CN112124581B - 飞行控制装置及飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞行控制装置及飞行器，飞行控制装置包括机架、根梁、第一驱动部及第二驱动部，第一驱动部包括第一驱动件及第一摆动体，第一驱动件用于带动第一摆动体在第一摆动平面内摆动，第二驱动部包括第二驱动件及第二摆动体，根梁穿设于第一与第二限位槽内，第二驱动件用于带动第二摆动体在第二摆动平面内摆动，第一摆动平面与第二限位槽的延伸方向平行，第二摆动平面与第一限位槽的延伸方向平行。本发明通过第一驱动部与第二驱动部驱动根梁在不同摆动平面内摆动，从而使扑翼的扑动平面发生变化，使飞行器能够进行多自由度的运动，呈现不同的飞行姿态；并且能够对根梁不同摆动平面内的摆动进行避位，从而提高飞行器的飞行稳定性。

Description

飞行控制装置及飞行器

技术领域

本发明涉及仿生机器人技术领域，尤其是涉及一种飞行控制装置及飞行器。

背景技术

扑翼飞行器具有能量利用率高、灵活机动型腔的特点，能够应用于军事侦察、抢险救灾、野外探索等领域内，常见的仿生扑翼飞行器使用飞行控制机构来控制翼片根梁的摆动，以实现飞行器在空间中多自由度的转动，使飞行器能够以不同姿态在空间中飞行。

为实现多自由度控制，需要设置多个驱动部件对翼片根梁进行驱动，传统飞行器的结构设计不合理，各驱动部件之间存在干涉，导致飞行器的不同驱动部件之间不能独立运动，影响飞行器的飞行稳定性。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种飞行控制装置，使飞行器进行多自由度飞行，并提高了飞行器的飞行稳定性。

本发明还提出一种包含上述飞行控制装置的飞行器。

第一方面，本发明的一个实施例提供了一种飞行控制装置，包括：

机架；

根梁，设置有两个，对称连接于所述机架上且能够相对所述机架转动，所述根梁连接有扑翼；

第一驱动部，设置有两个，对称连接于所述机架上，每一所述第一驱动部均连接一个所述根梁，所述第一驱动部包括第一驱动件及第一摆动体，所述第一摆动体具有第一限位槽，所述根梁穿设于所述第一限位槽内，所述第一驱动件用于带动所述第一摆动体在第一摆动平面内摆动；

第二驱动部，安装于所述机架上，包括第二驱动件及第二摆动体，所述第二摆动体包括两个对称设置的第二限位槽，所述根梁穿设于所述第二限位槽内，所述第二驱动件用于带动所述第二摆动体在第二摆动平面内摆动，所述第一摆动平面与所述第二限位槽的延伸方向平行，所述第二摆动平面与所述第一限位槽的延伸方向平行。

本发明实施例中的飞行控制装置至少具有如下有益效果：

本发明实施例中的飞行控制装置通过第一驱动部与第二驱动部驱动根梁在不同摆动平面内摆动，从而使扑翼的扑动平面发生变化，使飞行器能够进行多自由度的运动，呈现不同的飞行姿态；并且第一限位槽与第二限位槽在带动根梁摆动的同时，能够对根梁不同摆动平面内的摆动进行避位，避免根梁不同方向上的运动相互干涉，从而提高飞行器的飞行稳定性。

根据本发明的另一些实施例的飞行控制装置，所述第一驱动部还包括连接杆，所述连接杆的两端分别与所述第一驱动件、所述第一摆动体连接。

根据本发明的另一些实施例的飞行控制装置，所述第二驱动部还包括安装架，所述安装架与所述机架固连，所述安装架上设置有第一滑槽，所述第二摆动体嵌入所述第一滑槽内，并能够在所述第一滑槽内移动。

根据本发明的另一些实施例的飞行控制装置，所述第二驱动部还包括第一连接件，所述第一连接件的一端与所述第二驱动件连接，所述第一连接件的另一端连接所述第二摆动体，所述第一连接件用于带动所述第二摆动体摆动。

根据本发明的另一些实施例的飞行控制装置，所述第二摆动体中心开设有第二滑槽，所述第一连接件的端部设置有连接轴，所述连接轴伸入所述第二滑槽内，所述连接轴能够在所述第二滑槽内移动。

根据本发明的另一些实施例的飞行控制装置，所述第二驱动部还包括第二连接件，所述连接轴穿过所述第二滑槽与所述第二连接件连接，所述第二连接件与所述安装架转动连接。

根据本发明的另一些实施例的飞行控制装置，所述根梁的端部与所述机架通过球铰连接。

根据本发明的另一些实施例的飞行控制装置，所述第一限位槽与所述第二限位槽的中心连线形成安装线，所述根梁的中心线能够与所述安装线重合。

根据本发明的另一些实施例的飞行控制装置，所述机架包括第一盖板与第二盖板，所述第一盖板与第二盖板之间形成安装空间，所述第一驱动部、所述第二驱动部置于所述安装空间内。

第二方面，本发明的一个实施例提供了一种飞行器，包括：

上述的飞行控制装置；

扑翼驱动装置，安装于所述机架上，与所述扑翼连接，用于带动所述扑翼扑动。

本发明实施例中的飞行器至少具有如下有益效果:

本发明实施例中的扑翼驱动装置安装于机架上，扑翼驱动装置与扑翼连接，扑翼驱动装置用于驱动扑翼进行扑动，通过飞行控制装置对根梁的驱动使扑翼的扑动平面发生变化，以实现飞行器在空间内的多自由度转动。

附图说明

图1是本发明飞行控制装置一个实施例的结构示意图；

图2是图1隐藏部分机架后的结构示意图；

图3是本发明第一驱动部一个实施例的结构示意图；

图4是本发明第二驱动部一个实施例的结构示意图；

图5是图4在第二摆动体处的剖视图；

图6是本发明扑翼驱动装置一个实施例的结构示意图；

图7是本发明飞行器一个实施例的结构示意图。

附图标记说明：

机架100，第一盖板110，第二盖板120；

根梁200；

第一驱动部300，第一驱动件310，第一摆动体320，第一限位槽321，连接杆330；

第二驱动部400，第二驱动件410，第二摆动体420，第二限位槽421，第二滑槽422，安装架430，第一滑槽431，第一连接件440，连接轴441，第二连接件450；

扑翼驱动装置500；

扑翼600，辅助梁610；

支撑架700。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明实施例的描述中，如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。在本发明实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

参照图1与图2，本实施例中的飞行控制装置包括机架100、根梁200、第一驱动部300及第二驱动部400，机架100为其他部件提供安装空间，根梁200与扑翼连接，根梁200运动时能够实现扑翼运动平面的变化，进而改变飞行器的运动姿态，第一驱动部300与第二驱动部400用于带动根梁200沿不同方向相对机架100进行转动，以使飞行器在空间内进行多自由度的运动。

具体的，根梁200设置有两个，两根根梁200对称连接于机架100上，根梁200能够相对机架100进行转动，根梁200上连接扑翼，设置两个对称的扑翼用于模仿飞鸟的翅膀；第一驱动部300设置有两个，两个第一驱动部300对称安装于机架100上，每一第一驱动部300均连接根梁200，第一驱动部300包括第一驱动件310及第一摆动体320，第一驱动件310与第一摆动体320连接，并用于驱动第一摆动体320进行摆动，第一摆动体320具有第一限位槽321，根梁200穿设于第一限位槽321内，第一摆动体320在第一驱动件310的驱动下摆动时，根梁200受第一限位槽321的槽壁的推动在第一摆动平面内摆动；第二驱动部400安装于机架100上，第二驱动部400包括第二驱动件410及第二摆动体420，第二驱动件410与第二摆动体420连接，并用于驱动第二摆动体420摆动，第二摆动体420包括两个对称设置的第二限位槽421，两根根梁200分别穿入第二限位槽421内，第二摆动体420在第二驱动件410的驱动下摆动时，根梁200受第二限位槽421的槽壁的推动在第二摆动平面内摆动；并且，第一摆动平面与第二限位槽421的延伸方向平行，第二摆动平面与第一限位槽321的延伸方向平行，因此，第一摆动体320摆动时，第二限位槽421对第一摆动体320的摆动进行避位，第二限位槽421为第一摆动体320提供活动空间，第一限位槽321对第二摆动体420的摆动进行避位，第一限位槽321为第二摆动体420提供活动空间，从而使根梁200不同方向的摆动相互独立，互不干涉。

本实施例中的飞行控制装置通过第一驱动部300与第二驱动部400驱动根梁200在不同摆动平面内摆动，从而使扑翼的扑动平面发生变化，使飞行器能够进行多自由度的运动，呈现不同的飞行姿态；并且第一限位槽321与第二限位槽421在带动根梁200摆动的同时，能够对根梁200不同摆动平面内的摆动进行避位，避免根梁200不同方向上的运动相互干涉，从而提高飞行器的飞行稳定性。

另外，需要说明的是，本实施例中的第一摆动平面是指XZ平面，第二摆动平面是指YZ平面，第一限位槽321沿Y轴方向延伸，第二限位槽421沿X轴方向延伸，两个摆动平面相互垂直，互不干涉。第一驱动部300中的两个第一驱动件310沿相同方向驱动第一摆动体320摆动时，两根根梁200在XZ平面内沿同一方向摆动，实现飞行器的俯仰控制；第一驱动部300中的两个第一驱动件310沿相反方向驱动第一摆动体320摆动时，两个根梁200在XZ平面内沿相反方向摆动，实现飞行器的偏航控制；第二驱动件410带动第二摆动体420摆动时，两根根梁200同时在YZ平面内沿同一方向摆动，实现飞行器的滚转控制。从而，通过第一驱动部300、第二驱动部400对根梁200的驱动，实现了根梁200空间内三个自由度的转动，使飞行器能够进行俯仰、偏航、滚转运动，实现了飞行器的多姿态飞行。

另外，需要说明的是，在飞行器处于静置初始状态时，位于机架100同侧的第一限位槽321的中心与第二限位槽421的中心均位于Z轴内，将第一限位槽321的中心与第二限位槽421的中心所形成的连线定义为安装线，根梁200处于初始状态时，根梁200的轴线同样与Z轴平行，因此根梁200的轴线与安装线重合。从而，根梁200能够在第一摆动体320、第二摆动体420的驱动下快速进行摆动，提高根梁200的响应速度。

本实施例中，为配合根梁200不同方向的转动，本实施例中的根梁200顶部与机架100之间通过球副210连接，支持根梁200能够同时在不同转动平面转动。当然，根梁200也可通过其他方式与机架100连接，如万向节等。

参照图3，本实施例中，第一驱动部300还包括连接杆330，连接杆330用于将第一驱动件310的动力传递至第一摆动体320，连接杆330的一端与第一驱动件310紧配合，连接杆330的另一端与第一摆动体320转动连接；连接杆330能够在第一驱动件310的驱动下摆动，使连接杆330带动第一摆动体320在XZ平面内摆动，实现根梁200相对机架100在XZ平面内的摆动。两个第一驱动部300中的第一驱动件310可同时动作，驱动根梁200同向或反向摆动，以实现飞行器的俯仰或偏航。

第二驱动件410可以设置为气缸、电缸等部件，第二驱动件410可以直接与第二摆动体420连接，以实现第二摆动体420的往复平移。参照图4和图5，本实施例中的第二驱动部400包括安装架430，安装架430与与机架100固连，安装架430上设置有第一滑槽431，第二摆动体420嵌入第一滑槽431内，第二驱动件410对第二摆动体420进行驱动时，第二摆动体420能够在第一滑槽431内滑动；通过设置第一滑槽431，使第一滑槽431对第二摆动体420进行限位，第二滑槽422沿Y轴方向延伸，根梁200在第二限位槽421的带动下在XZ平面内摆动，从而提高根梁200摆动的稳定性。

另外，第二摆动体420为对称结构，安装架430上设置有两个第一滑槽431，两个第一滑槽431分别对第二摆动体420的两侧进行限位，使第二摆动体420摆动时两端保持平衡。

本实施例中，第二驱动部400还包括第一连接件440，第一连接件440的一端与第二驱动件410连接，第一连接件440的另一端连接第二摆动体420，第一连接件440在第二驱动件410的驱动下，带动第二摆动体420摆动，使根梁200在XZ平面内摆动，实现飞行器的滚转。

第二摆动体420的中心开设有第二滑槽422，第一连接件440的端部设置有连接轴441，连接轴441伸入第二滑槽422内，第一连接件440的另一端与第二驱动件410固连，第一连接件440受第二驱动件410的驱动基于二者的连接处进行转动，并带动连接轴441进行转动，连接轴441转动的同时在第二滑槽422内滑动，并推动第二滑槽422的壁面，使第二摆动体420沿第一滑槽431进行平移。因第二滑槽422位于第二摆动体420的中心处，能够使连接于第二摆动体420两侧的根梁200的运动对称，从而提高根梁200摆动的稳定性。

另外，本实施例中的第二驱动部400还包括第二连接件450，连接轴441穿过第二滑槽422后与第二连接件450固连，第二连接件450远离连接轴441的一端与安装架430转动连接，连接轴441运动时能够带动第二连接件450绕其与安装架430的连接处转动；通过设置第二连接件450，使第二连接件450与第一连接件形成供第二摆动体420安装的空间，并能够防止第二摆动体420沿连接轴441的轴线方向窜动，第一连接件与第二连接件450能够与连接轴441同时运动，使第二摆动体420的往复平移更为平稳，从而使飞行器能够平稳切换不同飞行姿态。

参照图1，本实施例中的机架100包括第一盖板110与第二盖板120，第一盖板110与第二盖板120可通过螺纹紧固件实现固定连接，第一盖板110与第二盖板120之间形成安装空间，第二驱动件410位于第二盖板120的中心处，两个第一驱动件310、第一驱动部300及第二驱动部400位于第一盖板110与第二盖板120之间，使飞行控制装置的结构连接更为紧凑，提高飞行器飞行的灵活性。

参照图6与图7，本发明还提供了一种飞行器，该飞行器包括上述的飞行控制装置，还包括扑翼驱动装置500，扑翼驱动装置500安装于机架100上，扑翼驱动装置500与扑翼600连接，扑翼驱动装置500用于驱动扑翼600进行扑动，通过飞行控制装置对根梁200的驱动使扑翼600的扑动平面发生变化，以实现飞行器在空间内的多自由度转动。

扑翼600上还设置有多根辅助梁610，辅助梁610呈分散式分布，以提高扑翼600的结构强度，保证扑翼600扑动时的结构稳定性。

本实施例中的轴类部件可通过碳钢轴切割而成，使部件之间的转动连接具有较高的结构强度；与扑翼600连接的梁类部件，如根梁200、辅助梁610等，可使用碳纤维棒切割而成；机架100、安装架430等安装、连接类部件可通过3D打印成型。

机架100的底部还设有支撑架700，该支撑架700可平衡飞行控制装置的重量，使飞行器在飞行时整体保持平衡，并且在飞行器静止时，对飞行控制装置进行支撑。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (5)

1.飞行控制装置，其特征在于，包括：

机架；

根梁，设置有两个，对称连接于所述机架上且能够相对所述机架转动，每个所述根梁连接有扑翼，所述根梁的端部与机架通过球铰连接；

第一驱动部，设置有两个，对称连接于所述机架上，每一所述第一驱动部均连接一个所述根梁，所述第一驱动部包括第一驱动件及第一摆动体，所述第一摆动体具有第一限位槽，所述根梁穿设于所述第一限位槽内，所述第一驱动件用于带动所述第一摆动体在第一摆动平面内摆动；

第二驱动部，安装于所述机架上，包括第二驱动件、第二摆动体、安装架、第一连接件与第二连接件，所述第二摆动体包括两个对称设置的第二限位槽，所述根梁穿设于所述第二限位槽内，所述第二驱动件用于带动所述第二摆动体在第二摆动平面内摆动，所述第一摆动平面与所述第二限位槽的延伸方向平行，所述第二摆动平面与所述第一限位槽的延伸方向平行，所述安装架与所述机架固连，所述安装架上设置有两个第一滑槽，所述第二摆动体嵌入所述第一滑槽内，并能够在所述第一滑槽内移动，所述第二摆动体的中心开设有第二滑槽，所述第一连接件的一端与所述第二驱动件连接，所述第一连接件的另一端设置有连接轴，所述连接轴穿过所述第二滑槽与所述第二连接件连接，所述连接轴能够在所述第二滑槽内移动，所述第二连接件与所述安装架转动连接。

2.根据权利要求1所述的飞行控制装置，其特征在于，所述第一驱动部还包括连接杆，所述连接杆的两端分别与所述第一驱动件、所述第一摆动体连接。

3.根据权利要求1所述的飞行控制装置，其特征在于，所述第一限位槽与所述第二限位槽的中心连线形成安装线，所述根梁的中心线能够与所述安装线重合。

4.根据权利要求1所述的飞行控制装置，其特征在于，所述机架包括第一盖板与第二盖板，所述第一盖板与第二盖板之间形成安装空间，所述第一驱动部、所述第二驱动部置于所述安装空间内。

5.飞行器，其特征在于，包括：

如权利要求1至4任一项所述的飞行控制装置；

扑翼驱动装置，安装于所述机架上，与所述扑翼连接，用于带动所述扑翼扑动。

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