CN114750943A - 一种扑翼折翼机械鸟 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种仿生机械鸟领域，具体为一种扑翼折翼机械鸟搭载平台设备，是针对机械鸟搭载平台在飞行时，易出现功耗较大、不易操控、不方便携带收纳等缺陷所提出，扑翼折翼机械鸟搭载平台设备包括双折叠机翼运动机构、襟翼舵面运动机构、尾翼运动机构、仿生机身、机身肋板，通过仿生鸟类飞行时的状态和仿形结构设计，可通过折翼时减小阻力面来实现减小功耗，可通过控制尾翼来实现灵活的控制机械鸟设备。

Description

一种扑翼折翼机械鸟

技术领域

本发明涉及一种仿生机械鸟领域，具体为一种扑翼折翼机械鸟。

背景技术

市面上现有的机械鸟设备，大多不能够折叠式携带，且飞行姿态较难控制，本设备折叠式携带，且具备原理简单操控容易等突出的技术创新，现有机械鸟设备大部分只从仿生角度做技术参照，其实用价值较低，本设备扑翼折翼采用双凸不对称翼型，使其在飞行和滑行时能够具备一定的升力，且在折翼的过程中翼根部分的襟翼舵面跟随联动，进一步的减小的风阻时飞行时的相对高度得到一定的保障，现有的机械鸟飞行姿态较难控制，本设备通过调整尾翼的运动状态来控制机械鸟的飞行姿态，且在调整尾翼运动状态时设备还能够自动调整重心位置，使运动状态得到一定的放大，既尾翼小幅运动可调整较大的飞行的升力角或者阻力角，本专利还创新性的采用了双折翼的技术方案，即进一步的仿生了鸟类的飞行姿态，并结合空气动力学进一步的优化了飞行姿态中阻力和升力的应用。

发明内容

本发明克服了机械鸟搭载平台在飞行时，易出现功耗较大、不易操控、不方便携带收纳等缺陷，提供了一种扑翼折翼机械鸟，该设备在飞行的过程中，通过仿生鸟类飞行时的状态和仿形结构设计，可通过折翼时减小阻力面来实现减小功耗，可通过控制尾翼来实现灵活的控制机械鸟设备。

本发明采用的技术方案在于；所述仿生扑翼折翼机械鸟包括双折叠机翼运动机构、襟翼舵面运动机构、尾翼运动机构、机身、机身肋板，所述的机身上设有双折叠机翼运动机构，所述的双折叠机翼运动机构还通过机身肋板与机身连接，双折叠机翼运动机构通过机翼根部旋转和机翼翼尖部分旋转来实现模拟鸟类飞行运动的作用。

所述的双折叠机翼运动机构上设有襟翼舵面运动机构，所述的襟翼舵面运动机构还通过机身肋板与机身连接，襟翼舵面运动机构通过以双折叠机翼运动机构上的限位轴为中心旋转来实现减小阻力或者增大升力的作用。

所述的机身上设有尾翼运动机构，所述的尾翼运动机构还通过机身肋板与机身连接，尾翼运动机构通过旋转尾翼来实现调整机械鸟方向的作用，尾翼运动机构还用过调整尾翼上下倾转来实现调整机械鸟俯仰姿态的调整。

进一步的，所述双折叠机翼运动机构包括机翼蒙皮、柔性材质折叠连接面、翼根、翼肋、支撑梁、舵面连接转轴、摇臂轴、旋转板、杠杆摇臂、连杆a、双侧球轴连杆、带座轴承a、带座带限位轴承、带限位块转轴、扭力弹簧、带座轴承b、弹簧限制柱，摇臂轴上设置有动力源能够旋转，摇臂轴安装在机身肋板上并与其转动连接，摇臂轴与杠杆摇臂与一个带座轴承a构成一个杠杆机构，此机构中杠杆摇臂上的转轴为支点，杠杆摇臂与双侧球轴连杆与连杆a构成一个三连杆机构，三连杆机构的另一端与带座轴承a转动连接，一个柔性材质折叠连接面分别设置在机翼蒙皮中间，另一个设置在翼根位置，机翼蒙皮内设置有三个翼肋、三个支撑梁、一个固定肋，舵面连接转轴与一侧翼肋转动连接，另一侧与旋转翼肋转动连接，带座带限位轴承、带限位块转轴、扭力弹簧、带座轴承b、弹簧限制柱构成一套单向限位机构，扭力弹簧限位于带座轴承b与弹簧限制柱，带限位块转轴上设置有动力源能够旋转，带限位块转轴与弹簧限制柱固定连接。

进一步的，所述襟翼舵面运动机构包括带槽凸轮、双侧摇臂、摇臂单侧限位板、滑槽、双侧球轴承摇臂a、带座轴承c、旋转舵面，带槽凸轮与摇臂轴固定连接，双侧摇臂的一端在带槽凸轮内滑动，另一端在摇臂单侧限位板与滑槽上滑动，滑槽与双侧球轴承摇臂a构成一套杠杆机构能够拨动带座轴承c上下运动，既双侧球轴承摇臂a的一端与带座轴承c发生轴承连接关系并通过带座轴承c带动旋转翼肋以舵面连接转轴为轴旋转，摇臂单侧限位板布置在机身肋板上，旋转舵面与舵面连接转轴通过粘接剂粘接在一起。

进一步的，所述尾翼运动机构包括舵机、舵机摇臂、双侧球轴承摇臂b、尾翼旋转拉环、旋转圆环、旋转圆环限位块、俯仰调整轴、俯仰舵机、舵机摇臂b、单侧球轴承二连杆机构、滑槽配重块滑动机构、双侧球轴承三连杆机构、尾翼拨块、尾翼，舵机布置在机身底部，舵机通过舵机摇臂带动尾翼旋转拉环旋转，尾翼旋转拉环一端与双侧球轴承摇臂b另一端与旋转圆环固定连接，旋转圆环在旋转圆环限位块限制下可带动俯仰调整轴旋转，俯仰舵机通过连接板安装在机身肋板上，舵机摇臂b在旋转时可给两侧的连杆机构输入动力，单侧球轴承二连杆机构跟随舵机摇臂b运动时可拉动或者推动滑槽配重块滑动机构上的滑块滑动，单侧球轴承二连杆机构上的矩形槽布置在机身肋板上以限制单侧球轴承二连杆机构的运动轨迹，同理双侧球轴承三连杆机构上的矩形槽固定在肋板上以限制双侧球轴承三连杆机构的运动轨迹，既双侧球轴承三连杆机构跟随舵机摇臂b运动时可推动或者拉动尾翼拨块以俯仰调整轴为轴旋转，既俯仰调整轴与旋转圆环转动连接，滑槽配重块滑动机构布置在两个机身肋板之间，尾翼布置在机身尾部，且与其发生摩擦连接关系。

优选地，所述柔性材质折叠连接面材质为可发生一定弹性形变的高分子复合材料，在折翼的过程中可发生两个方向的扭转，使两段机翼蒙皮与翼根连接在一起，并在折叠时产生对应的流线性折叠面，减少飞行时产生较大涡流的现象。

优选地，所述双折叠机翼运动机构对称布局，两个摇臂轴上都布置有伺服电机，可同时反向旋转，并通过控制两个伺服电机转速来控制机械鸟飞行时的稳定性，两个带限位块转轴上都布置有伺服电机，可同时反向旋转，在跟随翼根部分折叠时受惯性影响自身发生甩动，使伺服电机带动其旋转时所输出的扭力大大减小。

优选地，所述双折叠机翼运动机构中的机翼蒙皮横向切面为双凸不对称翼型，上弧面凸起程度较大，在飞行时利用形成升力正迎角，且不易出现涡流影响飞行状态。

优选地，所述机身上侧比较平顺下侧流线凸起较为明显，在飞行时机身下侧会形成较大的阻力面，在反作用力的作用下，会是机械鸟获得较大的向上推力，既向上高度控制的难度。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供了一种明显区别与市面上的双折翼扑翼机械鸟的可飞行的仿生机械鸟，创造性的采用了双折翼来提供主要飞行动力源，利用控制尾翼运动来实现飞行时的俯仰、滚转、偏航等运动姿态，具有方便收纳，可控性能高，运动灵活等优点。

2、本发明在双折翼运动的过程时创新性的实现了折翼与襟翼舵面联动，在有效减小飞行阻力还控制了飞行时的俯仰姿态的稳定性。

3、本发明通过一种双连杆机构来实现尾翼的旋转，在此基础上还通过一组三连杆机构实现了尾翼俯仰倾转，还能够通过调整尾翼俯仰倾转状态还控制机械鸟的重心位置得到调整，此过程产生的实际效果时放大了尾翼俯仰对机械鸟飞机姿态的调整，使机械鸟的可控性能大大提高。

4、本发明在通过仿生鸟类飞行的姿态和空气动力学结合，利用双凸不对称翼型的折翼与下凸式机身，使飞行时的升力大大提高，使支撑飞行的能耗减少。

附图说明

下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。

图1为本发明一种扑翼折翼机械鸟的整体结构示意图一。

图2为本发明一种扑翼折翼机械鸟的整体结构示意图二。

图3为本发明一种扑翼折翼机械鸟的双折叠机翼运动机构的结构示意图一。

图4为本发明一种扑翼折翼机械鸟的双折叠机翼运动机构的结构示意图二。

图5为本发明一种扑翼折翼机械鸟的双折叠机翼运动机构的结构示意图三。

图6为本发明一种扑翼折翼机械鸟的双折叠机翼运动机构的结构示意图四。

图7为本发明一种扑翼折翼机械鸟的襟翼舵面运动机构的结构示意图一。

图8为本发明一种扑翼折翼机械鸟的襟翼舵面运动机构的结构示意图二。

图9为本发明一种扑翼折翼机械鸟的襟翼舵面运动机构的结构示意图三。

图10为本发明一种扑翼折翼机械鸟的尾翼运动机构的结构示意图一。

图11为本发明一种扑翼折翼机械鸟的尾翼运动机构的结构示意图二。

图12为本发明一种扑翼折翼机械鸟的尾翼运动机构的结构示意图三。

图中：1双折叠机翼运动机构、1-1机翼蒙皮、1-2柔性材质折叠连接面、1-3翼根、1-4翼肋、1-5支撑梁、1-6舵面连接转轴、1-7摇臂轴、1-8旋转板、1-9杠杆摇臂、1-10连杆a、1-11双侧球轴连杆、1-12带座轴承a、1-13带座带限位轴承、1-14带限位块转轴、1-15扭力弹簧、1-16带座轴承b、1-17弹簧限制柱、18旋转翼肋、19固定肋、2襟翼舵面运动机构、2-1带槽凸轮、2-2双侧摇臂、2-3摇臂单侧限位板、2-4滑槽、2-5双侧球轴承摇臂a、2-6带座轴承c、2-7旋转舵面、3尾翼运动机构、3-1舵机、3-2舵机摇臂、3-3双侧球轴承摇臂b、3-4尾翼旋转拉环、3-5旋转圆环、3-6旋转圆环限位块、3-7俯仰调整轴、3-8俯仰舵机、3-9舵机摇臂b、3-10单侧球轴承二连杆机构、3-11滑槽配重块滑动机构、3-12双侧球轴承三连杆机构、3-13尾翼拨块、3-14尾翼、4机身、5机身肋板。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的标记表示相同或者相似的元件，尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但非特别指出，不必按比例绘制附图。

本文中术语“和”仅仅时一种描述关联对象的、关联关系，表示同时存在的两个或者多种组合，例如A和B，可以表示同时存在A和B。

实施例1

如图3、4、5、6所示，本发明涉及一种扑翼折翼机械鸟，该扑翼折翼机械鸟明显区别与现有水平的仿生机械鸟设备，采用双扑翼折翼且方案，极大的减小了折翼的阻力面，增大了扑翼时的反作用推力面，现有机械鸟大多数是单折翼，在运动时提供的有效动力较低。

设备能够仿生鸟类的飞行状态，使机械鸟机翼双折叠，所述双折叠机翼运动机构包括1-1机翼蒙皮、1-2柔性材质折叠连接面、1-3翼根、1-4翼肋、1-5支撑梁、1-6舵面连接转轴、1-7摇臂轴、1-8旋转板、1-9杠杆摇臂、1-10连杆a、1-11双侧球轴连杆、1-12带座轴承a、1-13带座带限位轴承、1-14带限位块转轴、1-15扭力弹簧、1-16带座轴承b、1-17弹簧限制柱、18旋转翼肋、19固定肋，其折翼部分翼型为双凸不对称翼型，1-7摇臂轴输入动力通过1-7摇臂轴与1-9杠杆摇臂与一个1-12带座轴承a构成一个杠杆机构与1-9杠杆摇臂与1-11双侧球轴连杆与1-10连杆a构成一个三连杆机构，杠杆机构与三连杆机构共同带动1-19固定肋旋转，此过程中使1-19固定肋的旋转时得到一定的相对位置限制，进一步的助益了扑翼折翼时的结构稳定性，1-19固定肋进一步带动1-1机翼蒙皮、1-2柔性材质折叠连接面翼肋、1-5支撑梁运动，此过程时实现了翼根部分的上下扑翼折翼，1-14带限位块转轴输入动力，在1-15扭力弹簧挤压1-16带座轴承b的作用下1-14带限位块转轴可带动1-16带座轴承b旋转，在扑翼折翼时1-16带座轴承b通过1-4翼肋、1-5支撑梁带动1-1机翼蒙皮向上或者向下运动，此过程中可实现仿生鸟类扑翼折翼的过程，且在扑翼折翼的过程中，受惯性的影响下带限位块转轴所要输入的扭力大大降低，并在扭力弹簧的作用下避免了风阻较大带限位块转轴旋转时旋转时撕裂机翼蒙皮的现象既过力保护，此过程实现了仿生鸟类双折翼扑翼的运动，使折翼时向上阻力大大减小，使扑翼时所作用力面增大，为机械鸟飞行提供了高效动力源。

实施例2

如图7、8、9所示，设备能够通过调整襟翼舵面的旋转方向来减小或者增大风阻，所述襟翼舵面运动机构包括2-1带槽凸轮、2-2双侧摇臂、2-3摇臂单侧限位板、2-4滑槽、2-5双侧球轴承摇臂a、2-6带座轴承c、2-7旋转舵面，在1-7摇臂轴运动时还带动2-1带槽凸轮运动，2-1带槽凸轮通过2-2双侧摇臂在2-3摇臂单侧限位板的限制下带动2-4滑槽运动，2-4滑槽与2-5双侧球轴承摇臂a构成一组杠杆，进一步带动2-6带座轴承转动，2-6带座轴承转动通过1-18旋转翼肋、1-6舵面连接转轴带动2-7旋转舵面运动，此过程中机械鸟折翼或者扑翼时旋转舵面正向或者反向旋转，可实现折翼时减小阻力面扑翼时增大阻力面，同时旋转舵面旋转本身对飞行助益，一定程度的增加了飞行时的灵活程度，对机械鸟的可控性能有着显著的提高。

实施例3

如图10、11、12所示，设备能够通过调整尾翼的旋转方向来控制机械鸟飞行时的方向，所述尾翼运动机构包括3-1舵机、3-2舵机摇臂、3-3双侧球轴承摇臂b、3-4尾翼旋转拉环、3-5旋转圆环、3-6旋转圆环限位块、3-7俯仰调整轴、3-8俯仰舵机、3-9舵机摇臂b、3-10单侧球轴承二连杆机构、3-11滑槽配重块滑动机构、3-12双侧球轴承三连杆机构、3-13尾翼拨块、3-14尾翼，3-1舵机通过3-2舵机摇臂、3-3双侧球轴承摇臂b带动3-4尾翼旋转拉环旋转，3-4尾翼旋转拉环旋转时通过3-5旋转圆环与3-7俯仰调整轴带动3-13尾翼拨块与3-14尾翼旋转，此过程可将尾翼旋转，可在机械鸟飞行时通过旋转尾翼来调整飞行方向。

实施例4

如图10、11、12所示，设备能够通过调整尾翼的俯仰倾转方向，来调整机械鸟飞行时的俯仰姿态，所述的3-8俯仰舵机与3-9舵机摇臂b通过3-12双侧球轴承三连杆机构带动3-13尾翼拨块与3-14尾翼倾转的同时还通过3-10单侧球轴承二连杆机构带动3-11滑槽配重块滑动机构上的滑块在滑槽中运动，此过程中尾翼的旋转与倾转完成了对机械鸟飞行的有效控制，且在倾转时完成的对机械鸟重心位置的调整，使飞行姿态在调整的过程中得以有效的放大，使机械鸟的可控性能大大提高。

当然，上述说明并非对发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种扑翼折翼机械鸟，其特征在于：所述仿生扑翼折翼机械鸟包括机身，所述的机身上设有双折叠机翼运动机构，所述的双折叠机翼运动机构还通过机身肋板与机身连接，双折叠机翼运动机构通过驱动杠杆机构和三连杆机构，使机翼根部旋转和机翼翼尖部分旋转来实现模拟鸟类飞行运动的作用。

2.根据权利要求1所述的一种扑翼折翼机械鸟，其特征在于：所述的双折叠机翼运动机构上设有襟翼舵面运动机构，所述的襟翼舵面运动机构还通过机身肋板与机身连接，襟翼舵面通过驱动带限位块转轴上的动力源，使双折叠机翼运动机构上的限位轴为中心旋转来实现减小阻力或者增大升力的作用。

3.根据权利要求1所述的一种扑翼折翼机械鸟，其特征在于：所述的机身上设有尾翼运动机构，所述的尾翼运动机构还通过机身肋板与机身连接，尾翼运动机构通过三连杆机构和二连杆机构，使旋转尾翼来实现调整机械鸟方向的作用，尾翼运动机构还用过调整尾翼上下倾转来实现调整机械鸟俯仰姿态的调整。

4.根据权利要求1所述的一种扑翼折翼机械鸟，其特征在于：所述双折叠机翼运动机构包括机翼蒙皮、柔性材质折叠连接面、翼根、翼肋、支撑梁、舵面连接转轴、摇臂轴、旋转板、杠杆摇臂、连杆a、双侧球轴连杆、带座轴承a、带座带限位轴承、带限位块转轴、扭力弹簧、带座轴承b、弹簧限制柱，摇臂轴上设置有动力源能够旋转，摇臂轴安装在机身肋板上并与其转动连接，摇臂轴与杠杆摇臂与一个带座轴承a构成一个杠杆机构，此机构中杠杆摇臂上的转轴为支点，杠杆摇臂与双侧球轴连杆与连杆a构成一个三连杆机构，三连杆机构的另一端与带座轴承a转动连接，一个柔性材质折叠连接面分别设置在机翼蒙皮中间，另一个设置在翼根位置，机翼蒙皮内设置有三个翼肋、三个支撑梁、一个固定肋，舵面连接转轴与一侧翼肋转动连接，另一侧与旋转翼肋转动连接，带座带限位轴承、带限位块转轴、扭力弹簧、带座轴承b、弹簧限制柱构成一套单向限位机构，扭力弹簧限位于带座轴承b与弹簧限制柱，带限位块转轴上设置有动力源能够旋转，带限位块转轴与弹簧限制柱固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种扑翼折翼机械鸟，其特征在于：所述襟翼舵面运动机构包括带槽凸轮、双侧摇臂、摇臂单侧限位板、滑槽、双侧球轴承摇臂a、带座轴承c、旋转舵面，带槽凸轮与摇臂轴固定连接，双侧摇臂的一端在带槽凸轮内滑动，另一端在摇臂单侧限位板与滑槽上滑动，滑槽与双侧球轴承摇臂a构成一套杠杆机构能够拨动带座轴承c上下运动，既双侧球轴承摇臂a的一端与带座轴承c发生轴承连接关系并通过带座轴承c带动旋转翼肋以舵面连接转轴为轴旋转，摇臂单侧限位板布置在机身肋板上，旋转舵面与舵面连接转轴通过粘接剂粘接在一起。

6.根据权利要求1所述的一种扑翼折翼机械鸟，其特征在于：所述尾翼运动机构包括舵机、舵机摇臂、双侧球轴承摇臂b、尾翼旋转拉环、旋转圆环、旋转圆环限位块、俯仰调整轴、俯仰舵机、舵机摇臂b、单侧球轴承二连杆机构、滑槽配重块滑动机构、双侧球轴承三连杆机构、尾翼拨块、尾翼，舵机布置在机身底部，舵机通过舵机摇臂带动尾翼旋转拉环旋转，尾翼旋转拉环一端与双侧球轴承摇臂b另一端与旋转圆环固定连接，旋转圆环在旋转圆环限位块限制下可带动俯仰调整轴旋转，俯仰舵机通过连接板安装在机身肋板上，舵机摇臂b在旋转时可给两侧的连杆机构输入动力，单侧球轴承二连杆机构跟随舵机摇臂b运动时可拉动或者推动滑槽配重块滑动机构上的滑块滑动，单侧球轴承二连杆机构上的矩形槽布置在机身肋板上以限制单侧球轴承二连杆机构的运动轨迹，同理双侧球轴承三连杆机构上的矩形槽固定在肋板上以限制双侧球轴承三连杆机构的运动轨迹，既双侧球轴承三连杆机构跟随舵机摇臂b运动时可推动或者拉动尾翼拨块以俯仰调整轴为轴旋转，既俯仰调整轴与旋转圆环转动连接，滑槽配重块滑动机构布置在两个机身肋板之间，尾翼布置在机身尾部，且与其发生摩擦连接关系。

7.根据权利要求1所述的一种扑翼折翼机械鸟，其特征在于：所述柔性材质折叠连接面材质为可发生一定弹性形变的高分子复合材料，在折翼的过程中可发生两个方向的扭转，使两段机翼蒙皮与翼根连接在一起，并在折叠时产生对应的流线性折叠面，减少飞行时产生较大涡流的现象。

8.根据权利要求1所述的一种扑翼折翼机械鸟，其特征在于：所述双折叠机翼运动机构对称布局，两个摇臂轴上都布置有伺服电机，可同时反向旋转，并通过控制两个伺服电机转速来控制机械鸟飞行时的稳定性，两个带限位块转轴上都布置有伺服电机，可同时反向旋转，在跟随翼根部分折叠时受惯性影响自身发生甩动，使伺服电机带动其旋转时所输出的扭力大大减小。

9.根据权利要求1所述的一种扑翼折翼机械鸟，其特征在于：所述双折叠机翼运动机构中的机翼蒙皮横向切面为双凸不对称翼型，上弧面凸起程度较大，在飞行时利用形成升力正迎角，且不易出现涡流影响飞行状态。

10.根据权利要求1所述的一种扑翼折翼机械鸟，其特征在于：所述机身上侧比较平顺下侧流线凸起较为明显，在飞行时机身下侧会形成较大的阻力面，在反作用力的作用下，会是机械鸟获得较大的向上推力，既向上高度控制的难度。

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