CN116513516A - 一种仿生蝴蝶飞行器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及仿生飞行器技术领域，公开了一种仿生蝴蝶飞行器，其包括机架、一对机翼、驱动装置、一对复位件、舵机以及一对牵引机构；两个机翼分别位于机架的相对两侧，机翼包括前翅和后翅，前翅位于后翅的前方，前翅和后翅相固定；驱动装置安装于机架，驱动装置与机翼相连并驱动机翼上下扑动；复位件与机翼一一对应，复位件的一端与前翅相连，复位件的另一端与驱动装置或机架相连，复位件拉动前翅朝机架靠拢；舵机安装于所述机架；牵引机构与机翼一一对应，牵引机构分别与舵机和后翅相连；舵机通过牵引机构拉动其中一个后翅向另一个后翅移动，并调整所述后翅插入机架的部分的大小，使仿生蝴蝶飞行器实现偏航滚转等姿态控制。

Description

一种仿生蝴蝶飞行器
技术领域
本发明涉及仿生飞行器技术领域，特别是涉及一种仿生蝴蝶飞行器。
背景技术
现有的仿生蝴蝶飞行器在进行姿态控制时，例如偏航滚转，通常采用增大单侧机翼面积或采用双动力源进行机翼差速扑动的方式来实现。对于目前增大单侧机翼面积实现姿态控制的方式，由于其增大的机翼面积较少，在实际运动过程产生的偏航滚转力仍有所不足。而对于差速扑动，往往会面临在未进行姿态调整时就已经出现升力不对等、扑动幅度不一致的现象。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：现有的仿生蝴蝶飞行器对于姿态控制缺乏有效的解决方式。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种仿生蝴蝶飞行器，其包括
机架；
一对机翼，两个所述机翼分别位于所述机架的相对两侧，所述机翼包括前翅和后翅，所述前翅位于所述后翅的前方，所述前翅和所述后翅相固定；
驱动装置，所述驱动装置安装于所述机架，所述驱动装置与所述机翼相连并驱动所述机翼上下扑动；
一对复位件，所述复位件与所述机翼一一对应，所述复位件的一端与所述前翅相连，所述复位件的另一端与所述驱动装置或所述机架相连，所述复位件拉动所述前翅朝所述机架靠拢；
舵机，所述舵机安装于所述机架；
一对牵引机构，所述牵引机构与所述机翼一一对应，所述牵引机构分别与所述舵机和所述后翅相连；所述舵机通过所述牵引机构拉动其中一个所述后翅向另一个后翅移动，并调整所述后翅插入所述机架的部分的大小。
进一步的，所述机架上设有弧形的镂空孔，所述后翅设有限位柱，所述限位柱穿过所述镂空孔，所述限位柱沿所述镂空孔的圆弧线方向滑动。
进一步的，所述复位件为弹力绳，所述弹力绳的一端与所述前翅相连，所述弹力绳的另一端与所述驱动装置或所述机架相连。
进一步的，所述机翼包括插槽，所述插槽分别与所述前翅和所述后翅相固定，所述驱动装置设有驱动支架，所述驱动支架的一端伸入所述插槽内且与所述插槽铰接，所述插槽相对所述驱动支架旋转，所述驱动支架设有限位块，所述限位块位于所述插槽的旋转路径上。
进一步的，所述前翅包括前翼板和至少一个前支杆，所述前支杆的一端与所述插槽相连，所述前支杆的另一端与所述前翼板相连，所述前翼板与所述后翅相连，所述复位件与所述前支杆相连。
进一步的，所述后翅包括后翼板和至少一个后支杆，所述后支杆的一端与所述插槽相连，所述后支杆的另一端与所述后翼板相连，所述后翼板与所述前翅相连，所述牵引机构与所述后支杆相连。
进一步的，还包括飞控板，所述飞控板与所述舵机电连接，所述飞控板控制所述舵机旋转，所述舵机通过旋转拉动所述牵引机构。
进一步的，所述机架开设有缝隙，所述后翅插于所述缝隙。
进一步的，所述驱动装置包括驱动机构、曲柄摇杆机构、扇形齿轮、从动齿轮和驱动支架，所述驱动机构与所述曲柄摇杆机构相连并驱动所述曲柄摇杆机构转动，所述曲柄摇杆机构与所述扇形齿轮相固定，所述从动齿轮与所述扇形齿轮相啮合，所述从动齿轮与所述驱动支架相固定，所述驱动支架与所述机翼相连。
进一步的，所述驱动支架设有至少一个线槽和至少一个穿线环，所述牵引机构穿过所述线槽和所述穿线孔。
本发明实施例一种仿生蝴蝶飞行器与现有技术相比，其有益效果在于：通过将后翅部分收入机架中，从而单侧机翼有效的扑动面积，使两侧机翼产生一定的扑动面积差，实现两侧机翼提供有效升力不对等，使仿生蝴蝶飞行器实现偏航滚转等姿态控制。
附图说明
图1是本发明一种实施例的结构示意图；
图2是本发明一种实施例的底部结构示意图；
图3是驱动装置的结构示意图；
图4是舵机的结构示意图；
图5是机翼的结构示意图；
图6是单侧机翼部分收入机架内的示意图。
图中，机架1；镂空孔11；缝隙12；机翼2；前翅21；前翼板211；前支杆212；后翅22；后翼板221；后支杆222；限位柱223；插槽23；穿孔231；驱动装置3；行星齿轮减速箱31；主动齿轮32；单级增速齿轮33；同速齿轮34；传动轮盘35；摇杆36；滑孔361；扇形齿轮37；从动齿轮38；驱动支架39；线槽391；穿线环392；限位块393；复位件4；舵机5；牵引机构6；飞控板7；电池8。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”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。
如图1-5所示，本发明实施例优选实施例的一种仿生蝴蝶飞行器，其包括机架1、一对机翼2、驱动装置3、一对复位件4、舵机5、一对牵引机构6以及飞控板7，所述舵机5通过牵引机构6控制一部分机翼2收容于机架1，从而利用两个机翼2的非对称力调整仿生蝴蝶飞行器的飞行姿态。
如图1-2所示，两个所述机翼2分别位于所述机架1的相对两侧，所述仿生蝴蝶飞行器通过扑动机翼2实现飞行。所述机翼2包括前翅21和后翅22，所述前翅21位于所述后翅22的前方，所述前翅21和所述后翅22相固定，在飞行过程中，所述前翅21为仿生蝴蝶飞行器提供升力，所述后翅22用于高机动的规避动作和姿态控制。
如图1和图5所示，所述仿生蝴蝶飞行器还包括电池8，所述电池8为飞控板7和所述驱动装置3供电。所述驱动装置3安装于所述机架1，所述驱动装置3与所述机翼2相连并驱动所述机翼2上下扑动，实现所述仿生蝴蝶飞行器飞行。所述复位件4与所述机翼2一一对应，所述复位件4的一端与所述前翅21相连，所述复位件4的另一端与所述驱动装置3或所述机架1相连，所述复位件4拉动所述前翅21朝所述机架1靠拢，在仿生蝴蝶飞行器直线飞行时，两个机翼2在复位件4的作用下处于靠拢的状态，两个机翼2关于机架1相对称。所述舵机5安装于所述机架1，所述牵引机构6与所述机翼2一一对应，所述牵引机构6分别与所述舵机5和所述后翅22相连。
如图1-6所示，当仿生蝴蝶飞行器需要调整姿态和转向时，所述舵机5通过所述牵引机构6拉动其中一个所述后翅22向另一个后翅22移动，前翅21克服复位件4的拉力向反方向移动，此时仿生蝴蝶飞行器可以调整其中一个所述后翅22插入所述机架1的部分的大小，使得位于机架1外的那一部分后翅22大小发生改变，位于机架1外的那一部分后翅22扑动面积也随之改变，两个后翅22的扑动面积产生面积差，仿生蝴蝶飞行器的飞行方向路径从直线变为曲线，从而实现仿生蝴蝶飞行器调整姿态和转向的目的。
在一些实施例中，在仿生蝴蝶飞行器静止或沿直线飞行时，整个后翅22位于机架1外；当仿生蝴蝶飞行器需要调整姿态和转向时，后翅22的端部插入机架1内。
如图2-6所示，在本实施例中，所述后翅22有一部分一直插入机架1内，其中所述机架1上设有弧形的镂空孔11，所述后翅22设有限位柱223，所述限位柱223穿过所述镂空孔11，所述限位柱223沿所述镂空孔11的圆弧线方向滑动，所述限位柱223可以对后翅22进行限位，防止后翅22的端部从机架1中脱离，保证后翅22有一部分只能在机身内调整，不会离开缝隙12导致机翼2失稳，且由于后翅22位于机架1内的部分采用柔性较小的机翼2材料，防止后翅22出现卡死或干扰舵机5的现象，后翅22其余部分还有前翅21均采用柔性材料。此外，所述镂空孔11的圆弧线方向与机翼2扑动时限位柱223的旋转方向在同一平面上，避免机翼2扑动时，镂空孔11影响机翼2的扑动。
如图4-5所示，在本实施例中，所述复位件4为弹力绳，所述弹力绳的一端与所述前翅21相连，所述弹力绳的另一端与所述驱动装置3或所述机架1相连，当仿生蝴蝶飞行器静止或沿直线飞行时，所述前翅21在弹力的作用下向机架1靠拢，两个所述后翅22相互远离，两个机翼2相对于机架1对称分布，弹力绳重量轻，且便于更换，在其它实施例中，所述复位件4可以为拉簧。
如图1-3所示，所述机翼2包括插槽23，所述插槽23分别与所述前翅21和所述后翅22相固定，所述驱动装置3设有驱动支架39，所述驱动支架39的一端伸入所述插槽23内且与所述插槽23铰接，所述插槽23相对所述驱动支架39旋转，所述驱动支架39设有一对限位块393，两个限位块393位于所述驱动支架39相对的两侧，所述限位块393位于所述插槽23的旋转路径上，当舵机5通过牵引机构6拉动后翅22旋转时，所述限位块393可以对插槽23进行限位，防止机翼2过度旋转。
如图5-6所示，所述前翅21包括前翼板211和三个前支杆212，所述前支杆212的一端与所述插槽23相连，所述前支杆212的另一端与所述前翼板211相连，所述前翼板211与所述后翅22相连，所述前支杆212用于支撑前翼板211，使前翼板211定型且有足够的强度。在本实施例中，所述复位件4与所述前支杆212相连。所述后翅22包括后翼板221和三个后支杆222，所述后翼板221和所述前翼板211一体成型，所述后支杆222的一端与所述插槽23相连，所述后支杆222的另一端与所述后翼板221相连，所述后翼板221与所述前翅21相连，所述后支杆222用于支撑后翼板221，使后翼板221定型且有足够的强度。在本实施例中，所述牵引机构6与所述后支杆222相连。
如图1-5所示，所述飞控板7与所述舵机5电连接，所述飞控板7控制所述舵机5旋转，所述舵机5通过旋转拉动所述牵引机构6，所述牵引机构6为尼氟线，所述舵机5为十字型或一字型，所述飞控板7控制所述舵机5自转，所述舵机5的左右两端各连接一个牵引机构6，当需要控制左边的后翅22往机架1内收时，所述舵机5逆时针旋转，舵机5的右端往前移，连接右方后翅22的牵引机构6保持松弛状态，右方的机翼2在复位件4的作用下，保持前翅21向机架1靠拢的状态，而舵机5的左端往后移，连接左方后翅22的牵引机构6处于紧绷状态，且连接左方后翅22的牵引机构6在舵机5的作用下往后传动，随之将左方的后翅22往机架1的方向拉，左方的后翅22更大一部分收入机架1中，位于机架1外的左方的后翅22的翼面积变少，左方的机翼2与右方的机翼2不对称，仿生蝴蝶飞行器需要姿态产生变化并转向飞行。
如图2-3所示，所述机架1开设有缝隙12，所述后翅22插于所述缝隙12，所述缝隙12为所述后翅22收入机架1提供活动空间。
如图2-4所示，所述驱动装置3包括驱动机构、曲柄摇杆机构、扇形齿轮37、从动齿轮38，所述驱动机构与所述曲柄摇杆机构相连并驱动所述曲柄摇杆机构转动，所述曲柄摇杆机构与所述扇形齿轮37相固定，从动所述从动齿轮38与所述扇形齿轮37相啮合，从动齿轮38安装于机架1，从动齿轮38可以在机架1上旋转。所述驱动支架39铰接于机架1，所述从动齿轮38与所述驱动支架39相固定，所述驱动支架39与所述机翼2相连。其中，所述驱动机构包括空杯电机、行星齿轮减速箱31、主动齿轮32、单级增速齿轮33、两个同速齿轮34，空杯电机与行星齿轮减速箱31相连，空杯电机经过行星齿轮减速箱31的106倍减速后驱动主动齿轮32旋转。轴向化、大减速比的行星齿轮减速箱31布局在确保能提供足够扭矩的同时，最大化减少仿生蝴蝶飞行器整体的重心偏移问题。主动齿轮32与单级增速齿轮33相啮合，单级增速齿轮33随主动齿轮32旋转而旋转，单级增速齿轮33与其中一个同速齿轮34同轴固定且同步旋转，两个同速齿轮34相啮合。曲柄摇杆机构包括传动轮盘35和摇杆36，所述传动轮盘35与同速齿轮34同轴固定且同步旋转，所述摇杆36设有长条状的滑孔361，所述传动轮盘35的圆心设有第一插销，所述传动轮盘35的端部设有第二插销，第一插销和第二插销位于传动轮盘35的同一半径上，第一插销和第二插销穿过滑孔361，且第一插销和第二插销可以沿滑孔361的长度方向滑动，在所述传动轮盘35旋转时，传动轮盘35会驱动摇杆36摇摆，摇杆36的一端与扇形齿轮37固定，从而使所述扇形齿轮37往复摆动，其中扇形齿轮37往复摆动角度共约45度。扇形齿轮37通过与从动齿轮38相啮合，从而带动从动齿、驱动支架39和机翼2进行约135度的往复式扑动，同时适应扑动频率在1-7Hz范围内进行调整，使得仿生蝴蝶飞行器更符合蝴蝶仿生飞行的技术指标。
如图1-4所示，所述驱动支架39设有至少一个线槽391和至少一个穿线环392，所述牵引机构6穿过所述线槽391和所述穿线孔，牵引机构6的一端绑在所述舵机5上，牵引机构6自舵机5经过机架1到达驱动支架39，然后依次经过线槽391和穿线环392到达插槽23，插槽23背向机架1的一面开设有穿孔231，牵引机构6从驱动支架39穿过穿孔231再绑定于后支杆222，所述穿线环392和所述线槽391可以对牵引机构6进行保护和限位，防止机翼2扑动时，牵引机构6与机翼2发生干扰。
综上，本发明实施例提供一种仿生蝴蝶飞行器，其通过将后翅22部分收入机架1中，从而单侧机翼2有效的扑动面积，使两侧机翼2产生一定的扑动面积差，实现两侧机翼2提供有效升力不对等，使仿生蝴蝶飞行器实现偏航滚转等姿态控制。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种仿生蝴蝶飞行器，其特征在于，包括：
机架；
一对机翼，两个所述机翼分别位于所述机架的相对两侧，所述机翼包括前翅和后翅，所述前翅位于所述后翅的前方，所述前翅和所述后翅相固定；
驱动装置，所述驱动装置安装于所述机架，所述驱动装置与所述机翼相连并驱动所述机翼上下扑动；
一对复位件，所述复位件与所述机翼一一对应，所述复位件的一端与所述前翅相连，所述复位件的另一端与所述驱动装置或所述机架相连，所述复位件拉动所述前翅朝所述机架靠拢；
舵机，所述舵机安装于所述机架；
一对牵引机构，所述牵引机构与所述机翼一一对应，所述牵引机构分别与所述舵机和所述后翅相连；所述舵机通过所述牵引机构拉动其中一个所述后翅向另一个后翅移动，并调整所述后翅插入所述机架的部分的大小。
2.根据权利要求1所述的仿生蝴蝶飞行器，其特征在于：所述机架上设有弧形的镂空孔，所述后翅设有限位柱，所述限位柱穿过所述镂空孔，所述限位柱沿所述镂空孔的圆弧线方向滑动。
3.根据权利要求1所述的仿生蝴蝶飞行器，其特征在于：所述复位件为弹力绳，所述弹力绳的一端与所述前翅相连，所述弹力绳的另一端与所述驱动装置或所述机架相连。
4.根据权利要求1所述的仿生蝴蝶飞行器，其特征在于：所述机翼包括插槽，所述插槽分别与所述前翅和所述后翅相固定，所述驱动装置设有驱动支架，所述驱动支架的一端伸入所述插槽内且与所述插槽铰接，所述插槽相对所述驱动支架旋转，所述驱动支架设有限位块，所述限位块位于所述插槽的旋转路径上。
5.根据权利要求4所述的仿生蝴蝶飞行器，其特征在于：所述前翅包括前翼板和至少一个前支杆，所述前支杆的一端与所述插槽相连，所述前支杆的另一端与所述前翼板相连，所述前翼板与所述后翅相连，所述复位件与所述前支杆相连。
6.根据权利要求4所述的仿生蝴蝶飞行器，其特征在于：所述后翅包括后翼板和至少一个后支杆，所述后支杆的一端与所述插槽相连，所述后支杆的另一端与所述后翼板相连，所述后翼板与所述前翅相连，所述牵引机构与所述后支杆相连。
7.根据权利要求1所述的仿生蝴蝶飞行器，其特征在于：还包括飞控板，所述飞控板与所述舵机电连接，所述飞控板控制所述舵机旋转，所述舵机通过旋转拉动所述牵引机构。
8.根据权利要求1所述的仿生蝴蝶飞行器，其特征在于：所述机架开设有缝隙，所述后翅插于所述缝隙。
9.根据权利要求1所述的仿生蝴蝶飞行器，其特征在于：所述驱动装置包括驱动机构、曲柄摇杆机构、扇形齿轮、从动齿轮和驱动支架，所述驱动机构与所述曲柄摇杆机构相连并驱动所述曲柄摇杆机构转动，所述曲柄摇杆机构与所述扇形齿轮相固定，所述从动齿轮与所述扇形齿轮相啮合，所述从动齿轮与所述驱动支架相固定，所述驱动支架与所述机翼相连。
10.根据权利要求9所述的仿生蝴蝶飞行器，其特征在于：所述驱动支架设有至少一个线槽和至少一个穿线环，所述牵引机构穿过所述线槽和所述穿线孔。
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