CN108891594A - 穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器，包括：穿戴式助力人体扑翼飞行机器人、左翅膀、右翅膀、尾翼舵机及传动机构、电源系统、助力起飞装置；所述穿戴式助力人体扑翼飞行机器人，包括：穿戴者头盔、穿戴者关节角度传感器、主电机助力翼拍机构、形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构、穿戴者扑翼飞行俯卧板、智能头盔控制器、传感器系列、全球定位系统、脑电波仪、无线通讯仪、可折叠伸缩减振足轮、安全伞降装置。通过主电机助力翼拍机构、形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构、尾翼舵机及传动机构与智能头盔控制器结合，实现对人体助力自适应扑翼飞行的乐趣，使人体自身体验的扑翼飞行具有安全性、舒适性、轻巧性和方便性。

Description

穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器

技术领域

本发明属于扑翼飞行器技术领域，涉及一种人体扑翼飞行器，更具体地涉及一种穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器。

背景技术

扑翼飞行器是指一种模仿自然界飞行生物，通过翅翼的主动运动产生升力和前行力的飞行器，又被称为振翼机。扑翼飞行是自然界飞行生物普遍采用的飞行模式，与固定翼和旋翼飞行模式相比，扑翼飞行仅依靠翼面的扑动即可同时产生升力和推力，具有飞行效率高，机动性好，结构紧凑的优点。载人扑翼飞行器一直是人类渴望实现向鸟类一样体验空中个体自由飞翔的梦想，也曾经一度是人们研究的重点，但其难点是当扑翼飞行器需要载人飞行时，需要的扑翼飞行器尺寸及翅膀尺寸会相应增大，不仅会给人体在空中长时间扑动翅膀带来困难，其增大后的扑翼飞行器还会带来一系列的技术问题，如：动力、结构、材料、安全和稳定性等许多技术方面问题。因此发展和制造载人扑翼飞行器面临许多技术问题需要解决。

发明内容

针对当前人体扑翼飞行器发展存在的系列问题，本发明提供一种穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器，以达到优化提升载人扑翼飞行器的各项性能指标。

本发明的一种穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器的实现具体技术方案包括：穿戴式助力人体扑翼飞行机器人、左翅膀、右翅膀、尾翼舵机及传动机构、电源系统、助力起飞装置；所述穿戴式助力人体扑翼飞行机器人，包括：穿戴者头盔、穿戴者关节角度传感器、主电机助力翼拍机构、形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构、穿戴者扑翼飞行俯卧板、智能头盔控制器、传感器系列、全球定位系统、脑电波仪、无线通讯仪、可折叠伸缩减振足轮、安全伞降装置；所述穿戴者扑翼飞行俯卧板装配有主电机助力翼拍机构；所述主电机助力翼拍机构左侧连接左翅膀；所述主电机助力翼拍机构右侧连接右翅膀；所述穿戴者扑翼飞行俯卧板后部装配有尾翼舵机及传动机构；所述形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构装配在左翅膀和右翅膀上；所述形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构包括：形状记忆合金翅脉、控制电路及器件；所述穿戴者扑翼飞行俯卧板下方装配有可自动折叠伸缩减振足轮；所述穿戴者背部穿戴有安全伞降装置；所述智能头盔控制器、全球定位系统、脑电波仪、无线通讯仪均装配在穿戴者头盔中；所述全球定位系统、脑电波仪、无线通讯仪均与智能头盔控制器相连接；所述穿戴者头部佩戴穿戴者头盔，并俯卧在穿戴者扑翼飞行俯卧板上；所述穿戴者肩部与腰部采用自动穿戴安全带固定于穿戴者扑翼飞行俯卧板。

上述方案中，所述穿戴者关节角度传感器与智能头盔控制器相连接；所述智能头盔控制器与主电机助力翼拍机构、形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构和尾翼舵机及传动机构相连接；所述穿戴者关节角度传感器包括：穿戴者左肩关节角度传感器、穿戴者右肩关节角度传感器、穿戴者左肘关节角度传感器、穿戴者右肘关节角度传感器、穿戴者左膝关节角度传感器、穿戴者右膝关节角度传感器、穿戴者左踝关节角度传感器、穿戴者右踝关节角度传感器、穿戴者髋关节角度传感器。

上述方案中，所述左翅膀和右翅膀均包括：翅膀内段、翅膀外段；所述翅膀内段和翅膀外段均包括：翅脉、双发电多层功能膜；所述翅脉包括：前缘翅脉、侧支撑翅脉、发射型翅脉、连接翅脉；所述发射型翅脉分布于翅膀内段和翅膀外段中；所述连接翅脉采用形状记忆合金翅脉；所述前缘翅脉、侧支撑翅脉、发散型翅脉均采用碳纤维材料，相互之间采用连接翅脉相连接；所述翅膀内段一端通过侧支撑翅脉与主电机助力翼拍机构一端采用连接翅脉相连接；所述翅膀内段另一端与翅膀外段之间也采用连接翅脉相连接；所述双发电多层功能膜由前缘翅脉、侧支撑翅脉、发散型翅脉、连接翅脉共同支撑固定，它们共同构成左翅膀和右翅膀可控折叠变形结构。

上述方案中，所述双发电多层功能膜包括：翅膀光伏发电膜、翅膀压电发电膜和翅膀弹性基膜；所述翅膀弹性基膜上面是翅膀光伏发电膜，其翅膀光伏发电膜朝向太阳光；所述翅膀弹性基膜下面是翅膀压电发电膜；所述翅膀光伏发电膜、翅膀压电发电膜和翅膀弹性基膜构成复合一体化结构。

上述方案中，所述主电机助力翼拍机构包括：主电机、可调速曲柄扑动机构；所述可调速曲柄扑动机构包括：可调速单曲柄扑动机构、可调速双曲柄扑动机构或可调速多曲柄扑动机构；所述可调速曲柄扑动机构通过连接翅脉与翅膀内段一端的侧支撑翅脉相连接；所述翅膀内段和翅膀外段通过形状记忆合金翅脉产生协同助力扑翼飞行效应，促使左翅膀和右翅膀共同完成各种复杂的自适应折叠变形扑翼飞行。

上述方案中，所述尾翼舵机及传动机构包括：尾翼、第一舵机、第二舵机、杆件机构、尾部转动机构球铰接；所述杆件机构包括：转向机构、升降机构和滑翔机构；所述第一舵机和第二舵机通过杆件机构与尾部转动机构球铰接相连接；所述穿戴者左踝关节角度传感器将穿戴者左踝关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；所述智能头盔控制器给第一舵机和第二舵机下达同时向左转动指令；所述尾翼在升降机构约束下将绕机身做上翘动作，扑翼飞行上升；所述穿戴者右踝关节角度传感器将穿戴者右踝关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；所述智能头盔控制器给第一舵机和第二舵机下达同时向右转动指令；所述尾翼在升降机构约束下将绕机身做下翘动作，扑翼飞行下降；所述穿戴者左膝关节角度传感器将穿戴者左膝关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；所述智能头盔控制器给第一舵机向左转动指令和第二舵机下达向右转动指令；所述尾翼在转向机构约束下将绕机身向左转动，扑翼飞行左转；所述穿戴者右膝关节角度传感器将穿戴者右膝关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；所述智能头盔控制器给第一舵机向右转动指令和第二舵机下达向左转动指令；所述尾翼在转向机构约束下将绕机身向右转动，扑翼飞行右转；所述穿戴者髋关节角度传感器将穿戴者髋关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；所述智能头盔控制器下达扑翼滑翔飞行指令，其尾翼舵机及传动机构在滑翔机构约束下处于助力扑翼滑翔飞行状态。

上述方案中，所述电源系统包括：翅膀光伏发电膜、翅膀压电发电膜、无线供电系统、蓄电池；所述蓄电池和无线供电系统装配在穿戴者扑翼飞行俯卧板上；所述无线供电系统包括：无线供电谐振接收线圈、整流电路及器件；所述翅膀光伏发电膜、翅膀压电发电膜和无线供电系统通过智能头盔控制器控制与蓄电池相连接；所述蓄电池与主电机助力翼拍机构、形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构、第一舵机、第二舵机、全球定位系统、脑电波仪、无线通讯仪、传感器系统、可折叠伸缩减振足轮、安全伞降装置相连接，并提供工作电源。

上述方案中，所述传感器系统的多种类传感器分别装配在穿戴者扑翼飞行俯卧板、左翅膀、右翅膀、尾翼舵机及传动机构上；所述传感器系统、脑电波仪和穿戴者关节角度传感器共同协调穿戴者配合智能头盔控制器，完成穿戴者自适应扑翼飞行；所述传感器系统的多种类传感器系统包括：风力传感器、风速传感器、风向传感器、温度传感器、高度传感器、飞行速度传感器；所述智能头盔控制器包括：微计算处理器、微存储器；所述安全伞降装置包括：降落伞、降落伞弹出装置。

上述方案中，所述助力起飞装置包括：磁悬浮助推升空起飞装置、汽车助推升空起飞装置或电动车助推升空起飞装置；所述磁悬浮助推升空起飞装置包括：承载滑撬、悬浮导向线圈、推进线圈、轨道短路线圈、三相直线电机绕组、轨道、地基；所述悬浮导向线圈装配在一个轨道上面；所述轨道短路线圈装配在另一个轨道上面；所述三相直线电机绕组装配在两个轨道之间上部，并接近承载滑撬；所述承载滑撬位于两个轨道上面；所述两个轨道固定于地基；所述承载滑撬承载起飞前的穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器。

上述方案中，所述穿戴式助力人体扑翼飞行机器人中，装配在左翅膀和右翅膀的助力折叠变形机构，包括：电致伸缩翅脉助力折叠变形机构、电致变形翅脉助力折叠变形机构、液压致变形翅脉助力折叠变形机构或气动致变形翅脉助力折叠变形机构；所述电致伸缩翅脉助力折叠变形机构，包括：连接翅脉采用电致伸缩材料、伸缩折叠变形机构；所述电致变形翅脉助力折叠变形机构，包括：连接翅脉采用电致变形材料、电致折叠变形机构；所述液压致变形翅脉助力折叠变形机构，包括：连接翅脉采用液压致变形杆、微型液压缸、微型液压管、微型液压泵和液压致折叠变形机构；所述气动致变形翅脉助力折叠变形机构，包括：连接翅脉采用气动致变形杆、微型气压泵、微型气压管和气压致折叠变形机构。

本发明的穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器工作过程如下：

穿戴者戴上穿戴者头盔，穿戴上各类穿戴者关节角度传感器，穿戴上安全伞降装置，俯卧于穿戴者扑翼飞行俯卧板，穿戴者肩部与腰部采用自动穿戴安全带固定于穿戴者扑翼飞行俯卧板；穿戴者通过脑电波仪或穿戴者通过无线通讯仪发出准备起飞升空信息并传输给智能头盔控制器；智能头盔控制器发出穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器准备起飞指令；穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器的左翅膀和右翅膀均从折叠状态进入平展伸平状态，即穿戴者的左右双臂与左翅膀和右翅膀协同平展伸平一致，穿戴者的左右双臂肩关节和肘关节角度处于初始角度准备起飞状态；此时，关节角度传感器将关节角度信息传输给智能头盔控制器，穿戴者通过脑电波仪或无线通讯仪发出起飞升空信息并传输给智能头盔控制器；智能头盔控制器发出穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器起飞指令；磁悬浮助推升空起飞装置开始工作；承载滑撬承载的穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器快速滑行，穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器与承载滑撬快速分离并起飞。

穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器与承载滑撬分离升空后，穿戴者模仿鸟飞翔时扑翼飞行状态，轻轻拍打自己双臂改变自己左肩关节角度或右肩关节角度，穿戴者左肩关节角度传感器或右肩关节角度传感器将穿戴者左肩关节角度或右肩关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；智能头盔控制器指令主电机助力翼拍机构工作，主电机带动可调速曲柄扑动机构助力驱动左翅膀和右翅膀扑动进行扑翼飞行；穿戴者通过改变自身肩关节角度大小，并将信息传输给智能头盔控制器；智能头盔控制器根据穿戴者肩关节角度改变大小数据，来指令主电机助力翼拍机构助力带动左翅膀和右翅膀扑动频率及扑动力度大小。

穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器在升空扑翼飞行过程中，穿戴者改变自己左肘关节角度或右肘关节角度，穿戴者左肘关节角度传感器或右肘关节角度传感器将穿戴者左肘关节角度或右肘关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；智能头盔控制器指令形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构工作，翅膀内段和翅膀外段的连接翅脉形状记忆合金翅脉或翅膀其它相关形状记忆合金翅脉均被控接通电流，促使连接翅脉形状记忆合金翅脉产生记忆形变，左翅膀和右翅膀产生折叠变形，其折叠变形大小与连接翅脉形状记忆合金翅脉被控通电流大小呈函数关系；形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构与主电机助力翼拍机构产生协同效应，促使左翅膀和右翅膀完成各种复杂的自适应折叠变形扑翼飞行，共同助力人体扑翼飞行。

穿戴者左膝关节角度传感器将穿戴者左膝关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；智能头盔控制器给第一舵机向左转动指令和第二舵机下达向右转动指令；尾翼在转向机构约束下将绕机身向左转动，扑翼飞行左转；穿戴者右膝关节角度传感器将穿戴者右膝关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；智能头盔控制器给第一舵机向右转动指令和第二舵机下达向左转动指令；尾翼在转向机构约束下将绕机身向右转动，扑翼飞行右转。

穿戴者改变自己左踝关节角度，穿戴者左踝关节角度传感器将穿戴者左踝关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；智能头盔控制器给第一舵机和第二舵机下达同时向左转动指令；尾翼在升降机构约束下将绕机身做上翘动作，扑翼飞行上升；穿戴者改变自己右踝关节角度，穿戴者右踝关节角度传感器将穿戴者右踝关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；智能头盔控制器给第一舵机和第二舵机下达同时向右转动指令；尾翼舵机及传动机构在升降机构约束下将绕机身做下翘动作，扑翼飞行下降；穿戴者髋关节角度传感器将穿戴者髋关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；智能头盔控制器下达扑翼滑翔飞行指令，其尾翼舵机及传动机构在滑翔机构约束下处于助力扑翼滑翔飞行状态。

当穿戴者在空中扑翼飞行，传感器系列的多种类传感器包括：风力传感器、风速传感器、风向传感器、温度传感器、高度传感器、飞行速度传感器能够给智能头盔控制器提供相关扑翼飞行及环境参数信息；智能头盔控制器根据微计算处理器的计算处理后，则给主电机助力翼拍机构、形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构、尾翼舵机及传动机构下达安全扑翼飞行参数调控指令，促使穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器能够实现自适应安全扑翼飞行。当智能头盔控制器根据微计算处理器的计算处理，然后给出会对扑翼飞行安全极其不利的危险信息后，能够通过无线通讯仪告知穿戴者，则穿戴者可以选择飞行降落或安全伞降装置的其中一个工作模式。

当穿戴者选择飞行降落模式，穿戴者改变自己右踝关节角度，穿戴者右踝关节角度传感器将穿戴者右踝关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；智能头盔控制器给第一舵机和第二舵机下达同时向右转动指令；尾翼在杆件约束下将绕机身做下翘动作，扑翼飞行下降，并通过配合滑翔飞行，开启可折叠伸缩减振足轮实现飞行安全降落。

当穿戴者选择开启安全伞降装置模式，智能头盔控制器指令降落伞弹出装置弹出降落伞，并同时快速指令左翅膀和右翅膀从平展伸平飞行状态转变为折叠收拢状态，实现安全伞降着陆。

穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器将穿戴者关节角度变化信息、脑电波信息、多种类传感器信息与扑翼飞行指令信息相结合，采用多模态信息与智能头盔控制器相结合方式，通过主电机助力翼拍机构、形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构和尾翼舵机及传动机构协同助力，完成穿戴者体验的各种复杂自适应折叠变形扑翼飞行。

在穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器扑翼飞行过程中，穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器的左翅膀和右翅膀在折叠变形扑翼飞行时，翅膀光伏发电膜将光伏发电电能传输给蓄电池，翅膀压电发电膜将大气气流产生的压电发电电能传输给蓄电池。根据需要也可以采用无线供电系统方式，运用无线供电谐振接收线圈接收地面站的无线供电，通过整流电路及器件，将无线供电电能传输给蓄电池；采用蓄电池将电能输送给主电机助力翼拍机构、形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构、第一舵机、第二舵机、全球定位系统、脑电波仪、无线通讯仪、传感器系统、可折叠伸缩减振足轮、安全伞降装置，以确保满足穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器的各种需要用电装置的电能。

本发明的穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器具有以下有益效果：

a、本发明穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器采用了主电机助力翼拍机构、形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构、尾翼舵机及传动机构与智能头盔控制器相结合结构。根据人体自适应扑翼飞行中自身关节的适度角度变化，采用穿戴者左肩关节角度传感器、穿戴者右肩关节角度传感器、穿戴者左肘关节角度传感器、穿戴者右肘关节角度传感器、穿戴者左膝关节角度传感器、穿戴者右膝关节角度传感器、穿戴者左踝关节角度传感器、穿戴者右踝关节角度传感器、穿戴者髋关节角度传感器，来控制左翅膀和右翅膀中连接翅脉形状记忆合金翅脉通电大小，实现控制左翅膀和右翅膀的折叠及变形大小，实现人体自身体验扑翼飞行的乐趣；形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构、主电机助力翼拍机构和尾翼舵机及传动机构协同助力产生协同效应，促使左翅膀和右翅膀完成各种复杂的自适应折叠变形扑翼飞行，使人体自身体验扑翼飞行具有安全性、舒适性、轻巧性和方便性。

b、本发明穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器采用了将穿戴者关节角度变化信息、脑电波信息、多种类传感器信息与扑翼飞行指令信息相结合，采用多模态信息与智能头盔控制器相结合，通过主电机助力翼拍机构、形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构和舵机及传动机构协同助力，能够完成穿戴者体验并有效控制的各种复杂自适应助力折叠变形扑翼飞行。

c、本发明穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器采用了翅膀光伏发电膜发电传输给蓄电池，翅膀压电发电膜将大气气流产生的压电发电传输给蓄电池，使穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器具有双发电自供电功能，还结合无线供电系统能够给蓄电池输送电能，使穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器具有充分电能保障。蓄电池能够将电能输送给主电机助力翼拍机构、形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构、第一舵机、第二舵机、全球定位系统、脑电波仪、无线通讯仪、传感器系统、可折叠伸缩减振足轮、安全伞降装置，以确保满足穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器的各种需要用电装置的电能。

附图说明

图1是穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器的工作原理框图；

图2是穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器的结构示意图；

图3是主电机助力翼拍机构与形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构的结构示意图；

图4是磁悬浮助推升空起飞装置结构示意图。

其中：穿戴式助力人体扑翼飞行机器人1、左翅膀2、右翅膀3、尾翼舵机及传动机构4、穿戴者头盔5、主电机助力翼拍机构6、形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构7、穿戴者扑翼飞行俯卧板8、安全伞降装置9、形状记忆合金翅脉10、穿戴者肩部11、穿戴者腰部12、穿戴者左肩关节角度传感器13、穿戴者右肩关节角度传感器14、穿戴者左肘关节角度传感器15、穿戴者右肘关节角度传感器16、穿戴者左膝关节角度传感器17、穿戴者右膝关节角度传感器18、穿戴者左踝关节角度传感器19、穿戴者右踝关节角度传感器20、穿戴者髋关节角度传感器21、前缘翅脉22、发散型翅脉23、双发电多层功能膜24、主电机25、可调速曲柄扑动机构26、助力起飞装置27、承载滑撬28、悬浮导向线圈29、推进线圈30、轨道短路线圈31、三相直线电机绕组32、轨道33、地基34、穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器35、可折叠伸缩减振足轮36、翅膀内段37、翅膀外段38。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

实施例.

本发明实施例的穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器35的工作原理框图(见图1)，穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器35的结构示意图(见图2)。

实施例穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器35，包括：穿戴式助力人体扑翼飞行机器人1、左翅膀2、右翅膀3、尾翼舵机及传动机构4、电源系统、助力起飞装置27；穿戴式助力人体扑翼飞行机器人1，包括：穿戴者头盔5、穿戴者关节角度传感器、主电机助力翼拍机构6(见图3)、形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构7、穿戴者扑翼飞行俯卧板8、智能头盔控制器、传感器系列、全球定位系统、脑电波仪、无线通讯仪、可折叠伸缩减振足轮36(见图4)、安全伞降装置9(见图2)；穿戴者扑翼飞行俯卧板8装配有主电机助力翼拍机构6；主电机助力翼拍机构6左侧连接左翅膀2；主电机助力翼拍机构6右侧连接右翅膀3；穿戴者扑翼飞行俯卧板8后部装配有尾翼舵机及传动机构4(见图2)；形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构7装配在左翅膀2和右翅膀3上；形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构7包括：形状记忆合金翅脉10、控制电路及器件；穿戴者扑翼飞行俯卧板8下方装配有可折叠伸缩减振足轮36；穿戴者背部装配有安全伞降装置9；智能头盔控制器、全球定位系统、脑电波仪、无线通讯仪均装配在穿戴者头盔5中；全球定位系统、脑电波仪、无线通讯仪均与智能头盔控制器相连接；穿戴者头部佩戴穿戴者头盔5，并俯卧在穿戴者扑翼飞行俯卧板8上；穿戴者肩部11与穿戴者腰部12采用自动穿戴安全带固定于穿戴者扑翼飞行俯卧板8。

穿戴者关节角度传感器与智能头盔控制器相连接；智能头盔控制器与主电机助力翼拍机构6、形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构7和尾翼舵机及传动机构4相连接；穿戴者关节角度传感器包括：穿戴者左肩关节角度传感器13、穿戴者右肩关节角度传感器14、穿戴者左肘关节角度传感器15、穿戴者右肘关节角度传感器16、穿戴者左膝关节角度传感器17、穿戴者右膝关节角度传感器18、穿戴者左踝关节角度传感器19、穿戴者右踝关节角度传感器20、穿戴者髋关节角度传感器21。

左翅膀2和右翅膀3均包括：翅膀内段37、翅膀外段38；翅膀内段37和翅膀外段38均包括：翅脉、双发电多层功能膜24；翅脉包括：前缘翅脉22、侧支撑翅脉、发散型翅脉23、连接翅脉；侧支撑翅脉与主电机助力翼拍机构6相连接；发散型翅脉23分布于翅膀内段37和翅膀外段38中；连接翅脉采用所述形状记忆合金翅脉10；前缘翅脉22、侧支撑翅脉、发散型翅脉23均采用碳纤维材料，相互之间采用连接翅脉10相连接；翅膀内段37一端通过侧支撑翅脉与主电机助力翼拍机构6一端采用连接翅脉10相连接；翅膀内段37另一端与翅膀外段38之间也采用连接翅脉10相连接；双发电多层功能膜24由前缘翅脉22、侧支撑翅脉、发散型翅脉23、连接翅脉10共同支撑固定，构成左翅膀2和右翅膀3可控折叠变形结构。

双发电多层功能膜24包括：翅膀光伏发电膜、翅膀压电发电膜和翅膀弹性基膜；翅膀弹性基膜上面是翅膀光伏发电膜，其翅膀光伏发电膜朝向太阳光；所述翅膀弹性基膜下面是翅膀压电发电膜；所述翅膀光伏发电膜、翅膀压电发电膜和翅膀弹性基膜构成复合一体化结构。

主电机助力翼拍机构6(见图3)包括：主电机25、可调速曲柄扑动机构26；可调速曲柄扑动机构26采用可调速双曲柄扑动机构；可调速曲柄扑动机构26通过连接翅脉10与翅膀内段37相连接；翅膀内段37和翅膀外段38通过形状记忆合金翅脉10产生协同助力扑翼飞行效应，促使左翅膀2和右翅膀3完成各种复杂的自适应折叠变形扑翼飞行。

尾翼舵机及传动机构4包括：尾翼、第一舵机、第二舵机、杆件、尾部转动机构球铰接；第一舵机和第二舵机通过杆件与尾部转动机构球铰接相连接；穿戴者左踝关节角度传感器19将穿戴者左踝关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；智能头盔控制器给第一舵机和第二舵机下达同时向左转动指令；尾翼在杆件约束下将绕机身做上翘动作，扑翼飞行上升；穿戴者右踝关节角度传感器20将穿戴者右踝关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；智能头盔控制器给第一舵机和第二舵机下达同时向右转动指令；尾翼在杆件约束下将绕机身做下翘动作，扑翼飞行下降；穿戴者左膝关节角度传感器17将穿戴者左膝关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；智能头盔控制器给第一舵机向左转动指令和第二舵机下达向右转动指令；尾翼舵机及传动机构4在杆件约束下将绕机身向左转动，扑翼飞行左转；穿戴者右膝关节角度传感器18将穿戴者右膝关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；智能头盔控制器给第一舵机向右转动指令和第二舵机下达向左转动指令；尾翼舵机及传动机构4在杆件约束下将绕机身向右转动，扑翼飞行右转；穿戴者髋关节角度传感器21将穿戴者髋关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；智能头盔控制器下达扑翼滑翔飞行指令，其尾翼舵机及传动机构4处于助力扑翼滑翔飞行状态。

电源系统包括：翅膀光伏发电膜、翅膀压电发电膜、无线供电系统、蓄电池；蓄电池和无线供电系统装配在穿戴者扑翼飞行俯卧板8上；无线供电系统包括：无线供电谐振接收线圈、整流电路；翅膀光伏发电膜、翅膀压电发电膜和无线供电系统通过智能头盔控制器控制与蓄电池相连接；蓄电池与主电机助力翼拍机构6、形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构7、第一舵机、第二舵机、全球定位系统、脑电波仪、无线通讯仪、传感器系统、可折叠伸缩减振足轮36(见图4)、安全伞降装置9相连接，并提供工作电源。

传感器系统的多种类传感器分别装配在穿戴者扑翼飞行俯卧板8、左翅膀2、右翅膀3、尾翼舵机及传动机构4上；所述多种类传感器包括：风力传感器、风速传感器、风向传感器、温度传感器、高度传感器、飞行速度传感器。

助力起飞装置27采用磁悬浮助推升空起飞装置；磁悬浮助推升空起飞装置包括：承载滑撬28、悬浮导向线圈29、推进线圈30、轨道短路线圈31、三相直线电机绕组32、轨道33、地基34；悬浮导向线圈29装配在一个轨道33上面；轨道短路线圈31装配在另一个轨道33上面；三相直线电机绕组32装配在两个轨道33之间上部，并接近承载滑撬28；承载滑撬28位于两个轨道33上面；两个轨道33固定于地基34；承载滑撬28承载起飞前的穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器35。

智能头盔控制器包括：微计算处理器、微存储器；安全伞降装置9包括：降落伞、降落伞弹出装置。

本实施例的穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器35工作过程如下：

穿戴者戴上穿戴者头盔5，穿戴上各类穿戴者关节角度传感器，穿戴上安全伞降装置9，俯卧于穿戴者扑翼飞行俯卧板8，穿戴者肩部11与腰部12采用自动穿戴安全带固定于穿戴者扑翼飞行俯卧板8；穿戴者通过脑电波仪或无线通讯仪发出准备起飞升空信息并传输给智能头盔控制器；智能头盔控制器发出穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器35准备起飞指令；穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器35的左翅膀2和右翅膀3均从折叠状态进入平展伸平状态，即穿戴者的左右双臂与左翅膀和右翅膀协同平展伸平一致，穿戴者的左右双臂肩关节和肘关节角度处于初始角度准备起飞状态；此时，关节角度传感器将关节角度信息传输给智能头盔控制器，穿戴者通过脑电波仪或无线通讯仪发出起飞升空信息并传输给智能头盔控制器；智能头盔控制器发出穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器35起飞指令；磁悬浮助推升空起飞装置27开始工作；承载滑撬28承载的穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器35快速滑行，穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器35与承载滑撬28快速分离并起飞。

穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器35与承载滑撬28分离升空后，穿戴者模仿鸟飞翔时扑翼飞行状态，轻轻拍打自己双臂改变自己左肩关节角度或右肩关节角度，穿戴者左肩关节角度传感器13或右肩关节角度传感器14将穿戴者左肩关节角度或右肩关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；智能头盔控制器指令主电机助力翼拍机构6工作，主电机带动可调速曲柄扑动机构26助力驱动左翅膀2和右翅膀3扑动进行扑翼飞行；穿戴者通过改变自身肩关节角度大小，并将信息传输给智能头盔控制器；智能头盔控制器根据穿戴者肩关节角度改变大小数据，来指令主电机助力翼拍机构6助力带动左翅膀2和右翅膀3扑动频率及扑动力度大小。

穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器35在升空扑翼飞行过程中，穿戴者改变自己左肘关节角度或右肘关节角度，穿戴者左肘关节角度传感器15或右肘关节角度传感器16将穿戴者左肘关节角度或右肘关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；智能头盔控制器指令形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构7工作，翅膀内段37和翅膀外段38的连接翅脉形状记忆合金翅脉10或其它相关形状记忆合金翅脉10被控接通电流，促使连接翅脉形状记忆合金翅脉10产生记忆形变，左翅膀2和右翅膀3产生折叠变形，其折叠变形大小与连接翅脉形状记忆合金翅脉10被控通电流大小呈函数关系；形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构7、主电机助力翼拍机构6和尾翼舵机及传动机构4产生协同效应，促使左翅膀2和右翅膀3完成各种复杂的自适应折叠变形扑翼飞行，共同助力人体扑翼飞行。

穿戴者左膝关节角度传感器17将穿戴者左膝关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；智能头盔控制器给第一舵机向左转动指令和第二舵机下达向右转动指令；尾翼舵机及传动机构4在转向机构约束下将绕机身向左转动，扑翼飞行左转；穿戴者右膝关节角度传感器18将穿戴者右膝关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；智能头盔控制器给第一舵机向右转动指令和第二舵机下达向左转动指令；尾翼舵机及传动机构4在转向机构约束下将绕机身向右转动，扑翼飞行右转。

穿戴者改变自己左踝关节角度，穿戴者左踝关节角度传感器19将穿戴者左踝关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；智能头盔控制器给第一舵机和第二舵机下达同时向左转动指令；尾翼舵机及传动机构4在升降机构约束下将绕机身做上翘动作，扑翼飞行上升；穿戴者改变自己右踝关节角度，穿戴者右踝关节角度传感器20将穿戴者右踝关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；智能头盔控制器给第一舵机和第二舵机下达同时向右转动指令；尾翼舵机及传动机构4在升降机构约束下将绕机身做下翘动作，扑翼飞行下降；穿戴者髋关节角度传感器21将穿戴者髋关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；智能头盔控制器下达扑翼滑翔飞行指令，其尾翼舵机及传动机构4在滑翔机构约束下处于助力扑翼滑翔飞行状态。

当穿戴者在空中扑翼飞行，多种类传感器包括：风力传感器、风速传感器、风向传感器、温度传感器、高度传感器、飞行速度传感器能够给智能头盔控制器提供相关扑翼飞行及环境参数信息；智能头盔控制器根据微计算处理器的计算处理后，则给主电机助力翼拍机构6、形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构7、尾翼舵机及传动机构4相关安全扑翼飞行参数调控指令，促使穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器35调整改变左翅膀和右翅膀飞行形态，实现自适应安全扑翼飞行。当智能头盔控制器根据微计算处理器的计算处理后，给出会对扑翼飞行安全极其不利的危险信息，能够通过无线通讯仪告知穿戴者，则穿戴者可以选择飞行降落或安全伞降装置9的其中一个工作模式。

当穿戴者选择飞行降落模式，穿戴者改变自己右踝关节角度，穿戴者右踝关节角度传感器20将穿戴者右踝关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；智能头盔控制器给第一舵机和第二舵机下达同时向右转动指令；尾翼舵机及传动机构4在杆件约束下将绕机身做下翘动作，扑翼飞行下降，并通过配合滑翔飞行，开启可折叠伸缩减振足轮36实现飞行安全着陆。

当穿戴者选择开启安全伞降装置9模式，智能头盔控制器指令降落伞弹出装置弹出降落伞，并同时快速指令左翅膀2和右翅膀3从平展伸平飞行状态转变为折叠收拢状态，实现安全伞降着陆。

穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器1将穿戴者关节角度变化信息、脑电波信息、多种类传感器信息与扑翼飞行指令信息相结合，采用多模态信息与智能头盔控制器相结合，通过主电机助力翼拍机构6、形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构7和尾翼舵机及传动机构4协同助力，完成穿戴者体验的各种复杂自适应折叠变形扑翼飞行。

在穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器35扑翼飞行过程中，穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器35的左翅膀2和右翅膀3在折叠变形扑翼飞行时，翅膀光伏发电膜将光伏发电电能传输给蓄电池，翅膀压电发电膜将大气气流产生的压电发电电能传输给蓄电池。根据需要也可以采用无线供电系统方式，运用无线供电谐振接收线圈接收地面站的无线供电，通过整流电路及器件，将无线供电电能传输给蓄电池；蓄电池将电能输送给主电机助力翼拍机构6、形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构7、第一舵机、第二舵机、全球定位系统、脑电波仪、无线通讯仪、传感器系统、可折叠伸缩减振足轮36、安全伞降装置9，以确保满足穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器35的各种需要用电装置的电能。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (10)

1.一种穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器，其特征在于，包括：穿戴式助力人体扑翼飞行机器人、左翅膀、右翅膀、尾翼舵机及传动机构、电源系统；所述穿戴式助力人体扑翼飞行机器人，包括：穿戴者头盔、穿戴者关节角度传感器、主电机助力翼拍机构、形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构、穿戴者扑翼飞行俯卧板、智能头盔控制器、传感器系列、全球定位系统、脑电波仪、无线通讯仪、可折叠伸缩减振足轮、安全伞降装置；所述穿戴者扑翼飞行俯卧板装配有主电机助力翼拍机构；所述主电机助力翼拍机构左侧连接左翅膀；所述主电机助力翼拍机构右侧连接右翅膀；所述穿戴者扑翼飞行俯卧板后部装配有尾翼舵机及传动机构；所述形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构装配在左翅膀和右翅膀上；所述形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构包括：形状记忆合金翅脉、控制电路及器件；所述穿戴者扑翼飞行俯卧板下方装配有自动可折叠伸缩减振足轮；所述穿戴者背部穿戴有安全伞降装置；所述智能头盔控制器、全球定位系统、脑电波仪、无线通讯仪均装配在穿戴者头盔中；所述全球定位系统、脑电波仪、无线通讯仪均与智能头盔控制器相连接；所述穿戴者头部佩戴穿戴者头盔，并俯卧在穿戴者扑翼飞行俯卧板上；所述穿戴者肩部与腰部采用自动穿戴安全带固定于穿戴者扑翼飞行俯卧板。

2.根据权利要求1所述的穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器，其特征在于，所述穿戴者关节角度传感器与智能头盔控制器相连接；所述智能头盔控制器与主电机助力翼拍机构、形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构和尾翼舵机及传动机构相连接；所述穿戴者关节角度传感器包括：穿戴者左肩关节角度传感器、穿戴者右肩关节角度传感器、穿戴者左肘关节角度传感器、穿戴者右肘关节角度传感器、穿戴者左膝关节角度传感器、穿戴者右膝关节角度传感器、穿戴者左踝关节角度传感器、穿戴者右踝关节角度传感器、穿戴者髋关节角度传感器。

3.根据权利要求1所述的穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器，其特征在于，所述左翅膀和右翅膀均包括：翅膀内段、翅膀外段；所述翅膀内段和翅膀外段均包括：翅脉、双发电多层功能膜；所述翅脉包括：前缘翅脉、侧支撑翅脉、发散型翅脉、连接翅脉；所述发散型翅脉分布于翅膀内段和翅膀外段中；所述连接翅脉采用形状记忆合金翅脉；所述前缘翅脉、侧支撑翅脉、发散型翅脉采用碳纤维材料，相互采用连接翅脉相连接；所述翅膀内段一端通过侧支撑翅脉与主电机助力翼拍机构一端采用连接翅脉相连接；所述翅膀内段另一端与翅膀外段之间采用连接翅脉相连接；所述双发电多层功能膜由前缘翅脉、侧支撑翅脉、发散型翅脉、连接翅脉共同支撑固定，构成左翅膀和右翅膀可控折叠变形结构。

4.根据权利要求3所述的穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器，其特征在于，所述双发电多层功能膜包括：翅膀光伏发电膜、翅膀压电发电膜和翅膀弹性基膜；所述翅膀弹性基膜上面是翅膀光伏发电膜，其翅膀光伏发电膜朝向太阳光的方向；所述翅膀弹性基膜下面是翅膀压电发电膜；所述翅膀光伏发电膜、翅膀压电发电膜和翅膀弹性基膜构成复合一体化结构。

5.根据权利要求1所述的穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器，其特征在于，所述主电机助力翼拍机构包括：主电机、可调速曲柄扑动机构；所述可调速曲柄扑动机构包括：可调速单曲柄扑动机构、可调速双曲柄扑动机构或可调速多曲柄扑动机构；所述可调速曲柄扑动机构通过连接翅脉与翅膀内段一端的侧支撑翅脉相连接；所述翅膀内段和翅膀外段通过形状记忆合金翅脉产生协同助力扑翼飞行效应，促使左翅膀和右翅膀共同完成各种复杂的自适应折叠变形扑翼飞行。

6.根据权利要求1所述的穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器，其特征在于，所述尾翼舵机及传动机构包括：尾翼、第一舵机、第二舵机、杆件机构、尾部转动机构球铰接；所述杆件机构包括：转向机构、升降机构和滑翔机构；所述第一舵机和第二舵机通过杆件机构与尾部转动机构球铰接相连接；所述穿戴者左踝关节角度传感器将穿戴者左踝关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；所述智能头盔控制器给第一舵机和第二舵机下达同时向左转动指令；所述尾翼在升降机构约束下将绕机身做上翘动作，扑翼飞行上升；所述穿戴者右踝关节角度传感器将穿戴者右踝关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；所述智能头盔控制器给第一舵机和第二舵机下达同时向右转动指令；所述尾翼在升降机构约束下将绕机身做下翘动作，扑翼飞行下降；所述穿戴者左膝关节角度传感器将穿戴者左膝关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；所述智能头盔控制器给第一舵机向左转动指令和第二舵机下达向右转动指令；所述尾翼在转向机构约束下将绕机身向左转动，扑翼飞行左转；所述穿戴者右膝关节角度传感器将穿戴者右膝关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；所述智能头盔控制器给第一舵机向右转动指令和第二舵机下达向左转动指令；所述尾翼在转向机构约束下将绕机身向右转动，扑翼飞行右转；所述穿戴者髋关节角度传感器将穿戴者髋关节角度变化信息传输给智能头盔控制器；所述智能头盔控制器下达扑翼滑翔飞行指令，其尾翼舵机及传动机构在滑翔机构约束下处于助力扑翼滑翔飞行状态。

7.根据权利要求1所述的穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器，其特征在于，所述电源系统包括：翅膀光伏发电膜、翅膀压电发电膜、无线供电系统、蓄电池；所述蓄电池和无线供电系统装配在穿戴者扑翼飞行俯卧板上；所述无线供电系统包括：无线供电谐振接收线圈、整流电路及器件；所述翅膀光伏发电膜、翅膀压电发电膜和无线供电系统通过智能头盔控制器控制与蓄电池相连接；所述蓄电池与主电机助力翼拍机构、形状记忆合金翅脉助力折叠变形机构、第一舵机、第二舵机、全球定位系统、脑电波仪、无线通讯仪、传感器系统、可折叠伸缩减振足轮、安全伞降装置相连接，并提供工作电源。

8.根据权利要求1所述的穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器，其特征在于，所述传感器系统的多种类传感器分别装配在穿戴者扑翼飞行俯卧板、左翅膀、右翅膀、尾翼舵机及传动机构上；所述传感器系统的多种类传感器系统包括：风力传感器、风速传感器、风向传感器、温度传感器、高度传感器、飞行速度传感器；所述智能头盔控制器包括：微计算处理器、微存储器；所述安全伞降装置包括：降落伞、降落伞弹出装置。

9.根据权利要求1所述的穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器，其特征在于，还包括助力起飞装置，所述助力起飞装置包括：磁悬浮助推升空起飞装置、汽车助推升空起飞装置或电动车助推升空起飞装置；所述磁悬浮助推升空起飞装置包括：承载滑撬、悬浮导向线圈、推进线圈、轨道短路线圈、三相直线电机绕组、轨道、地基；所述悬浮导向线圈装配在一个轨道上面；所述轨道短路线圈装配在另一个轨道上面；所述三相直线电机绕组装配在两个轨道之间上部，并接近承载滑撬；所述承载滑撬位于两个轨道上面；所述两个轨道固定于地基；所述承载滑撬承载起飞前的穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器。

10.根据权利要求1所述的穿戴式机器人助力人体扑翼飞行器，其特征在于，所述穿戴式助力人体扑翼飞行机器人中，装配在左翅膀和右翅膀的助力折叠变形机构，包括：电致伸缩翅脉助力折叠变形机构、电致变形翅脉助力折叠变形机构、液压致变形翅脉助力折叠变形机构或气动致变形翅脉助力折叠变形机构；所述电致伸缩翅脉助力折叠变形机构，包括：连接翅脉采用电致伸缩材料、伸缩折叠变形机构；所述电致变形翅脉助力折叠变形机构，包括：连接翅脉采用电致变形材料、电致折叠变形机构；所述液压致变形翅脉助力折叠变形机构，包括：连接翅脉采用液压致变形杆、微型液压缸、微型液压管、微型液压泵和液压致折叠变形机构；所述气动致变形翅脉助力折叠变形机构，包括：连接翅脉采用气动致变形杆、微型气压泵、微型气压管和气压致折叠变形机构。