CN110065630A - 一种仿生扑翼飞行机器人 - Google Patents

Abstract

一种仿生扑翼飞行机器人，包括：机身模组、机翼模组、尾翼模组、前缘连接组件、后缘连接组件以及动力传动模组；本发明的仿生扑翼飞行机器人中，机翼模组对称设置在机身模组的左、右两侧，尾翼模组连接在机身模组的尾部；还包括均能够连接机身模组和机翼模组的前缘连接组件和后缘连接组件；动力传动模组包括的驱动装置通过驱动前缘连接组件能够带动机翼模组相对机身模组扑动。以上各结构彼此间相对独立，从生产制造、装配、拆卸、维护、零件更换的产品全周期来说，各时期的操作更容易实现，产品的生产和维护成本降低，更有利于本发明的仿生扑翼飞行机器人的量产和普及。

Description

一种仿生扑翼飞行机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种仿生扑翼飞行机器人。

背景技术

扑翼飞行机器人是基于仿生学原理设计制造的一款新型飞行机器人，相较于传统的固定翼飞行机器人、旋翼飞行机器人，扑翼飞行机器人对自然界中鸟类的仿生程度最高，机动性能好，并且对起飞场地的要求低。

但是，现有的扑翼飞行机器人，大多为一体结构，零部件间的连接关系复杂、整体结构也复杂，导致该款仿生飞行机器人从生产制造到后期维护均有较高的操作难度，生产成本和维修成本居高不下，最终影响该款机型的量产和普及。

发明内容

本发明为了降低仿生扑翼飞行机器人从生产制造和后期维护的操作难度，降低该款机器人成本使其易于量产和普及，提出了一种仿生扑翼飞行机器人。

一种仿生扑翼飞行机器人，包括：机身模组，机翼模组，尾翼模组和动力传动模组，所述机翼模组对称设置在所述机身模组的左、右两侧，所述尾翼模组连接在所述机身模组的尾部；还包括前缘连接组件和后缘连接组件，所述前缘连接组件和所述后缘连接组件均能够连接所述机翼模组和所述机身模组，所述动力传动模组包括的驱动装置通过驱动所述前缘连接组件能够带动所述机翼模组相对所述机身模组扑动。

在一种优选的实施方式中，所述机身模组包括机身主板，所述机翼模组包括前缘梁、后缘梁和第一面材，所述前缘梁、所述后缘梁支撑所述第一面材；所述前缘连接组件连接所述前缘梁和所述机身主板，所述后缘连接组件连接所述后缘梁和所述机身主板。

在一种优选的实施方式中，所述前缘连接组件包括前摆杆座和前摆杆，所述前摆杆的一端与所述前摆杆座铰接，另一端与所述前缘梁固定连接；所述前摆杆座能够与所述机身主板固定连接。

在一种优选的实施方式中，所述后缘连接组件包括后摆杆座和后摆杆，所述后摆杆的一端与所述后摆杆座铰接，另一端与所述后缘梁固定连接；所述后摆杆座能够与所述机身主板固定连接。

在一种优选的实施方式中，所述动力传动模组还包括旋转电机、减速齿轮组、曲柄以及连杆组件，所述连杆组件包括中间连杆和能够分别固定连接在所述中间连杆两端的鱼眼拉杆，两个所述鱼眼拉杆所在的平面互相垂直；所述驱动装置驱动所述旋转电机，所述旋转电机带动所述减速齿轮组转动，所述减速齿轮组的末端输出齿轮的转动中心轴通过所述曲柄与一个所述鱼眼拉杆连接，另一个所述鱼眼拉杆与所述前缘连接组件固定连接。

在一种优选的实施方式中，还包括外壳模组，所述外壳模组包括左右对称的左身壳和右身壳，所述左身壳、所述右身壳的相对的端面固定连接时，所述外壳模组形成腔体结构，所述机身主板、所述前缘连接组件、所述后缘连接组件以及所述传动连接模组均固定设置在所述外壳模组的腔体结构内。

在一种优选的实施方式中，所述外壳模组还包括仿生头部，所述仿生头部与所述左身壳、所述右身壳固定连接；所述外壳模组的外形呈流线型。

在一种优选的实施方式中，所述机身模组还包括翼型板，所述翼型板所在的平面与所述机身主板所在的平面平行，所述翼型板固定设置在所述机身主板的上方。

在一种优选的实施方式中，所述尾翼模组包括与所述机身模组的尾部固定连接的尾翼支架，还包括设置在所述尾翼支架上的俯仰舵机、横滚舵机、尾翼骨架以及由所述尾翼骨架支撑的第二面材；所述尾翼骨架能够在所述俯仰舵机的作用下带动所述第二面材上、下运动，还能在所述横滚舵机的作用下带动所述第二面材左、右运动；所述驱动装置能够驱动所述俯仰舵机和所述横滚舵机。

在一种优选的实施方式中，所述前缘梁包括靠近所述机身模组的横杆和远离所述机身模组的斜杆，所述横杆与所述斜杆通过第一连接件固定连接；所述后缘梁与所述斜杆通过第二连接件固定连接；所述第一面材上还设置有若干翼肋杆，所述翼肋杆与所述前缘梁、所述后缘梁在交叉点处固定连接。

本发明的有益效果是：

本发明的仿生扑翼飞行机器人中，设置有机身模组、机翼模组、尾翼模组、前缘连接组件、后缘连接组件以及动力传动模组；其中，机翼模组对称设置在机身模组的左、右两侧，尾翼模组连接在机身模组的尾部；还包括均能够连接机身模组和机翼模组的前缘连接组件和后缘连接组件；动力传动模组包括的驱动装置通过驱动前缘连接组件能够带动机翼模组相对机身模组扑动。以上各结构彼此间相对独立，从生产制造、装配、拆卸、维护、零件更换的产品全周期来说，各时期的操作更容易实现，产品的生产和维护成本降低，更有利于本发明的仿生扑翼飞行机器人的量产和普及。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的结构示意图；

图2是图1实施例去除机翼模组、外壳模组和第二面材的结构示意图；

图3是本发明中的机身主板的一个实施例的结构示意图；

图4是图2实施例去除部分结构的示意图；

图5是图4另一角度的示意图；

图6是本发明中前缘连接组件和部分动力传动模组的一个实施例的结构示意图；

图7是图6另一角度的示意图；

图8是本发明中的外壳模组的一个实施例的部分结构示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的，除非另有说明。

此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

图1是本发明的一个实施例的结构示意图，图2是图1实施例去除机翼模组、外壳模组和第二面材的结构示意图，图3是本发明中的机身主板的一个实施例的结构示意图，图4是图2实施例去除部分结构的示意图，图5是图4另一角度的示意图，图6是本发明中前缘连接组件和部分动力传动模组的一个实施例的结构示意图，图7是图6另一角度的示意图，图8是本发明中的外壳模组的一个实施例的部分结构示意图；参照图1至图8：

本发明的仿生扑翼飞行机器人，包括机身模组、机翼模组、尾翼模组、动力传动模组、前缘连接组件和后缘连接组件，其中：

机翼模组对称设置在所述机身模组的左、右两侧，尾翼模组连接在机身模组的尾部，前缘连接组件和后缘连接组件均能够连接机翼模组和机身模组，动力传动模组包括的驱动装置通过驱动前缘连接组件能够带动机翼模组相对机身模组扑动。

以上各结构彼此之间相对独立，从生产制造、装配、拆卸、维护、零件更换的产品全周期来说，各时期的操作更容易实现，产品的生产和维护成本降低，更有利于本发明的仿生扑翼飞行机器人的量产和普及。本发明中，尤其是前缘连接组件、后缘连接组件以及动力传动模组，容易疲劳受损，将以上各部分作为单独的模块，可以很方便地实现拆卸操作，进行维护或更换后，再将其装配，整个操作过程方便快捷，并且分模块的维护和检修，效率更高，成本更低。

在图1至图8所示的实施例中，优选地，设置机身模组包括机身主板1，优选地，机身主板1为薄型的碳纤维板，轻质、可靠；同时机翼模组包括前缘梁2、后缘梁3和第一面材4，第一面材4由前缘梁2和后缘梁3支撑(展开)，第一面材4可选用常见的风筝布料；前缘连接组件通过连接前缘梁2和机身主板1，实现对机翼模组和机身模组的连接，后缘连接组件通过连接后缘梁3和机身主板1，实现对机翼模组和机身模组的连接。

此处，优选地，可以设置前缘连接组件包括前摆杆座5和前摆杆6，其中，前摆杆6的一端与前摆杆座5铰接，另一端与前缘梁2固定连接；同时，前摆杆座5能够与机身主板1固定连接，当前摆杆座5与机身主板1固定连接时，前缘梁2与机身主板1通过前缘连接组件连接。

在此基础上，优选地，设置后缘连接组件包括后摆杆座7和后摆杆8，其中，后摆杆8的一端与后摆杆座7铰接，另一端与后缘梁3固定连接；同时，后摆杆座7能够与机身主板1固定连接，当后摆杆座7与机身主板1固定连接时，后缘梁3与机身主板1通过后缘连接组件连接。

以上实施例以简单结构实现了机翼模组和机身模组的连接，实现难度小，维护方便。

本发明中，除驱动装置9，动力传动模组还包括旋转电机10、减速齿轮组、曲柄11以及连杆组件。以上结构中，驱动装置9向旋转电机10供能，驱动装置9可选用电池；旋转电机10能够带动减速齿轮组转动，减速齿轮组的末端输出齿轮的转动中心轴通过曲柄11与连杆组件连接；此处，连杆组件包括中间连杆12和分别能够固定连接在中间连杆12两端的鱼眼拉杆13，两个鱼眼拉杆13所在的平面互相垂直；其中一个鱼眼拉杆13与曲柄11连接，另一个鱼眼拉杆13与前摆杆6连接，此时，通过曲柄11和连杆组件组成的曲柄摇杆，可以将减速齿轮组的末端输出齿轮的转动中心轴的旋转运动，转化为前摆杆6的上、下扑动，前摆杆6在上、下扑动时牵扯第一面材4，使第一面材4带动后摆杆8上、下扑动，进而实现了机翼模组的上、下扑动。鱼眼拉杆13的设置，可以防止连杆组件在曲柄11、前摆杆6间传动时出现憋死的情况，结构可靠、灵活。

此处设置减速齿轮组，是为了调节旋转电机10与前摆杆6的运动速比，防止前摆杆6扑动过快，使前摆杆6的扑动速度保持在一个相对稳定、适宜的区间内，使机翼模组的扑动速度稳定、适中。

进一步地，可以设置此处的减速齿轮组为二级减速齿轮组，二级减速齿轮组中齿轮的转动中心轴安装在相对设置的两块壁板14上，二级减速齿轮包括一组相对啮合的第一小齿轮15、第一大齿轮16，还包括一组相对啮合的第二小齿轮17、第二大齿轮18，第一大齿轮16与第二小齿轮17同轴安装；第一小齿轮15作为首端输入齿轮，其转动中心轴与旋转电机10的输出轴固定连接，第二大齿轮17作为末端输出齿轮，其转动中心轴与曲柄11固定连接。二级减速齿轮组可以将传动比分配至每一组相对啮合的齿轮，以减小传动齿轮的大小，使动力传动模组的结构更加紧凑。此处，优选地，还可以将壁板14设定为鱼形板，以减小结构的重量，同时增加其线条流畅程度。一般地，减速齿轮组的齿轮所在的平面与机身主板1所在的平面平行，以减小本发明的扑翼飞行机器人的横向面积，获得更好的气动性能。可以设置壁板14与机身主板1固定连接，也就是动力传功模组固定安装在机身模组上。

本发明中，在图1、图8所示的实施例中，优选地，还设置有外壳模组，外壳模组包括相互对称的左身壳19和右身壳20，左身壳19和右身壳20通过相对的端面固定连接时，外壳模组形成腔体结构，本发明中的机身主板1、前缘连接组件、后缘连接组件以及传动连接模组均固定设置在外壳模组的腔体结构内，不会相对外壳模组晃动。此处，外壳模组对其腔体内部的结构起保护作用，尤其在降落时外壳模组可起到缓冲作用，延长整个仿生扑翼飞行器的使用寿命。优选地，左身壳19和右身壳20的相对的端面上设置有能够相互配合的定位孔和定位柱，使左身壳19和右身壳20在连接时准确、方便。更优选地，外壳模组的材设定为EPO材料，能够进一步减缓本发明的飞行机器人在落地时受到的冲击。

在以上结构的基础上，还可以设置外壳模组还包括仿生头部21，仿生头部21与左身壳19、右身壳20固定连接；整个外壳模组的外形呈流线型，气动性能良好。

本发明中，如图2、图4、图5所示，除机身主板1以外，机身模组还包括翼型板22，翼型板22所在的平面与机身主板1所在的平面平行，翼型板22固定设置在机身主板1的上方，理想状态下，翼型板22所在的平面与机身主板1所在的平面重合，二者位于同一平面内。翼型板22的设置，增强了机身模组的强度，使机身主板1不容易受力弯折、产生形变甚至损伤。翼型板22位于第一面材4的下方，对上方的第一面材4支承、张紧，优化第一面材4的稳定性和气动性能，同时，可以在翼型板22上设置定位点，通过定位点固定连接第一面材4，进一步提高第一面材4的稳定性。

本发明中，如图2、图4、图5所示，优选地，除机身主板1以外，机身模组还包括置物板23，置物板23与机身主板1固定连接，可以将驱动装置9装载的置物板23上，再或者，还可以设置用于控制本发明的仿生扑翼飞行机器人的飞行状态的飞控系统、用于反馈本发明的仿生扑翼飞行机器人飞行状态的姿态传感器，将飞控系统和/或姿态传感器装载在置物板24上。以上结构使本发明的仿生扑翼飞行机器人所占的空间得到合理利用，使其具有一定的载荷能力。

本发明中的尾翼模组，如图1至图8所述的实施例，优选地，尾翼模组包括尾翼支架24、俯仰舵机、横滚舵机、尾翼骨架25和第二面材26，第二面材26可选用常见的风筝布料；此处，尾翼支架24与机身模组的尾部固定连接，更具体地，尾翼支架24与机身模组的机身主板1的尾部固定连接，尾翼支架24上固定设置尾翼骨架25和俯仰舵机、横滚舵机，尾翼骨架25撑起第二面材26，此处的俯仰舵机、横滚舵机为飞行机器人领域的公知结构，不再作图示和具体结构描述；尾翼骨架24能够在俯仰舵机的作用下带动第二面材26上、下运动，还能在横滚舵机的作用下带动第二面材26左、右运动；驱动装置9能够驱动俯仰舵机和横滚舵机。优选地，第二面材23的尾部呈波浪形，以优化整个尾翼模组的气动性能。

本发明中的机翼模组，如图1所示，前缘梁2包括靠近机身模组的横杆201和远离机身模组的斜杆202，横杆201与斜杆202通过第一连接件27固定连接；后缘梁3与斜杆202通过第二连接件28固定连接。优选地，第一面材4上还设置有若干翼肋杆29，翼肋杆29在与前缘梁2、后缘梁3交叉点固定连接。如此，可以提高机翼模组的强度，使机翼模组更为稳固。优选地，前缘梁2、后缘梁3和翼肋杆29，其材质都可以选用碳纤维材料，轻质、可靠；

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种仿生扑翼飞行机器人，其特征在于，包括：机身模组，机翼模组，尾翼模组和动力传动模组，所述机翼模组对称设置在所述机身模组的左、右两侧，所述尾翼模组连接在所述机身模组的尾部；还包括前缘连接组件和后缘连接组件，所述前缘连接组件和所述后缘连接组件均能够连接所述机翼模组和所述机身模组，所述动力传动模组包括的驱动装置通过驱动所述前缘连接组件能够带动所述机翼模组相对所述机身模组扑动。

2.根据权利要求1所述的仿生扑翼飞行机器人，其特征在于：所述机身模组包括机身主板，所述机翼模组包括前缘梁、后缘梁和第一面材，所述前缘梁、所述后缘梁支撑所述第一面材；所述前缘连接组件连接所述前缘梁和所述机身主板，所述后缘连接组件连接所述后缘梁和所述机身主板。

3.根据权利要求2所述的仿生扑翼飞行机器人，其特征在于：所述前缘连接组件包括前摆杆座和前摆杆，所述前摆杆的一端与所述前摆杆座铰接，另一端与所述前缘梁固定连接；所述前摆杆座能够与所述机身主板固定连接。

4.根据权利要求3所述的仿生扑翼飞行机器人，其特征在于：所述后缘连接组件包括后摆杆座和后摆杆，所述后摆杆的一端与所述后摆杆座铰接，另一端与所述后缘梁固定连接；所述后摆杆座能够与所述机身主板固定连接。

5.根据权利要求1所述的仿生扑翼飞行机器人，其特征在于：所述动力传动模组还包括旋转电机、减速齿轮组、曲柄以及连杆组件，所述连杆组件包括中间连杆和能够分别固定连接在所述中间连杆两端的鱼眼拉杆，两个所述鱼眼拉杆所在的平面互相垂直；所述驱动装置驱动所述旋转电机，所述旋转电机带动所述减速齿轮组转动，所述减速齿轮组的末端输出齿轮的转动中心轴通过所述曲柄与一个所述鱼眼拉杆连接，另一个所述鱼眼拉杆与所述前缘连接组件固定连接。

6.根据权利要求2所述的仿生扑翼飞行机器人，其特征在于：还包括外壳模组，所述外壳模组包括左右对称的左身壳和右身壳，所述左身壳、所述右身壳的相对的端面固定连接时，所述外壳模组形成腔体结构，所述机身主板、所述前缘连接组件、所述后缘连接组件以及所述传动连接模组均固定设置在所述外壳模组的腔体结构内。

7.根据权利要求6所述的仿生扑翼飞行机器人，其特征在于：所述外壳模组还包括仿生头部，所述仿生头部与所述左身壳、所述右身壳固定连接；所述外壳模组的外形呈流线型。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的仿生扑翼飞行机器人，其特征在于：所述机身模组还包括翼型板，所述翼型板所在的平面与所述机身主板所在的平面平行，所述翼型板固定设置在所述机身主板的上方。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的仿生扑翼飞行机器人，其特征在于：所述尾翼模组包括与所述机身模组的尾部固定连接的尾翼支架，还包括设置在所述尾翼支架上的俯仰舵机、横滚舵机、尾翼骨架以及由所述尾翼骨架支撑的第二面材；所述尾翼骨架能够在所述俯仰舵机的作用下带动所述第二面材上、下运动，还能在所述横滚舵机的作用下带动所述第二面材左、右运动；所述驱动装置能够驱动所述俯仰舵机和所述横滚舵机。

10.根据权利要求2至4中任一项所述的仿生扑翼飞行机器人，其特征在于：所述前缘梁包括靠近所述机身模组的横杆和远离所述机身模组的斜杆，所述横杆与所述斜杆通过第一连接件固定连接；所述后缘梁与所述斜杆通过第二连接件固定连接；所述第一面材上还设置有若干翼肋杆，所述翼肋杆与所述前缘梁、所述后缘梁在交叉点处固定连接。