆幅，但输出力矩稳定，更有利于模仿飞行生物，例如鸟类、昆虫等翅膀300振动频率的变化，更逼真的模拟飞行生物的飞行模式；并通过翅膀运动仿真实验，分析翅膀运动规律。

该控制电路201同时连接有控制开关2011，来控制摆动电机200的运动状态。除此之外，还连接有充电单元2012、充电电池单元2013和信号指示单元2014，以实现各种基本功能。

进一步地，请参考图1，该翅膀300绕一支点活动设置，该摆臂204与翅膀300之间通过连杆400连接，该连杆400两端分别与翅膀300和摆臂204形成球面副a2、a3连接。

翅膀300绕一支点活动设置可能是绕一支点转动，也可能是形成一种球面副连接。

请继续参考图1，在一种实施例中，翅膀300的活动支点设置在主支架100上，并与主支架100在支点处形成球面副a1连接。

该球面副的设计可以使得翅膀300与主支架100之间，连杆400与翅膀300和摆臂204之间，可以在任意方向上实现转动，丰富翅膀300的变化。

另一方面，请参考图1，在一种实施例中，成一对设置的两个翅膀300(即同一对的两个翅膀)均安装在同一摆动电机200上，由该一个摆动电机200驱动该两个翅膀300做同步扇动。例如，如图3所示，该一对翅膀300分别安装在摆臂204的两侧，这样摆臂204可以同时驱动该一对翅膀300同步地向上或向下扇动。

或者，请参考图4，在一种实施例中，还可以包括两组摆动电机200，成一对设置的两个翅膀300(即同一对的两个翅膀)分别安装在不同的摆动电机200上，由各自的摆动电机200驱动做独立的扇动。

单独设置摆动电机200的好处在于，可以单独的控制每个翅膀300的扇动状态，例如扇动频率，使翅膀300的飞行模式更丰富，这样可以更真实的模仿鸟类、昆虫等飞行生物在飞行时的翅膀300运动状态。

该两个摆动电机200可以是同向设置，也可以是对向设置。例如图7所示，该两个摆动电机200对向设置，其中两个翅膀300分别设置在两个摆动电机200的摆臂204上。

进一步地，请参考图1，在一种实施例中，翅膀的活动支点设置在翅根，或靠近翅根且远离翅尖的位置。连杆400与翅膀300形成球面副a2的连接点位于翅膀300活动支点a1到翅尖的区域内。该翅尖是指翅膀300最靠外的部位，即如图1所示，连杆400与翅膀300形成球面副a2的连接点位于翅膀300活动支点a1到翅膀300最外端的区域内。

或者，请参考图5，在一种实施例中，翅膀的活动支点在翅根到翅尖之间，连杆400与翅膀300形成球面副a2的连接点位于翅膀300活动支点a1到翅根的区域内。该翅根是与翅尖相对的一端，指翅膀300最靠内的部位，即如图5所示，连杆400与翅膀300形成球面副a2的连接点位于翅膀300活动支点a1到翅膀300最内端的区域内。

当然，请参考图6，在一种实施例中，也可以将图4和5的结构进行结合，使连杆400与翅膀300形成球面副a2的连接点位于翅膀300活动支点到翅根(或翅尖)的区域内，且成一对设置的两个翅膀300(即同一对的两个翅膀)分别安装在不同的摆动电机200上，由各自的摆动电机200驱动做独立的扇动。

另一方面，请参考图8，在一种实施例中，摆臂204以支点为界分为靠近摆动电机200内部的内臂2041和向外延伸的外臂2042。

该实施例中，翅膀300可以包括至少一对第一翅膀和至少一对第二翅膀。其中，该第一翅膀安装在摆臂204的内臂2041上，该第二翅膀安装在摆臂204的外臂2042上。

或，反过来，第一翅膀安装在摆臂204的外臂2042上，第二翅膀安装在摆臂204的内臂2041上。

或，如图9所示，摆动电机200为两个，且对向设置，第一翅膀和第二翅膀交叉安装在两个摆动电机摆臂204的内壁和外臂上

该第一翅膀和第二翅膀的扇动方向是相反状态，当第一翅膀向上扇动时，第二翅膀向下扇动。当第一翅膀向下扇动时，第二翅膀向上扇动。这可以用来更真实地模拟某些具有多对翅膀的飞行生物，例如苍蝇、蚊子、蜻蜓等昆虫的飞行模式。

另一方面，为了能够更好的模拟转向等飞行模式。请参考图10，在一种实施例中，还包括用于改变翅膀300纵向倾斜角度的第二摆动电机500，该第二摆动电机500输出往复摆动运动，使翅膀300绕翅膀活动支点a1改变偏转角度。其结构可以采用如图2所示的结构，也可以采用其他摆动电机的结构。

该翅膀300与第二摆动电机500的摆动轴504之间通过第二连杆连接，该第二连杆分别与翅膀300和第二摆动电机500的摆动轴504形成球面副a4、a5连接。控制电路201可以驱动第二摆动电机500在扇动过程中绕翅膀活动支点a1改变翅膀300的偏转角度。

这里所说的翅膀300纵向是指飞行器自头部到尾部或自尾部到头部的方向，在图10中，第二摆动电机500主要是驱动翅膀300上下偏转一定的角度。

翅膀摆动电机200和第二摆动电机500的摆动频率对应，该第二摆动电机500与摆动电机200结合，可以完成更丰富的翅膀300摆动模式变化，进而更逼真地实现对飞行生物的模仿。

进一步地，本飞行器还可以模拟飞行生物对其他物体的躲避或接近动作，以及使飞行器做出降落或悬停动作。

例如，在一种实施例中，请参考图2，还包括用于检测物体靠近的探测传感器2015，该探测传感器2015与控制电路201连接，以便控制电路201输出控制信号，改变飞行器翅膀的振动频率和/或翅膀偏角，以驱动飞行器改变飞行状态。包括使飞行器避让或接近靠近的物体，以及使飞行器做降落或悬停动作。

当探测传感器2015检测到物体的靠近(包括物体主动靠近飞行器或飞行器主动靠近其他物体)时，反馈信号至控制电路201。控制电路201通过改变输入信号控制摆动电机200和/或第二摆动电机500的摆动频率，驱动翅膀300快速变换位置或快速减速接近。这就类似于飞行生物在遇到障碍或人要用手抓飞行生物的时候，加快改变翅膀摆动频率和角度，飞行生物可以敏捷的躲避；或接近或降落到物体上的时候，减慢翅膀摆动频率和改变摆动角度，飞行生物快速的靠近或降落。该摆动电机能即时跟随控制电路的交变脉冲信号运动的特性，使得飞行器的飞行模式更真实，更接近飞行生物的飞行状态。这是现有的旋转电机难以实现的功能，旋转电机偏离额定转速，就会使得偏高时功耗快速加大或偏低时力矩快速减小。

其中，探测传感器2015包括红外线探测传感器、超声波探测传感器或微波探测传感器中的至少一种。

另外，请参考图11，在一种实施例中，还包括遥控器600，该遥控器600能够与控制电路201建立通信连接，以便操作者控制飞行器的飞行状态。

该遥控器600优选与控制电路201通过无线通信方式建立连接，操作者可以远程控制飞行器的飞行状态。遥控器600上可以设置各种控制键，以便于操纵者对飞行器进行各种命令的输入。

遥控器600也可以设置显示装置，用于显示飞行器各种指标状态和其他信息。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (12)

1.一种飞行器，其特征在于，包括：

主支架；

摆动电机，所述摆动电机包括控制电路、用于形成磁场的线圈、用于在磁场下摆动的永磁体以及和永磁铁固定的摆臂，所述摆臂与永磁体一体连接，所述线圈产生的交变磁场可驱动永磁体及摆臂实现往复摇摆运动，所述摆臂安装在主支架上，并能绕一支点转动：

至少一对翅膀，所述翅膀安装在摆动电机的摆臂上，并能够在摆臂的驱动下形成往复扇动。

2.如权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述翅膀绕一支点活动设置，所述摆臂与翅膀之间通过连杆连接，所述连杆两端分别与翅膀和摆臂形成球面副连接。

3.如权利要求2所述的飞行器，其特征在于，还包括用于改变翅膀纵向倾斜角度的第二摆动电机，所述第二摆动电机输出往复摆动运动，所述翅膀与第二摆动电机的摆动轴之间通过第二连杆连接，所述第二连杆分别与翅膀和第二摆动电机的摆动轴形成球面副连接。

4.如权利要求2所述的飞行器，其特征在于，所述翅膀的活动支点设置在主支架上，并与主支架在支点处形成球面副连接。

5.如权利要求2所述的飞行器，其特征在于，所述活动支点设置在翅根，或靠近翅根且远离翅尖；所述连杆与翅膀形成球面副的连接点位于翅膀活动支点到翅尖的区域内。

6.如权利要求2所述的飞行器，其特征在于，所述活动支点在翅根到翅尖之间，所述连杆与翅膀形成球面副的连接点位于翅膀活动支点到翅根的区域内。

7.如权利要求2所述的飞行器，其特征在于，所述至少一对翅膀包括至少一对第一翅膀和至少一对第二翅膀，所述摆臂以支点为界分为靠近摆动电机内部的内臂和向外延伸的外臂；

其中，所述第一翅膀安装在摆臂的内臂上，所述第二翅膀安装在摆臂的外臂上；

或所述第一翅膀安装在摆臂的外臂上，所述第二翅膀安装在摆臂的内臂上；

或所述摆动电机为两个，且对向设置，所述第一翅膀和第二翅膀交叉安装在两个摆动电机摆臂的内壁和外臂上。

8.如权利要求1所述的飞行器，其特征在于，成一对设置的两个翅膀均安装在同一摆动电机上，由所述摆动电机驱动所述两个翅膀做同步扇动。

9.如权利要求1所述的飞行器，其特征在于，包括两个摆动电机，成一对设置的两个翅膀分别安装在不同的摆动电机上，由各自的摆动电机驱动做独立的扇动。

10.如权利要求1-9任一项所述的飞行器，其特征在于，还包括用于检测物体靠近的探测传感器，所述探测传感器与控制电路连接，以便控制电路输出控制信号，以驱动飞行器改变飞行状态。

11.如权利要求10所述的飞行器，其特征在于，所述探测传感器包括红外线探测传感器、超声波探测传感器或微波探测传感器中的至少一种。

12.如权利要求11所述的飞行器，其特征在于，还包括遥控器，所述遥控器能够与控制电路建立通信连接，以便操作者控制飞行器的飞行状态。