CN114889821B - 一种四翼扑翼微型水面飞行器及飞行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四翼扑翼微型水面飞行器及飞行方法，该飞行器包括：浮力壳体以及周向均匀分布在所述浮力壳体上的四个扑翼机构，所述浮力壳体通过所述扑翼机构驱动而具有在空中自主飞行的第一状态、具有在水面自主航行的第二状态；以及具有在水面乘风航行的第三状态。本发明中沿竖直方向设置的翼片本体通过驱动组件驱动能够绕枢轴转动，一方面通过翼片本体的摆动产生驱动力，能够实现在空中自主飞行或者在水面自主航行，另一方面，通过控制翼片本体的迎风角度，通过风力驱动能够实现在水面乘风航行，结构简单，既能够实现空中飞行又能够实现水面航行，还能实现乘风滑行，该飞行器在具有风浪的海洋环境下能够实现较大的运动空间范围。

Description

一种四翼扑翼微型水面飞行器及飞行方法

技术领域

本发明涉及微型水面扑翼飞行器技术领域，更具体地说，是涉及一种四翼扑翼微型水面飞行器及飞行方法。

背景技术

无人机等无人飞行器如今被广泛用于海洋探索中。然而，尽管它们在一些简单的任务中表现良好，但其只能飞行的单一运动的特性限制了它们的部署。例如，海洋无人机具有宽阔的视野、灵敏的机动性和高效的信息收集能力，但由于海洋无人机的航程有限，使得它们只能在海岸附近部署，无法执行远海探测任务。据此，研究人员提出研制具有空中飞行及水面航行混合运动模式的机器人。现有对此类机器人的研究是基于活塞式固定翼飞行器的改型。它们的特征为：

将机头的螺旋桨作为空中飞行或水中航行的推进器；

将垂尾及副翼作为空中飞行或水中航行时的航向控制器；

依靠从水中向上冲刺腾空实现从航行到飞行的转换。

这样的设计具有以下缺陷：

采用用固定翼飞行模式，使得飞行器不能在空中悬停；

采用用浆-舵的水中航行模式，当航速较低时舵效降低，难以控制航向；

在水中航行时所有电机均处于水线以下，电机容易受海水侵蚀损坏；

缺乏抗风浪设计，当海面有一定程度的风与浪时难以控制航向。

因此，现有技术的活塞式固定翼飞行器并非最优的技术方案，目前，扑翼飞行能够扩大机器人的运动空间范围,提高机器人的机动性和灵活性,成为微型水面运动机器人发展的必然趋势。

但是，现有技术的扑翼飞行器由于飞行的单一运动的特性，难以在具有风浪的水面调整方向以及不能借助于风力在水面航行以此实现较大的运动空间范围。

因此，现有技术有待改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种四翼扑翼微型水面飞行器及飞行方法，旨在解决现有技术中扑翼飞行器由于飞行的单一运动的特性，难以在具有风浪的水面调整方向以及不能借助于风力在水面航行的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一方面，本发明提供一种四翼扑翼微型水面飞行器，包括：浮力壳体以及周向均匀分布在所述浮力壳体上的四个扑翼机构，所述浮力壳体通过所述扑翼机构驱动而具有在空中自主飞行的第一状态、具有在水面自主航行的第二状态；以及具有在水面乘风航行的第三状态，其中，所述扑翼机构包括：

驱动组件，所述驱动组件设置于所述浮力壳体上；

枢轴，所述枢轴固定于所述浮力壳体上；

翼片组件，包括沿竖直方向设置的翼片本体以及与所述翼片本体连接的翼轴，所述翼轴远离所述翼片本体一端与所述驱动组件连接，所述翼轴中部可转动连接于所述枢轴，所述翼片本体通过所述驱动组件驱动而沿所述枢轴进行转动。

在一种实施方式中，当第一状态时，所述翼片本体通过所述驱动组件驱动而沿所述枢轴进行往复摆动，且所述翼片本体通过往复摆动产生气流以使所述翼片本体远离所述翼轴的一侧向上变形，进而使得所述翼片本体对所述浮力壳体产生向上的驱动力；通过四个所述翼片本体的差速运动调整所述浮力壳体的运动姿态。

在一种实施方式中，当第二状态时，部分所述扑翼机构的所述翼片本体通过所述驱动组件驱动而沿所述枢轴进行往复摆动，使得所述翼片本体产生水平推力驱动所述浮力壳体在水面航行。

在一种实施方式中，当第三状态时，所述翼片本体通过所述驱动组件驱动而调整迎风角度，进而通过风力驱动所述翼片本体使得所述浮力壳体在水面乘风航行。

在一种实施方式中，所述驱动组件包括：

旋转驱动源，所述旋转驱动源固定于所述浮力壳体上；

曲柄连杆，所述曲柄连杆一端与所述旋转驱动源固定连接，另一端与所述翼轴滑动连接。

在一种实施方式中，所述曲柄连杆包括：

曲柄本体；

第一连接部，所述第一连接部位于所述曲柄本体上，且所述第一连接部与所述旋转驱动源固定连接；

第二连接部，所述第二连接部位于所述曲柄本体远离所述第一连接部的一端，所述第二连接部可转动连接于所述曲柄本体上，且所述第二连接部与所述翼轴滑动连接。

在一种实施方式中，所述翼轴远离所述翼片本体的一端设置有滑轨，所述滑轨与所述第二连接部滑动连接。

在一种实施方式中，所述四翼扑翼微型水面飞行器还包括：

控制器，所述控制器设置于所述浮力壳体上，且所述控制器分别与四个所述扑翼机构的驱动组件连接；

陀螺仪，所述陀螺仪设置于所述浮力壳体上，且所述陀螺仪与所述控制器连接；

风速风向传感器，所述风速风向传感器设置于所述浮力壳体上，且所述风速风向传感器与所述控制器连接。

另一方面，本发明还提供一种基于上述所述的四翼扑翼微型水面飞行器的飞行方法，其中，所述飞行方法包括以下步骤：

采集当前风向以及风速的环境信息；

根据环境信息对扑翼机构发布控制指令；

根据控制指令驱动扑翼机构进行扑动，进而驱动浮力壳体进行运动；

获取浮力壳体的运动状态，并根据浮力壳体的运动状态实时调整控制指令。

在一种实施方式中，所述根据环境信息对扑翼机构发布控制指令的步骤中，当环境信息中的风向以及风速达到预设值时，对扑翼机构发布第三状态的控制指令，通过控制翼片本体的迎风角度，使得浮力壳体在水面乘风航行。

本发明提供的一种四翼扑翼微型水面飞行器及飞行方法的有益效果至少在于：

本发明提供了一种四翼扑翼微型水面飞行器及飞行方法，其中该四翼扑翼微型水面飞行器包括浮力壳体以及周向均匀分布在所述浮力壳体上的四个扑翼机构，所述浮力壳体通过所述扑翼机构驱动而具有在空中自主飞行的第一状态、具有在水面自主航行的第二状态；以及具有在水面乘风航行的第三状态，其中，所述扑翼机构包括：驱动组件、枢轴以及翼片组件，所述驱动组件设置于所述浮力壳体上，所述枢轴固定于所述浮力壳体上，翼片组件包括沿竖直方向设置的翼片本体以及与所述翼片本体连接的翼轴，所述翼轴远离所述翼片本体一端与所述驱动组件连接，所述翼轴中部可转动连接于所述枢轴，所述翼片本体通过所述驱动组件驱动而沿所述枢轴进行转动。本发明中沿竖直方向设置的翼片本体通过驱动组件驱动能够绕枢轴转动，一方面通过翼片本体的摆动产生驱动力，能够实现在空中自主飞行或者在水面自主航行，另一方面，通过控制翼片本体的迎风角度，通过风力驱动能够实现在水面乘风航行，结构简单，既能够实现空中飞行又能够实现水面航行，还能实现乘风滑行，在具有风浪的海洋环境下能够实现较大的运动空间范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的四翼扑翼微型水面飞行器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的扑翼机构的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的扑翼机构的爆炸图；

图4为本发明实施例提供的扑翼机构的几何模型图；

图5为本发明实施例提供的四翼扑翼微型水面飞行器的飞行状态示意图；

图6为本发明实施例提供的四翼扑翼微型水面飞行器的水面航行状态示意图；

图7为本发明实施例提供的四翼扑翼微型水面飞行器的水面乘风航行状态示意图；

图8为本发明实施例提供的四翼扑翼微型水面飞行器的控制结构框图；

图9为本发明实施例提供的飞行方法的流程示意图；

图10为本发明实施例提供的翼片本体被动俯仰具体实施例的工作原理图；

图11为本发明实施例提供的翼片本体被动俯仰具体实施例结构示意图。

其中，图中各附图标记：

100、浮力壳体；200、扑翼机构；300、控制器；400、陀螺仪；500、风速风向传感器；200a、第一扑翼机构；200b、第二扑翼机构；200c、第三扑翼机构；200d、第四扑翼机构；210、驱动组件；220、枢轴；230、翼片组件；211、旋转驱动源；212、曲柄连杆；212a、曲柄本体；212b、第一连接部；212c、第二连接部；231、翼片本体；232、翼轴；233、滑轨；234、枢孔；231a、第一翼片本体；231b、第二翼片本体；231c、第三翼片本体；231d、第四翼片本体。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1，本实施例提供了一种四翼扑翼微型水面飞行器，包括：浮力壳体100以及周向均匀分布在所述浮力壳体100上的四个扑翼机构200，浮力壳体100通过扑翼机构200驱动而具有在空中自主飞行的第一状态、具有在水面自主航行的第二状态；以及具有在水面乘风航行的第三状态，其中，请参阅图2，扑翼机构200包括：驱动组件210、枢轴220以及翼片组件230，驱动组件210设置于浮力壳体100上，枢轴220固定于浮力壳体100上，包括沿竖直方向设置的翼片本体231以及与翼片本体231连接的翼轴232，翼轴232远离翼片本体231一端与驱动组件210连接，翼轴232中部可转动连接于枢轴220，翼片本体231通过驱动组件210驱动而沿枢轴220进行转动。

在本实施中，四翼扑翼微型水面飞行器可以通过驱动组件210驱动翼片本体231扑动产生动力自主飞行或在水面自主航行，可以通过控制驱动组件210用以控制驱动翼片本体231的扑动的方向和频率，以此实现调节翼片本体231产生驱动力的大小与方向，从而可以调整四翼扑翼微型水面飞行器的运动姿态。例如当当前环境有风有浪时，可以通过驱动组件210控制翼片本体231的方向，如使得翼片本体231模拟帆船乘风在水面航行，可以通过驱动组件210来调节翼片本体231的迎风角度，从而调整四翼扑翼微型水面飞行器在风场下的运动姿态。

因此，本实施例中沿竖直方向设置的翼片本体231通过驱动组件210驱动能够绕枢轴220转动，一方面通过翼片本体231的摆动产生驱动力，能够实现在空中自主飞行或者在水面自主航行，另一方面，通过控制翼片本体231的迎风角度，通过风力驱动能够实现在水面乘风航行，结构简单，既能够实现空中飞行又能够实现水面航行，还能实现乘风滑行，在具有风浪的海洋环境下能够实现较大的运动空间范围。

具体的，当第一状态时，翼片本体231通过驱动组件210驱动而沿枢轴220进行往复摆动，且翼片本体231通过往复摆动产生气流以使翼片本体231远离翼轴232的一侧向上变形，进而使得翼片本体231对浮力壳体100产生向上的驱动力；通过四个翼片本体231的差速运动调整浮力壳体100的运动姿态。

当第二状态时，部分扑翼机构200的翼片本体231通过驱动组件210驱动而沿枢轴220进行往复摆动，使得翼片本体231产生水平推力驱动浮力壳体100在水面航行。

当第三状态时，翼片本体231通过驱动组件210驱动而调整迎风角度，进而通过风力驱动翼片本体231使得浮力壳体100在水面乘风航行。

较佳的，请参阅图3，驱动组件210包括：旋转驱动源211以及曲柄连杆212，旋转驱动源211固定于浮力壳体100上，曲柄连杆212一端与旋转驱动源211固定连接，另一端与翼轴232滑动连接。例如，旋转驱动源211可以采用伺服电机，通过伺服电机驱动曲柄连杆212进行转动。

曲柄连杆212包括：曲柄本体212a、第一连接部212b以及第二连接部212c，第一连接部212b位于曲柄本体212a上，且第一连接部212b与旋转驱动源211固定连接，第二连接部212c位于曲柄本体212a远离第一连接部212b的一端，第二连接部212c可转动连接于曲柄本体212a上，且第二连接部212c与翼轴232滑动连接。翼轴232远离翼片本体231的一端设置有滑轨233，滑轨233与第二连接部212c滑动连接。

请参阅图1，四个结构相同的扑翼机构200周向均匀分布在浮力壳体100上，例如，第一扑翼机构200a、第二扑翼机构200b、第三扑翼机构200c以及第四扑翼机构200d周向均匀分布在浮力壳体100的四个角落上，第一扑翼机构200a上设置有第一翼片本体231a，第二扑翼机构200b上设置有第二翼片本体231b，第三扑翼机构200c上设置有第三翼片本体231c，第四扑翼机构200d上设置有第四翼片本体231d，第一扑翼机构200a与第三扑翼机构200c前后对称设置，第二扑翼机构200b与第四扑翼机构200d左右对称设置，且第一扑翼机构200a与第二扑翼机构200b之间的间距、第二扑翼机构200b与第三扑翼机构200c之间的间距、第三扑翼机构200c与第四扑翼机构200d之间的间距、第一扑翼机构200a与第四扑翼机构200d之间的间距均相等设置，通过第一扑翼机构200a、第二扑翼机构200b、第三扑翼机构200c以及第四扑翼机构200d通过驱动组件210的驱动而沿枢轴220进行扑动产生风力，进而驱动四翼扑翼微型水面飞行器进行运动，其中可以通过第一扑翼机构200a、第二扑翼机构200b、第三扑翼机构200c以及第四扑翼机构200d的差速运动实现调整四翼扑翼微型水面飞行器的姿态。

请参阅图1，翼片本体231的运动一共有两个自由度。一、主动扑翼：翼轴232通过驱动组件210驱动而绕枢轴220进行扑动。该扑动由旋转驱动源211主动旋转带动曲柄连杆212实现。图中的扇形C表示翼轴232扑动的范围。旋转驱动源211通过控制扑翼本体的主动扑翼的振幅和频率来控制扑翼本体产生风力大小。二、被动俯仰：除去翼轴232在旋转驱动源211带动下主动扑翼外，翼片本体231会在惯性以及气流作用下绕翼轴232被动俯仰（即翼片本体231通过往复摆动产生气流以使翼片本体231远离翼轴232的一侧向上变形）。图1中扇形D表示了翼片本体231在空间中的俯仰范围,即翼片本体231通过往复摆动产生气流以使翼片本体231远离翼轴232的一侧向上变形。请结合图10以及图11，翼片本体231的被动俯仰时所受空气作用力的合力即为翼片本体231产生的总升力，其中，被动俯仰的振幅和翼片本体231的材料刚性相关，其中被动俯仰的振幅和翼片本体231的材料可以为现有技术，故在此不再赘述。

请参阅图3，本实施例通过曲柄连杆212将旋转驱动源211的单向旋转转换成翼轴232的来回扑动。翼轴232远离翼片本体231的一端设置有一个枢孔234和一个滑轨233，枢孔234与枢轴220转动连接，滑轨233与曲柄连杆212的第二连接部212c滑动连接。曲柄连杆212的另一端上的第一连接部212b与旋转驱动源211的输出轴连接。请参阅图4，例如，假设曲柄连杆212的长度为r, 则曲柄连杆212的第二连接部212c在空间中的运动轨迹为一个半径为r的圆，若枢轴220与旋转驱动源211输出轴间的距离为d，滑轨233中第二连接部212c与枢轴220的距离为

。由r、d、

三边围成的三角形OAB（O为旋转驱动源211输出轴轴心，A为枢轴220轴心，B为曲柄连杆212第二连接部212c与滑轨233的连接点），∠AOB 为旋转驱动源211旋转角α，∠BAO为翼轴232扑动角-β，由正弦定理，有：

其中

可由余弦定理求得，

联立两式可得：

请结合图1，扇形C即为β的变化范围。

请参阅图5，该图为四翼扑翼微型水面飞行器的飞行状态示意图。四翼扑翼微型水面飞行器可以通过旋转驱动源211驱动翼片本体231扑动产生动力自主飞行，可以通过控制旋转驱动源211的转向以及转速，用以驱动翼片本体231的扑动的方向和频率，以此实现调节翼片本体231产生驱动力的大小与方向，从而可以调整四翼扑翼微型水面飞行器的运动姿态。

请参阅图6，该图为四翼扑翼微型水面飞行器的水面航行状态示意图。假设第二扑翼机构200b、第三扑翼机构200c一侧为前侧，控制第二扑翼机构200b、第三扑翼机构200c的翼片本体231朝向前侧，并且控制第一扑翼机构200a以及第四扑翼机构200d扑动产生动力在水面自主航行。可以控制旋转驱动源211的转向以及转速，用以驱动翼片本体231的扑动的方向和频率，以此实现调节翼片本体231产生驱动力的大小与方向，从而可以调整四翼扑翼微型水面飞行器在水面航行的运动姿态。

请参阅图7，该图为四翼扑翼微型水面飞行器的水面乘风航行状态示意图。假设第一扑翼机构200a、第二扑翼机构200b一侧为前侧，水面的风向朝向前侧，可以控制第一扑翼机构200a、第二扑翼机构200b的翼片本体231垂直于前侧，第三扑翼机构200c、第四扑翼机构200d的翼片本体231平行于前侧，即第一扑翼机构200a、第二扑翼机构200b的翼片本体231垂直于水面的风向，第三扑翼机构200c、第四扑翼机构200d的翼片本体231平行于水面的风向，使得第一扑翼机构200a、第二扑翼机构200b的翼片本体231模拟帆船乘风在水面航行，可以通过调节第一扑翼机构200a、第二扑翼机构200b、第三扑翼机构200c、第四扑翼机构200d的翼片本体231的迎风角度，从而调整四翼扑翼微型水面飞行器在风场下的运动姿态。

在某一具体实施例中，请结合图8，四翼扑翼微型水面飞行器包括：浮力壳体100以及周向均匀分布在浮力壳体100上的四个扑翼机构200、供电机构、控制器300、陀螺仪400以及风速风向传感器500，控制器300设置于浮力壳体100上，且控制器300分别与四个扑翼机构200的驱动组件210连接，陀螺仪400设置于浮力壳体100上，且陀螺仪400与控制器300连接，风速风向传感器500设置于浮力壳体100上，且风速风向传感器500与控制器300连接。供电机构和控制器300可以为现有技术，供电机构和控制器300的具体结构在此不再赘述。

其中，四个扑翼机构200对称放置于浮力壳体100四个角落，呈两两对称设置，供电机构用于整个四翼扑翼微型水面飞行器的供电以及储能，控制器300设置有控制电路，控制电路用于控制伺服电机。本实施例通过风速风向传感器500可以采集到当前风向以及风速的环境信息，例如当无风无浪的情况下，四翼扑翼微型水面飞行器可以通过旋转驱动源211驱动翼片本体231扑动产生动力自主飞行或在水面自主航行，可以通过控制器300控制旋转驱动源211的转向以及转速，用以驱动翼片本体231的扑动的方向和频率，以此实现调节翼片本体231产生驱动力的大小与方向，从而可以调整四翼扑翼微型水面飞行器的运动姿态。又例如，当当前环境有风有浪时，可以通过控制器300控制旋转驱动源211的转向以及转速，用以实现控制翼片本体231的方向，如使得翼片本体231模拟帆船乘风在水面航行，可以通过控制器300控制伺服电机（旋转驱动源211）的转子的位置来调节翼片本体231的迎风角度，从而调整四翼扑翼微型水面飞行器在风场下的运动姿态。

本实施例中采用仿生的被动俯仰扑翼飞行原理，使四翼扑翼微型水面飞行器具备垂直起降能力。

本实施例通过浮力壳体可以将所有电机布置于水线以上，将翼片本体扇动产生的风力作为水面航行及空中飞行的动力，降低有电器进水导致的故障的概率。

本实施例将四对扑翼机构对称放置于浮力壳体四个角落，通过扑翼机构的差速运动实现转向，能够实现快速转向，能够省去舵面结构，避免了低速时舵效降低的问题。

本实施例一翼两用，除了将翼片本体作为动力机构外，翼片本体在水面有风浪的情况下可以类似帆船的船帆，可以通过调节翼片本体角度稳定飞行器或乘风航行。

请参阅图9，一种四翼扑翼微型水面飞行器的飞行方法，其中，飞行方法包括以下步骤：

步骤S100、采集当前风向以及风速的环境信息。

步骤S200、根据环境信息对扑翼机构发布控制指令。

步骤S300、根据控制指令驱动扑翼机构进行扑动，进而驱动浮力壳体进行运动。

步骤S400、获取浮力壳体的运动状态，并根据浮力壳体的运动状态实时调整控制指令。

在步骤S200中，当环境信息中的风向以及风速达到预设值时，对扑翼机构发布第三状态的控制指令，通过控制翼片本体的迎风角度，使得浮力壳体在水面乘风航行。例如，请参阅图7，若水面的风向朝向前侧，风速达到1m/s，可以控制第一扑翼机构200a、第二扑翼机构200b的翼片本体231垂直于前侧，第三扑翼机构200c、第四扑翼机构200d的翼片本体231平行于前侧，即第一扑翼机构200a、第二扑翼机构200b的翼片本体231垂直于水面的风向，第三扑翼机构200c、第四扑翼机构200d的翼片本体231平行于水面的风向，使得第一扑翼机构200a、第二扑翼机构200b的翼片本体231模拟帆船乘风在水面航行。

在本实施例中，四翼扑翼微型水面飞行器可以根据风向以及风速实时调整自身的飞行状态人，如根据风向以及风速切换空中自主飞行或者水面自主航行或者水面乘风航行，能够实现较大的运动空间范围。

综上所述，本发明提供了一种四翼扑翼微型水面飞行器及飞行方法，其中该四翼扑翼微型水面飞行器包括浮力壳体以及周向均匀分布在浮力壳体上的四个扑翼机构，浮力壳体通过扑翼机构驱动而具有在空中自主飞行的第一状态、具有在水面自主航行的第二状态；以及具有在水面乘风航行的第三状态，其中，扑翼机构包括：驱动组件、枢轴以及翼片组件，驱动组件设置于浮力壳体上，枢轴固定于浮力壳体上，翼片组件包括沿竖直方向设置的翼片本体以及与翼片本体连接的翼轴，翼轴远离翼片本体一端与驱动组件连接，翼轴中部可转动连接于枢轴，翼片本体通过驱动组件驱动而沿枢轴进行转动。本发明中沿竖直方向设置的翼片本体通过驱动组件驱动能够绕枢轴转动，一方面通过翼片本体的摆动产生驱动力，能够实现在空中自主飞行或者在水面自主航行，另一方面，通过控制翼片本体的迎风角度，通过风力驱动能够实现在水面乘风航行，结构简单，既能够实现空中飞行又能够实现水面航行，还能实现乘风滑行，在具有风浪的海洋环境下能够实现较大的运动空间范围。

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 (6)

1.一种四翼扑翼微型水面飞行器，其特征在于，包括：浮力壳体、控制器、陀螺仪、风速风向传感器以及周向均匀分布在所述浮力壳体上的四个扑翼机构，所述控制器设置于所述浮力壳体上，且所述控制器分别与四个所述扑翼机构的驱动组件连接；所述陀螺仪设置于所述浮力壳体上，且所述陀螺仪与所述控制器连接；所述风速风向传感器设置于所述浮力壳体上，且所述风速风向传感器与所述控制器连接；其中，所述扑翼机构包括：

驱动组件，所述驱动组件设置于所述浮力壳体上；

枢轴，所述枢轴固定于所述浮力壳体上；

翼片组件，包括沿竖直方向设置的翼片本体以及与所述翼片本体连接的翼轴，所述翼轴远离所述翼片本体一端与所述驱动组件连接，所述翼轴中部可转动连接于所述枢轴，所述翼片本体通过所述驱动组件驱动而沿所述枢轴进行转动；

通过风速风向传感器采集当前风向以及风速的环境信息，之后通过控制器根据环境信息对扑翼机构发布控制指令，之后扑翼机构根据控制指令驱动扑翼机构进行扑动，进而驱动浮力壳体进行运动，之后通过控制器获取浮力壳体的运动状态，并根据浮力壳体的运动状态实时调整控制指令，从而调整四翼扑翼微型水面飞行器在风场下的运动姿态；所述浮力壳体通过所述扑翼机构驱动而具有在空中自主飞行的第一状态、具有在水面自主航行的第二状态；以及具有在水面乘风航行的第三状态，

四个扑翼机构包括第一扑翼机构、第二扑翼机构、第三扑翼机构以及第四扑翼机构，第一扑翼机构上设置有第一翼片本体，第二扑翼机构上设置有第二翼片本体，第三扑翼机构上设置有第三翼片本体，第四扑翼机构上设置有第四翼片本体，第一扑翼机构与第三扑翼机构前后对称设置，第二扑翼机构与第四扑翼机构左右对称设置，

当第一状态时，所述翼片本体通过所述驱动组件驱动而沿所述枢轴进行往复摆动，且所述翼片本体通过往复摆动产生气流以使所述翼片本体远离所述翼轴的一侧向上变形，进而使得所述翼片本体对所述浮力壳体产生向上的驱动力；通过四个所述翼片本体的差速运动调整所述浮力壳体的运动姿态；

当第二状态时，控制第二扑翼机构、第三扑翼机构的翼片本体朝向前侧，并且控制第一扑翼机构以及第四扑翼机构扑动产生动力在水面自主航行；当第三状态时，第一扑翼机构、第二扑翼机构的翼片本体垂直于水面的风向，第三扑翼机构、第四扑翼机构的翼片本体平行于水面的风向，使得第一扑翼机构、第二扑翼机构的翼片本体模拟帆船乘风在水面航行。

2.如权利要求1所述的四翼扑翼微型水面飞行器，其特征在于，所述驱动组件包括：

旋转驱动源，所述旋转驱动源固定于所述浮力壳体上；

曲柄连杆，所述曲柄连杆一端与所述旋转驱动源固定连接，另一端与所述翼轴滑动连接。

3.如权利要求2所述的四翼扑翼微型水面飞行器，其特征在于，所述曲柄连杆包括：

曲柄本体；

第一连接部，所述第一连接部位于所述曲柄本体上，且所述第一连接部与所述旋转驱动源固定连接；

第二连接部，所述第二连接部位于所述曲柄本体远离所述第一连接部的一端，所述第二连接部可转动连接于所述曲柄本体上，且所述第二连接部与所述翼轴滑动连接。

4.如权利要求3所述的四翼扑翼微型水面飞行器，其特征在于，所述翼轴远离所述翼片本体的一端设置有滑轨，所述滑轨与所述第二连接部滑动连接。

5.一种基于权利要求1-4任一项所述的四翼扑翼微型水面飞行器的飞行方法，其特征在于，所述飞行方法包括以下步骤：

采集当前风向以及风速的环境信息；

根据环境信息对扑翼机构发布控制指令；

根据控制指令驱动扑翼机构进行扑动，进而驱动浮力壳体进行运动；

获取浮力壳体的运动状态，并根据浮力壳体的运动状态实时调整控制指令。

6.如权利要求5所述的四翼扑翼微型水面飞行器的飞行方法，其特征在于，所述根据环境信息对扑翼机构发布控制指令的步骤中，当环境信息中的风向以及风速达到预设值时，对扑翼机构发布第三状态的控制指令，通过控制翼片本体的迎风角度，使得浮力壳体在水面乘风航行。

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