CN108945430B - 一种扑动-折叠-主动扭转混合驱动的仿生扑翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扑动‑折叠‑主动扭转混合驱动的仿生扑翼飞行器，仿生扑翼飞行器包括机身本体、扑动机构、扭转机构、两侧机翼和尾翼机构，机身包括通过固定轴连接的前固定框和后固定框，前固定框上装有扑动传动齿轮，后固定框上装有扭转传动齿轮，传动齿轮通过传动装置与扑翼骨架相连。扑动电机启动时，扑动电机输出轴上的同步带轮转动，带动扑翼传动齿轮转动，实现机翼的扑动折叠运动。同理，扭转电机启动，实现机翼的扭转运动；尾翼传动机构固定在机身尾部，通过调节尾翼舵机实现飞行器的转向。整体飞行器包含两个电机，增加了飞行器的灵活性，提高了飞行效率，真实的模仿鸟类翅膀运动方式，能够实现多种飞行功能。

Description

一种扑动-折叠-主动扭转混合驱动的仿生扑翼飞行器

技术领域

本发明属于飞行器领域，涉及一种仿生扑翼飞行器技术领域，具体涉及一种扑动-折叠-主动扭转混合驱动的仿生扑翼飞行器。

背景技术

仿生扑翼飞行器是一种模仿鸟类和昆虫飞行，基于仿生学原理设计制造的新型飞行机器。仿生扑翼飞行器通常具有尺寸适中、便于携带、飞行灵活、隐蔽性好等特点，因此在民用和国防领域有十分重要而广泛的应用。

目前，研究的扑翼飞行器大多为单自由度机构，这类驱动方式结构简单、重量轻，实现的运动形式单一，飞行灵活性和稳定性无法与飞行生物相比。专利(CN106043692A)提供了一种集合扑翼挥拍、扭转、弯曲折叠的多自由度仿鸟扑翼飞行器，虽然能实现多自由度运动，但驱动件多，质量大，结构复杂，不易微型化。专利(CN105329443A)公开了一种结构简单、能够实现扑动和扭转两个自由度运动、飞行灵活和有效升力大的扑动-扭转耦合运动扑翼飞行器，但为了使其微型化，使用一个驱动原动件，不能同时实现多个运动形式，扑翼变形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，并且扑翼机的传动机构不够灵活，可以实现的运动模式固定，不能独立改变飞行过程中翅膀的扑动角度或扭转角，不能真实的模仿鸟类灵活的飞行姿态。

发明内容

本发明针对现有技术的以上缺陷或改进需求，考虑了扑翼形状变化和扑动角度之间的关系，提供了一种扑动-折叠-主动扭转混合驱动的仿生扑翼飞行器，其基于现有飞行器的工作特点，针对飞行器进行了研究和设计。通过控制蒙皮的柔性变形改善扑翼的气动性，使扑翼的运动更符合生物翅膀运动的形态和生物飞行的空气动力学原理，使之更接近鸟类翅膀柔性扑动的真实情况，从而提高了飞行器的承载能力和续航能力。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种扑动-折叠-主动扭转混合驱动的仿生扑翼飞行器，其特征在于：包括机身本体、扑动机构、扭转机构和位于机身本体两侧对称设置的机翼，以机身本体头部为前方，尾部为后方；

所述扑动机构包括扑动电机以及与两个机翼对应的曲柄齿轮一，两个曲柄齿轮一相互啮合且对称的安装在机身本体前端底部，其中一个曲柄齿轮一与扑动电机动力传动相连；

所述机翼包括连杆一、连杆二、连杆三、摇杆以及多个翼面支撑板，所述连杆一、连杆三、摇杆及连杆二首尾铰接相连组成四边形连杆机构，其中靠近机身本体一侧的连杆一向下延伸并在底部铰接在相应侧曲柄齿轮一的偏心处，位于顶部的连杆三中部通过转动副安装在机身本体前端顶部，远离机身本体的摇杆向下延伸作为翼面支撑板的支撑，其中至少一个翼面支撑板通过转动副安装在连杆三上，一个或多个翼面支撑板通过转动副安装在摇杆上，每个机翼上的所有翼面支撑板均通过蒙皮相连组成一个翅翼，扑动机构通过扑动电机驱动曲柄齿轮一旋转，曲柄齿轮一通过四连杆机构带动机翼扑动；

所述扭转机构有两个，分别用于驱动相应的机翼扭转运动，其包括曲柄齿轮二、扭转连杆一、扭转连杆二、扭转连杆三、连杆五、连接轴一、连接轴二和连接轴三，所述曲柄齿轮二安装在机身本体中部，所述扭转连杆一和扭转连杆二相互平行且均在前端通过转动副安装在连杆三上，连接轴一垂直的固定连接在扭转连杆一中部，连接轴一另外一端与扭转连杆二固定相连并向外伸出，且连接轴一至少穿过一个安装在连杆三上的翼面支撑板，其中靠近机身本体的扭转连杆一外伸端部通过球面副与连杆五顶端相连，连杆五下端通过球面副连接在曲柄齿轮二上偏心处，扭转连杆三一端通过转动副安装在摇杆上，另外一端设有与之垂直且固定相连的连接轴三，连接轴三至少穿过一个安装在摇杆上的翼面支撑板，连接轴三另一端设有与之通过球面副相连的连接轴二，连接轴二另一端与连接轴一外伸的端部通过球面副相连；两个扭转机构的曲柄齿轮二相互啮合安装，其中一个曲柄齿轮二通过扭转电机驱动旋转，曲柄齿轮二通过连杆五带动扭转连杆一上下摇动，扭转连杆通过连接轴一带动翼面支撑板及其上的蒙皮相对于连杆三上下摇动，从而改变机翼的攻角。

作为改进，所述机身本体包括前固定框、后固定框、机身板和电机固定机架，所述前固定框和后固定框为形状相同的四边形框架，两者顶部之间通过左右孔固定杆固定相连，底部之间通过电机固定机架固定相连，组成立体框架，机身板垂直贯穿前固定框和后固定框并与两者固定相连。

作为改进，所述扑动电机安装在电机固定机架前部，曲柄齿轮一通过齿轮安装轴安装在前固定框的底部两侧，扑动电机通过同步带结构与其中一个曲柄齿轮一动力传动相连。

作为改进，所述扭转电机安装在电机固定机架后部，曲柄齿轮二通过齿轮安装轴安装在后固定框的底部两侧，扭转电机通过同步带结构与其中一个曲柄齿轮二动力传动相连。

作为改进，所述连杆三、连杆二及安装在其上的翼面支撑板一起组成前段机翼，摇杆及安装在其上的翼面支撑板组成末端机翼，前段机翼的翼面支撑板上还设有供连杆二自由穿过的矩形孔，通过矩形孔限制该翼面支撑板相对于连杆三的旋转角度。

作为改进，所述机身板尾部设有尾翼机构，所述尾翼机构包括两个镜像对称的尾翼和调整尾翼倾斜角度的角度调整装置，每个尾翼均为前端小后端大的梯形平面结构，两个尾翼前端均销轴安装在机身板尾部，两个尾翼通过两个角度调整装置分别调整其与水平面的夹角。

作为改进，所述角度调整装置包括尾翼舵机、舵臂、尾翼连杆和尾翼摇杆，所述尾翼舵机通过舵机固定板安装在机身板尾部，尾翼舵机的输出轴与舵臂一端固定相连，舵臂另一端通过尾翼连杆与尾翼摇杆一端铰接相连，尾翼摇杆中部通过转动副安装在相应尾翼的销轴上，尾翼摇杆另一端与相应尾翼固定相连，尾翼舵机通过舵臂和尾翼连杆驱动相应的尾翼绕其销轴转动，实现尾翼上下角度调整。

作为改进，所述扑动电机和扭转电机均为可调整频率的伺服电机，所述立体框架底部设有用于支持整个机身本体的机身支撑杆。

作为改进，所述翼面支撑板均为前大后小的流线型结构，翼面支撑板本身上部为上凸弧形，下部为内凹弧形，使得蒙皮连接翼面支撑板组成的翅翼翼型为上凸下凹的外形，这样可以减小上扑的负升力，同时增大下扑的升力，通过设计调整五个翼面支撑板的尺寸和形状调节整个机翼形状。

作为改进，所述蒙皮为非金属织物蒙皮。

所述扑翼机构可以改变扑动电机和扭转电机的转速，能够改变扑动角度和扭转角度，扑翼采用多级杆件，使得翅膀在扑动过程中可以折叠展开，可以更好的增加升力和减小负升力；同时，扑翼在飞行方向通过扭转机构进行主动扭转，从而产生更大的升力和推力；所述扑翼飞行器呈左右对称结构，因此扑动有很好的对称性，在飞行中有很好的稳定性，扭转角的大小随着翅翼在上下扑动中所处的位置而有所变化，增加了飞行器的灵活性，提高了飞行效率，真实的模仿鸟类翅膀运动方式，能进行多飞行姿态调整。

整体仿生扑翼飞行器包含两个电机，增加了飞行器的灵活性，提高了飞行效率，真实模仿鸟类翅膀运动方式，能够实现多种飞行功能。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的一种扑动-折叠-主动扭转混合驱动的仿生扑翼飞行器主要具有以下有益效果：

1.所述整体飞行器包含两个电机，扑翼机构可以改变扑动电机和扭转电机的转速，能够改变扑动角度和扭转角度，扑翼采用多级杆件，使得翅膀在扑动过程中可以折叠展开，扑翼弯曲折叠使扑翼上扑时受力面积减小阻力更小，下扑时翼展面积最大，同时，扑翼在飞行方向通过扭转机构进行主动扭转，从而产生更大的升力和推力；所述扑翼飞行器呈左右对称结构，因此扑动有很好的对称性，在飞行中有很好的稳定性，扭转角的大小随着翅翼在上下扑动中所处的位置而有所变化，增加了飞行器的灵活性，提高了飞行效率，真实模仿鸟类翅膀运动方式，能进行多飞行姿态调整。

2.所述五个翼面支撑板均为前大后小的流线型结构，翼型采用上凸下凹的外形，这样可以减小上扑的负升力，同时增大下扑的升力；所述五个翼面支撑板上固定有蒙皮，通过五个翼面支撑板的尺寸和形状调节整个机翼形状，整机制造成本低，体积小，质量轻，方便携带。

3.所述一种扑动-折叠-主动扭转混合驱动的仿生扑翼飞行器，适用于生化探测与环境监测、灾难搜救、低空侦察、通信中继与信号干扰等民用和国防领域。

附图说明

图1是本发明较佳实施方式提供的扑动-折叠-主动扭转混合驱动的仿生扑翼飞行器的结构示意图；

图2是图1中的扑动-折叠-主动扭转混合驱动的仿生扑翼飞行器的机身本体示意图；

图3是图1中的扑动-折叠-主动扭转混合驱动的仿生扑翼飞行器的扑动机构结构示意图；

图4是图1中的扑动-折叠-主动扭转混合驱动的仿生扑翼飞行器的扭转机构结构示意图。

图5是扑动-折叠-主动扭转混合驱动的仿生扑翼飞行器的扑动机构同步带轮二和扭转机构同步带轮四和第二转轴示意图，其中图5(a)为图4中局部放大图B，图5(b)为图3中局部放大图A。

图6是图1中的扑动-折叠-主动扭转混合驱动的仿生扑翼飞行器的机翼机构示意图。

图7是图1中的扑动-折叠-主动扭转混合驱动的仿生扑翼飞行器的尾翼机构结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-机身本体，101-前固定框，102-左右孔固定杆，103-后固定框，104-舵机固定板，105-齿轮安装轴，106-机身支撑杆，107-电机固定架，108-机身板，2-扑动机构，201-扑动电机，202-连杆一，203-连杆三，204-摇杆，205-连杆二，206-第一转轴，207-曲柄齿轮一，208-同步带一，209-同步带轮一，210-同步带轮二，3-扭转机构，301-扭转电机，302-同步带轮三，303-同步带二，304-曲柄齿轮二，305-第二转轴，306-连杆五，307-连接轴一，308-连接轴二，309-扭转连杆三，310-连接轴三，311-扭转连杆二，312-扭转连杆一，313-同步带轮四，4-尾翼机构，401-左尾翼，402-右尾翼，403-销轴，404-尾翼连杆，405-舵臂，406-尾翼舵机，407-尾翼摇杆，5-机翼，501-第一翼面支撑板，502-前段机翼，503-第二翼面支撑板，504-末段机翼，505-第五翼面支撑板，506-第四翼面支撑板，507-第三翼面支撑板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1至图7，本发明较佳实施方式提供的一种扑动-折叠-主动扭转混合驱动的仿生扑翼飞行器，整机制造成本低，体积小，质量轻，方便携带。所述仿生扑翼飞行器呈左右对称结构，因此扑动有很好的对称性，整体飞行器包含两个电机，扑翼机构可以改变扑动电机和扭转电机的转速，能够改变扑动角度和扭转角度，扑翼采用多级杆件，使得翅膀在扑动过程中可以折叠展开，所述五个翼面支撑板均为前大后小的流线型结构，翼型采用上凸下凹的外形，增大了飞行时的升力，增加了飞行器的灵活性，提高了飞行效率，真实模仿鸟类翅膀运动方式，能进行多飞行姿态调整。适用于生化探测与环境监测、灾难搜救、低空侦察、通信中继与信号干扰等民用和国防领域。

为了便于说明，下面以机身本体头部为前方，尾部为后方，背对机身头部的左侧为左方，前后方向为纵向，左右方向为横向；定义整个仿生扑翼飞行器的前后左右方向，需要指出的是该方向只是便于说明的相对方向，并不代表对本发明技术方案的限定。

如图1所示，所述仿生扑翼飞行器包括机身本体1、扑动机构2、扭转机构3、两侧机翼5和尾翼机构4，机身本体1包括通过左右孔固定杆连接的前固定框101和后固定框103，所述前固定框101和后固定框103为形状相同的四边形框架，两者顶部之间通过左右孔固定杆102固定相连，底部之间通过电机固定机架107固定相连，组成立体框架，前固定框101上装有用于扑动传动的曲柄齿轮一207，后固定框103上装有用于扭转传动的曲柄齿轮二304，曲柄齿轮一207和曲柄齿轮二304分别通过相应的动力机构驱动转动。扑动电机201启动时，扑动电机201输出轴上的同步带轮一209转动，带动曲柄齿轮一207转动，实现机翼的扑动折叠运动。同理，扭转电机301启动，实现机翼的扭转运动；尾翼机构4固定在机身本体1尾部，通过尾翼舵机406调节尾翼的上下角度实现飞行器的转向。

如图2所示，所述机身本体1包括前固定框101、后固定框103、机身板108、电机固定机架107、舵机固定板104、左右孔固定杆102、四根齿轮安装轴105及三根机身支撑杆106；机身板108沿前后方向设置；前后固定框为形状相同的四边形框架，前固定框101和后固定框103的顶部两个角分别设有一个左右孔，底部两个角分别设有下部孔，电机固定机架107镂空设计；机身板108依次贯穿前固定框101和后固定框103，前固定框101与后固定框103平行对称设置，并且前固定框101和后固定框103和电机固定架107垂直设置；两根左右孔固定杆102分别贯穿设置在前固定框101和后固定框103的左右孔中；四根齿轮安装轴105贯穿设置在前固定框101和后固定框103的下部孔中；

如图3、图5(a)和图6所示，所述机翼5包括连杆一202、连杆二205、连杆三203、摇杆204以及五个翼面支撑板，所述连杆三203、连杆二205及安装在其上的第一翼面支撑板501、第二翼面支撑板503一起组成前段机翼502，摇杆204和安装在其上的第三翼面支撑板507、第四翼面支撑板506及第五翼面支撑板505组成末端机翼504。两个机翼5对称设置在所述机身板108左右两侧，所述扑动机构2包括设置在所述电机固定架107上的扑动电机201、同步带轮一209、同步带一208、第一转轴206、同步带轮二210和曲柄齿轮一207；所述扑动电机201安装在机身本体1中部的电机固定架107上，同步带轮一209固定安装在扑动电机201的输出轴上，第一转轴206安装在机身前固定框101下部孔中，第一转轴206靠近前固定框101处装有同步带轮二210，同步带轮二210通过同步带一208与同步带轮一209连接，第一转轴206靠近前固定框101正前方装有曲柄齿轮一207，两个曲柄齿轮一207大小和齿数均相同，右边的曲柄齿轮一207和左边的曲柄齿轮一207的中心孔分别固定在两根齿轮安装轴105的前端，其中安装左边的曲柄齿轮一207的齿轮安装轴105与第一转轴206同轴固定相连，也可以为一体结构；下面以机身本体1左边的机翼为例说明，所述连杆一202下端铰接在左边的曲柄齿轮一207上的偏心处，连杆一202随左边的曲柄齿轮一207圆周运动上下摆动；连杆一202中间连接孔与连杆二205的一端相铰接，连杆一202的顶端设有通过铰接相连的连杆三203，连杆三203中间连接孔铰接在机翼固定架上(安装在前固定框101左边的左右孔固定杆102上)，连杆三203的另一端设有铰接相连的摇杆204，摇杆204的中部连接孔与连杆二205的另一端铰接在一起，翼面支撑板与连杆三203及连杆二205方向垂直设置，连杆三203从第一翼面支撑板501、第二翼面支撑板503中部圆孔穿过，第一翼面支撑板501和第二翼面支撑板503前部通过转动副安装在连杆三203上，第一翼面支撑板501和第二翼面支撑板503在连杆三203上沿其长度方向位置相对固定，第一翼面支撑板501的前段安装在连杆三203靠近机身本体1一端；所述第二翼面支撑板503平行设置在第一翼面支撑板501的外侧，连杆二205从第一翼面支撑板501、第二翼面支撑板503底部矩形孔自由穿过，摇杆204外伸端依次从第三翼面支撑板507、第四翼面支撑板506和第五翼面支撑板505中部圆孔穿过，即第三翼面支撑板507、第四翼面支撑板506和第五翼面支撑板505也通过转动副安装在摇杆204上，且在摇杆204长度方向相对位置固定，第三翼面支撑板507的前部安装在摇杆204的靠近机身本体1一端处，所述第四翼面支撑板506、第五翼面支撑板505平行设置在第三翼面支撑板507的外侧；右侧机翼与左侧机翼完全相同，相对于机身板108左右对称；两个机翼的曲柄齿轮一207相互啮合传动，其中左侧机翼5的的曲柄齿轮一207通过同步带与扑动电机201动力传动驱动；

如图4、图5(b)和图6所示，所述扭转机构3有两个，分别用于驱动相应的机翼5扭转运动，两个扭转机构3对称分布在机身本体1左右两侧，右侧扭转机构3的曲柄齿轮二304和左侧扭转机构3的曲柄齿轮二304啮合连接安装，两个扭转机构3对称设置在机身板108的左右两侧，用于改变扑翼的攻角，下面以机身本体1右侧的扭转机构3为例说明：所述扭转机构3包括设置在所述电机固定架107上的扭转电机301、同步带轮三302、同步带二303、第二转轴305、同步带轮四313、曲柄齿轮二304、连杆五306、扭转连杆一312、扭转连杆二311、扭转连杆三309、连接轴一307、连接轴二308及连接轴三310；所述扭转电机301安装在机身本体1中部的电机固定架107后部，同步带轮三302安装在扭转电机301的输出轴上，第二转轴305安装在机身后固定框103下部孔中，第二转轴305靠近后固定框103处装有同步带轮四313，同步带轮四313通过同步带二303与同步带轮三302连接，在靠近后固定框103正后方装有曲柄齿轮二304，两个曲柄齿轮二304的大小和齿数均相同，左边的曲柄齿轮二304和右边的曲柄齿轮二304的中心孔分别固定在后固定框103底部左右两根齿轮安装轴105的前端，其中第二转轴305与机身本体1右侧的齿轮安装轴105同轴固定相连，也可以为一体结构；所述连杆五306下端通过球面副连接在曲柄齿轮二304上的偏心处，连杆五306随曲柄齿轮二304进行圆周运动而上下摆动；所述连杆五306顶端与扭转连杆一312的外端通过球面副连接，扭转连杆一312的另一端通过转动副安装在连杆三203上靠近机身本体1一端(也可以为铰接相连)，扭转连杆二311一端与连杆三203远离机身本体1一端处铰接相连(或者转动副)，扭转连杆三309一端铰接在摇杆204上，所述扭转连杆二311平行设置在扭转连杆一312的外侧，扭转连杆一312、扭转连杆一311和扭转连杆三309近似相互平行设置，连接轴一307穿过扭转连杆一312、扭转连杆二311上的孔以及第一翼面支撑板501、第二翼面支撑板503中后部的孔而固定在扭转连杆一312上，连接轴三310依次贯穿扭转连杆三309上的孔及第三翼面支撑板507、第四翼面支撑板506、第五翼面支撑板505中后部的孔而固定在扭转连杆三309上，连接轴二308的两端分别与连接轴一307和连接轴三310的另一端通过球面副连接；扭转机构的两个曲柄齿轮二304相互啮合传动，其中右侧的曲柄齿轮二304通过同步带传动与扭转电机301动力传动相连；

如图7所示，所述尾翼机构4有两个且对称安装在机身板108尾部左右两侧，其由尾翼舵机406、舵臂405、尾翼连杆404、左尾翼401、右尾翼402、尾翼摇杆407和连接机身尾部的销轴403组成；尾翼是由镜像对称的左尾翼401和右尾翼402组成；尾翼的平面形状为梯形，下面以左尾翼401连接方式说明：左尾翼401通过销轴403安装在机身板108尾部，尾翼舵机406通过舵机固定板104安装在机身板108尾部，尾翼舵机406的输出轴与舵臂405前端固定相连，舵臂405后端与尾翼连杆404一端铰接相连，尾翼连杆404另一端与尾翼摇杆407一端铰接相连，尾翼摇杆407中部通过转动副安装在左尾翼401的销轴403上，尾翼摇杆407另一端与左尾翼401固定相连，尾翼舵机406通过舵臂405和尾翼连杆404驱动相应的左尾翼401绕其销轴403转动，实现尾翼上下角度调整，右边的尾翼机构4与左边完全一样，通过两个尾翼舵机406可以分别独立的调整左尾翼401和右尾翼402上下角度，从而实现对仿生扑翼飞行器方向调整。

本实施例中，左右两个曲柄齿轮一207为齿数相同的同步齿轮，左右两个曲柄齿轮二304也为齿数相同的同步齿轮。

上述五个翼面支撑板均为前大后小的流线型结构，翼型采用上凸下凹的外形，这样可以减小上扑的负升力，同时增大下扑的升力；每一侧五个翼面支撑板上均固定有蒙皮，五个翼面支撑板和其上的蒙皮一起组成了翅翼的外观结构，本实施例中蒙皮采用非金属织物蒙皮，按照现有技术中常规连接方式与每个翼面支撑板固定相连，具体可以为捆扎、卡扣固定或者胶黏等其他方式固定，通过五个翼面支撑板的尺寸和形状可以调节整个机翼(翅翼)形状。

本发明工作原理及过程，由于左右扑翼结构完全对称，因此在本实施例中先讨论单侧扑翼运动情况。首先启动扑动电机201，扑动电机201输出轴上的同步带轮一209转动，同步带轮一209通过同步带一208带动同步带轮二210转动，随后输入第一转轴206带动左边的曲柄齿轮一207转动，左边的曲柄齿轮一207带动连接在其偏心处的连杆一202转动(曲柄摇杆机构)，连杆一202的转动通过连杆二205、连杆三203、摇杆204组成的四边形连杆结构使得第一翼面支撑板501、第二翼面支撑板503、第三翼面支撑板507、第四翼面支撑板506以及第五翼面支撑板505在空间上下扑动，实现机翼5的扑动运动，对于右边的机翼，右边的曲柄齿轮一207与左边的曲柄齿轮一207采用齿轮啮合传递动力，右边的曲柄齿轮一207按照上述相同方式带动右边的机翼同步运动；本发明中的连杆二205、连杆三203转动，带动摇杆204转动，因连杆二205、连杆三203和摇杆204的转动角度不同，实现机翼4的折叠运动。与此同时，扭转电机301带动与之相连的同步带轮三302转动，同步带轮三302通过同步带二303带动同步带轮四313转动，随后输入第二转轴305带动右边的曲柄齿轮二304转动，右边的曲柄齿轮二304带动连接在其偏心处的连杆五306转动(曲柄摇杆机构)，连杆五306通过球面副带动扭转连杆一312上下往复摆动，扭转连杆一312通过连接轴一307、连接轴二308、连接轴三310带动扭转连杆二311、扭转连杆三309上下往复摆动，扭转连杆的上下往复摆动使得前段机翼的翼面支撑板绕连杆三203转动，末端机翼的翼面支撑板绕摇杆204转动，从而使得机翼5绕机翼中线转动，左边的曲柄齿轮二304通过与其啮合的右边的曲柄齿轮二304带动转动，并按照上述相同方式动作，带动左边的机翼扭转运动，通过上述空间连杆机构实现机翼的扭转运动，最终实现扑翼的复合运动。

本具体实施方式中的尾翼舵机406逆时针转动时，驱动尾翼舵机406输出轴上的舵臂405逆时针转动，舵臂405的逆时针转动通过尾翼连杆404拉着尾翼401向上转动，扑翼飞行器向上抬升；反之，同理。根据鸟类的生理结构，将扑翼飞行器的尾翼设计成柔性的。当飞行器运动时，会产生飞行阻力，当左边阻力较大时，左瓣尾翼401向左转动，扑翼飞行器向左转向；反之，同理。

本发明提供的扑动-折叠-主动扭转混合驱动的仿生扑翼飞行器，整机制造成本低，体积小，质量轻，方便携带。所述仿生扑翼飞行器呈左右对称结构，因此扑动有很好的对称性，整体飞行器包含两个电机，扑翼机构可以改变扑动电机和扭转电机的转速，能够改变扑动角度和扭转角度，扑翼采用多级杆件，使得翅膀在扑动过程中可以折叠展开，所述五个翼面支撑板均为前大后小的流线型结构，翼型采用上凸下凹的外形，这样可以减小上扑的负升力，同时增大下扑的升力；所述五个翼面支撑板上固定有蒙皮，通过五个翼面支撑板的尺寸和形状调节整个机翼形状，增大了飞行时的升力，增加了飞行器的灵活性，提高了飞行效率，真实模仿鸟类翅膀运动方式，能进行多飞行姿态调整。此飞行器适用于生化探测与环境监测、灾难搜救、低空侦察、通信中继与信号干扰等民用和国防领域。

本领域的技术人员容易理解，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种扑动-折叠-主动扭转混合驱动的仿生扑翼飞行器，其特征在于：包括机身本体、扑动机构、扭转机构和位于机身本体两侧对称设置的机翼，以机身本体头部为前方，尾部为后方；

所述扑动机构包括扑动电机以及与两个机翼对应的曲柄齿轮一，两个曲柄齿轮一相互啮合且对称的安装在机身本体前端底部，其中一个曲柄齿轮一与扑动电机动力传动相连；

所述机翼包括连杆一、连杆二、连杆三、摇杆以及多个翼面支撑板，所述连杆一、连杆三、摇杆及连杆二首尾铰接相连组成四边形连杆机构，其中靠近机身本体一侧的连杆一向下延伸并在底部铰接在相应侧曲柄齿轮一的偏心处，位于顶部的连杆三中部通过转动副安装在机身本体前端顶部，远离机身本体的摇杆向下延伸作为翼面支撑板的支撑，其中至少一个翼面支撑板通过转动副安装在连杆三上，一个或多个翼面支撑板通过转动副安装在摇杆上，每个机翼上的所有翼面支撑板均通过蒙皮相连组成一个翅翼，扑动机构通过扑动电机驱动曲柄齿轮一旋转，曲柄齿轮一通过四连杆机构带动机翼扑动；

所述扭转机构有两个，分别用于驱动相应的机翼扭转运动，其包括曲柄齿轮二、扭转连杆一、扭转连杆二、扭转连杆三、连杆五、连接轴一、连接轴二和连接轴三，所述曲柄齿轮二安装在机身本体中部，所述扭转连杆一和扭转连杆二相互平行且均在前端通过转动副安装在连杆三上，连接轴一垂直的固定连接在扭转连杆一中部，连接轴一另外一端与扭转连杆二固定相连并向外伸出，且连接轴一至少穿过一个安装在连杆三上的翼面支撑板，其中靠近机身本体的扭转连杆一外伸端部通过球面副与连杆五顶端相连，连杆五下端通过球面副连接在曲柄齿轮二上偏心处，扭转连杆三一端通过转动副安装在摇杆上，另外一端设有与之垂直且固定相连的连接轴三，连接轴三至少穿过一个安装在摇杆上的翼面支撑板，连接轴三另一端设有与之通过球面副相连的连接轴二，连接轴二另一端与连接轴一外伸的端部通过球面副相连；两个扭转机构的曲柄齿轮二相互啮合安装，其中一个曲柄齿轮二通过扭转电机驱动旋转，曲柄齿轮二通过连杆五带动扭转连杆一上下摇动，扭转连杆通过连接轴一带动翼面支撑板及其上的蒙皮相对于连杆三上下摇动，从而改变机翼的攻角。

2.如权利要求1所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于：所述机身本体包括前固定框、后固定框、机身板和电机固定机架，所述前固定框和后固定框为形状相同的四边形框架，两者顶部之间通过左右孔固定杆固定相连，底部之间通过电机固定机架固定相连，组成立体框架，机身板垂直贯穿前固定框和后固定框并与两者固定相连。

3.如权利要求2所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于：所述扑动电机安装在电机固定机架前部，曲柄齿轮一通过齿轮安装轴安装在前固定框的底部两侧，扑动电机通过同步带结构与其中一个曲柄齿轮一动力传动相连。

4.如权利要求3所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于：所述扭转电机安装在电机固定机架后部，曲柄齿轮二通过齿轮安装轴安装在后固定框的底部两侧，扭转电机通过同步带结构与其中一个曲柄齿轮二动力传动相连。

5.如权利要求2所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于：所述连杆三、连杆二及安装在其上的翼面支撑板一起组成前段机翼，摇杆及安装在其上的翼面支撑板组成末端机翼，前段机翼的翼面支撑板上还设有供连杆二自由穿过的矩形孔，通过矩形孔限制该翼面支撑板相对于连杆三的旋转角度。

6.如权利要求2所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于：所述机身板尾部设有尾翼机构，所述尾翼机构包括两个镜像对称的尾翼和调整尾翼倾斜角度的角度调整装置，每个尾翼均为前端小后端大的梯形平面结构，两个尾翼前端均销轴安装在机身板尾部，两个尾翼通过两个角度调整装置分别调整其与水平面的夹角。

7.如权利要求6所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于：所述角度调整装置包括尾翼舵机、舵臂、尾翼连杆和尾翼摇杆，所述尾翼舵机通过舵机固定板安装在机身板尾部，尾翼舵机的输出轴与舵臂一端固定相连，舵臂另一端通过尾翼连杆与尾翼摇杆一端铰接相连，尾翼摇杆中部通过转动副安装在相应尾翼的销轴上，尾翼摇杆另一端与相应尾翼固定相连，尾翼舵机通过舵臂和尾翼连杆驱动相应的尾翼绕其销轴转动，实现尾翼上下角度调整。

8.如权利要求4所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于：所述扑动电机和扭转电机均为可调整频率的伺服电机，所述立体框架底部设有用于支持整个机身本体的机身支撑杆。

9.如权利要求1至8任意一项所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于：所述翼面支撑板均为前大后小的流线型结构，翼面支撑板本身上部为上凸弧形，下部为内凹弧形，使得蒙皮连接翼面支撑板组成的翅翼翼型为上凸下凹的外形。

10.如权利要求1至8任意一项所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于：所述蒙皮为非金属织物蒙皮。

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