CN116639275A - 一种扑翼飞行器编队方法 - Google Patents

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Abstract

在无人机领域中，本发明提供一种扑翼飞行器编队方法，包括下述步骤：在机架头部位置安装GPS装置，然后在尾部位置安装通信装置，然后根据当前重心，安装飞控装置，使重心位置合理。之后连接至地面基站，对每架飞行装置进行编号，使地面基站能够对飞行装置进行区分。之后启动全部飞行装置，使每架飞行装置都飞行在空中，之后在地面基站中设置长机飞行器，并不断接受长机飞行器所发送的GPS信息，在确定能够接受后，由地面基站的软件进行即时计算，并得出其余从机的期望位置，之后按照一定时间间隔发送给僚机，从机根据内置飞控程序来飞行至期望位置。

Description

一种扑翼飞行器编队方法
技术领域
本发明涉及无人机领域，尤其涉及一种扑翼飞行器编队方法。
背景技术
随着技术的发展，无人机得到了广泛的应用，但是在环境复杂的场景下，单一无人机的工作能力有限，因此无人机编队协同合作的需求增加。在执行任务时，相较于单无人机，多无人机编队有着更多的优点。
扑翼无人机相较于四旋翼无人机以及固定翼无人机，则有着能源利用率更高、仿生度更高的优点。根据实验数据，可以知道扑翼飞行器在低雷诺数的飞行环境中，有着更高的气动效率，能过过产生高升力机制，因此可以载动更多的负载，从而实现更多的功能。
但是目前由于固定翼无人机和四旋翼无人机发展时间较久，研究较为深入，因此无人机编队也多聚焦于固定翼无人机和四旋翼无人机，而扑翼无人机的编队研究目前处于空白。扑翼无人机的编队由于其动力方式的不同，因此在进行编队时，需要对其状态信息进行一定的处理，同时其他两种无人机在进行编队时所遇到的问题，扑翼无人机也会遇到，如果不能妥善处理，就会导致编队失败。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种扑翼飞行器编队方法，实现扑翼无人机的编队，具体包括：
一种扑翼飞行器编队方法，包括至少两个机翼可伸缩的飞行装置；
包括下述步骤：
在每个所述飞行装置上安装GPS装置和通信装置，
在同一个飞行装置中：所述GPS装置通过所述飞行装置的飞控装置信号连接，所述GPS装置与通信装置连接，所述飞控装置通过所述通信装置连接，所述通信装置与地面基站建立通信；
选定一个飞行装置为长机飞行器，其余的飞行装置为僚机；
每个所述飞行装置根据地面基站预设的飞行计划进行编队，所述地面基站根据所述长机飞行器的GPS位置信息和姿态信息，确定所述僚机的理论位置，所述地面基站将每个僚机对应理论位置发送给适配的僚机，所述僚机行根据对应的理论位置跟随长机，其中，所述长机飞行器根据所述地面基站的指示到达预设位置。
优选的，所述飞行装置为扑翼飞行器，所述飞行装置包括两个机翼，两个所述机翼呈对称安装在所述机架的两侧；
所述机翼包括D形弧面翼翼肋、P形弧面翼翼肋、舵机和翼架；
所述翼架的一端安装在所述机架上，所述D形弧面翼翼肋和所述P形弧面翼翼肋的前端安装在所述翼架上，所述D形弧面翼翼肋设置在所述P形弧面翼翼肋和所述机架之间；
所述D形弧面翼翼肋的尾部设置有与所述D形弧面翼翼肋一体化设置的第一条形槽，所述第一条形槽沿所述D形弧面翼翼肋的下方翼肋的肋身方向设置，所述第一条形槽上滑动安装第一伸缩翼肋，所述D形弧面翼翼肋的上方翼肋和所述D形弧面翼翼肋的下方翼肋之间形成的空间用于安装舵机，所述舵机的摆臂的移动端通过连接杆与所述第一伸缩翼肋连接，所述连接杆一端连接所述摆臂的移动端，所述连接杆的另一端连接第一伸缩翼肋；
所述P形弧面翼翼肋的下方翼肋长于所述P形弧面翼翼肋的上方翼肋，所述P形弧面翼翼肋的下方翼肋长于所述D形弧面翼翼肋的下方翼肋，所述P形弧面翼翼肋的下方翼肋的尾部设置有与所述P形弧面翼翼肋一体化设置的第二条形槽，所述第二条形槽沿所述P形弧面翼翼肋的下方翼肋的肋身方向设置，所述第二条形槽上滑动安装第二伸缩翼肋；
所述第一伸缩翼肋和所述第二伸缩翼肋安装在同一块翼膜内壁；
当所述舵机的摆臂转动时，所述舵机的摆臂通过所述连接杆带动所述第一伸缩翼肋沿所述第一条形槽直线移动，所述第一伸缩翼肋通过所述翼膜带动所述第二伸缩翼肋沿所述第二条形槽直线移动。
优选的，所述GPS装置安装在所述机架的头部顶端；
所述飞控装置安装在所述机架的中部，所述飞控装置用于设置所述飞行装置的飞行参数；
通信装置，所述通信装置安装在所述机架的尾部，所述通信装置的天线沿所述机架的机身方向向外延伸。
优选的，所述在所述每个所述飞行装置根据地面基站预设的飞行计划进行编队前，检查所述地面基地是否能接收长机飞行器的信号，若不能，则停止飞行，检查原因，若能接收到所述长机飞行器的信号，则检查所述僚机是否能接收所述地面基地的信号，若不能，则停止飞行，若能接收到所述地面基地的信号，所述飞行装置根据编队算法实现编队
优选的，所述飞行装置还包括控制模块，所述控制模块与所述舵机信号连接，所述控制模块用于根据转向指令确定所述舵机的转动方向和目标角度；
所述舵机通过胶水安装在所述D形弧面翼翼肋；
所述D形弧面翼翼肋的上方翼肋和所述D形弧面翼翼肋的下方翼肋之间镂空。
优选的，所述翼架为直线杆；
所述P形弧面翼翼肋的重量小于所述D形弧面翼翼肋。
优选的，所述P形弧面翼翼肋的侧壁上设置通孔，所述D形弧面翼翼肋的侧壁上设置通孔；
还包括支撑杆，所述支撑杆一端通过所述D形弧面翼翼肋的通孔安装在所述D形弧面翼翼肋上，所述支撑杆的杆身穿过所述P形弧面翼翼肋的通孔，所述支撑杆的另一端安装在所述翼架远离所述机架的一端；
所述D形弧面翼翼肋、所述支撑杆和所述翼架围成直角三角结构。
优选的，在同一个飞行装置中，所述飞控装置与所述飞行装置中的传感器组连接；
所述传感器组包括陀螺仪、空速器和加速度计。
优选的，所述飞行装置的单侧机翼的调整方法包括：
根据单侧机翼的总动力，计算单侧机翼需要设置的有效面积；
根据所述单侧机翼需要设置的有效面积得出第一伸缩翼肋和第二伸缩翼肋需要调整的距离；
舵机根据所述第一伸缩翼肋和所述第二伸缩翼肋需要调整的距离转动所述舵机的摆臂，直至所述单侧机翼的面积等于所述单侧机翼需要设置的有效面积。
优选的，所述根据单侧机翼的总动力，计算单侧机翼需要设置的有效面积包括：
计算单侧机翼的总动力，所述单侧机翼的总动力的计算公式为公式(1)：
FL为单侧机翼产生的升力，FD为单侧机翼产生的推力，ρ为空气密度，UCP为机翼压力中心的相对速度，CL为机翼的升力系数，CD为机翼的阻力系数，S为单侧机翼需要设置的有效面积。
上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：
1、本发明方法主要通过集中式方式控制编队，该方法控制精度较高，效果最好，而且结构简单，实现也相对简单，并且通过将计算都移交至地面计算机的方法，来降低对飞控硬件的要求，减轻重量。
2、本发明系统通过GPS的方式来进行编队，并结合速度姿态等状态信息，通过PID控制方法对单个扑翼飞行器进行控制，该控制方法可以提高控制效率。
3、本发明主要针对扑翼飞行器设计控制算法，并根据扑翼飞行器的飞行特点，使用卡尔曼滤波法来进行降噪处理，并设计相应算法处理所接受的信息，降低扑翼飞行器由于自身的扑动所导致的高度信息不准确。
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为本申请实施例所提供的机架示意图；
图2为本申请实施例所提供的伸缩机翼的示意图；
图3为本申请实施例所提供的伸缩机翼在收回时的侧方向示意图；
图4为本申请实施例所提供的伸缩机翼在正常状态的侧方向示意图；
图5为本申请实施例所提供的伸缩机翼在伸出时的侧方向示意图；
图6为本申请实施例所提供的P形弧面翼翼肋的示意图；
图7为本申请实施例所提供的D形弧面翼翼肋的示意图；
图8为本申请实施例所提供的编队流程。
附图标记：
1、D形弧面翼翼肋；2、P形弧面翼翼肋；3、舵机；4、摆臂；5、连接杆；6、第一伸缩翼肋；7、第二伸缩翼肋；8、机架；9、翼架；10、支撑杆；11、GPS装置；12、飞控装置；13、通信装置。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
需要说明的是，本发明中使用的“上”、“下”、“左”、“右”“前”“后”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
如图1和图8所示，本方法通过所述GPS装置11和所述飞控装置12所连接的传感器来获取各扑翼无人机的状态信息，并通过所述通信装置13发送以及接收信息，并根据所能获取的状态信息来设计编队控制算法来实现扑翼无人机编队飞行。本发明的目的之二在于提供一种扑翼无人机编队系统，本系统在扑翼无人机上集成了GPS装置11、飞控装置12以及信号装置，并通过地面处理中心来实现信息的处理和转发，最终实现编队飞行。
如图1所示，一种扑翼飞行器编队方法，包括至少两个机翼可伸缩的飞行装置；
包括下述步骤：
在每个所述飞行装置上安装GPS装置11和通信装置13，
在同一个飞行装置中：所述GPS装置11通过所述飞行装置的飞控装置12信号连接，所述GPS装置11与通信装置13连接，所述飞控装置12通过所述通信装置13连接，所述通信装置13与地面基站建立通信；
选定一个飞行装置为长机飞行器，其余的飞行装置为僚机；
每个所述飞行装置根据地面基站预设的飞行计划进行编队，所述地面基站根据所述长机飞行器的GPS位置信息和姿态信息，确定所述僚机的理论位置，所述地面基站将每个僚机对应理论位置发送给适配的僚机，所述僚机行根据对应的理论位置跟随长机，其中，所述长机飞行器根据所述地面基站的指示到达预设位置。
其中，所述GPS装置11安装在所述机架8的头部顶端；所述飞控装置12安装在所述机架8的中部，所述飞控装置12用于设置所述飞行装置的飞行参数；通信装置13，所述通信装置13安装在所述机架8的尾部，所述通信装置13的天线沿所述机架8的机身方向向外延伸，在同一个飞行装置中，所述飞控装置12与所述飞行装置中的传感器组连接；所述传感器组包括陀螺仪、空速器和加速度计。
本编队的具体原理包括：
在飞行装置上安装GPS装置11，且GPS装置11与飞行装置的飞控装置12相连接；飞行装置以及地面基站都安装通信装置13，保证后续控制的通信；其中，地面基站包括计算机，计算机上设置有驱动连接飞行装置的软件。
飞行装置配合地面基站的软件，地面基站的软件上设定预期飞行计划，以及后续的编队飞行通信。
当开始编队之后，需要首先设置长机飞行器，随后按照相应算法进行编队飞行。
本发明通过GPS装置11的信息以及各飞行装置的状态信息来实现编队飞行，其中GPS装置11的信息是由长机飞行器发送到地面基站，然后经由地面基站处理后，再发送至其余僚机，之后根据飞控装置12内置的姿态控制程序以及位置控制程序，调整僚机姿态，使得僚机们并飞行至期望位置，并最终完成编队飞行效果。
优选的一种实施方式，本发明的所述GPS装置11应当安装在机架8的头部顶端，方便接受GPS信号，并且能够保证整架扑翼机重心位于合适的位置。
优选的一个实施方式，通信装置13应当整体安装在机架8的尾部位置，并将天线按照平行于机身的方向延伸出机架8的机体外，放置在尾翼部，保证平衡所述GPS装置11的重量并且能够尽量避免机翼的扑动以及机体自身对所述通信装置13的干扰。
优选的一个实施方式，飞控装置12应当包括或者连接有陀螺仪、空速计、加速度计等传感器，来获得飞行装置的当前姿态信息、速度信息、加速度信息等可能需要的信息，为后续的编队控制算法服务。
优选的一种实施方式，所述飞控装置12应当与GPS装置11和通信装置13连接，飞控装置12应当安装在机架8中部的合适位置，保证扑翼无人机整体重心位于合适位置。
飞控装置12中设置有飞控程序，飞控程序中的控制算法可以包括姿态调整部分和位置调整部分，也可以只包括其中一项，其目的在于能够使扑翼无人机能够通过所接收信号到达预定位置。飞控程序根据需求进行预审，为现有技术，本申请不做赘述。
优选的一种实施方式，所述地面基站的软件拥有设置长机功能，并且能够接受长机所发送的相关信息，包括GPS位置信息和姿态信息，并且能够根据所接受的长机信息解算出僚机所应当到达的位置，并正确发送到相应僚机，使得僚机能够正确跟随长机飞行。
对本申请的每一个飞行装置进行标号，飞控程序中应当有对每个飞行装置进行识别，识别方法通过飞行装置的标号进行区分。
优选的一种实施方式，所述地面基站的软件中设置有对僚机的识别算法，并根据所识别的扑翼飞行器分别计算应当到达的飞行地点，从而实现编队飞行。
本发明在实施时，首先分别在机架8头部位置安装GPS装置11，然后在尾部位置安装通信装置13，然后根据当前重心，安装飞控装置12，使重心位置合理。之后连接至地面基站，对每架飞行装置进行编号，使地面基站能够对飞行装置进行区分。之后启动全部飞行装置，使每架飞行装置都飞行在空中，之后在地面基站中设置长机飞行器，并不断接受长机飞行器所发送的GPS信息，在确定能够接受后，由地面基站的软件进行即时计算，并得出其余从机(僚机)的期望位置，之后按照一定时间间隔发送给僚机，从机根据内置飞控程序来飞行至期望位置。
本申请的飞行装置为扑翼无人机，本申请的飞行装置具体结构包括：
如图2至图7所示，一种机翼可伸缩的飞行装置，包括机架8，包括两个机翼，两个所述机翼呈对称安装在所述机架8的两侧；机架8的结构为现有技术，不做赘述，机架的左右两端分别各安装一个机翼，以机架8的中轴线为对称线，两个机翼相对这个对称线呈对称设置。
所述机翼包括D形弧面翼翼肋1、P形弧面翼翼肋2、舵机3和翼架9；
所述翼架9的一端安装在所述机架8上，所述D形弧面翼翼肋1和所述P形弧面翼翼肋2的前端安装在所述翼架9上，所述D形弧面翼翼肋1设置在所述P形弧面翼翼肋2和所述机架8之间。其中，弧面翼翼肋各种各样，本申请为了使整个机翼轻便，所以分别设置两种类型的翼肋，一种是D形弧面翼翼肋1，另一种为P形弧面翼翼肋2。
如图7所示，所述D形弧面翼翼肋1的尾部设置有与所述D形弧面翼翼肋1一体化设置的第一条形槽，所述第一条形槽沿所述D形弧面翼翼肋1的下方翼肋的肋身方向设置，所述第一条形槽上滑动安装第一伸缩翼肋6，所述D形弧面翼翼肋1的上下两个翼肋之间安装舵机3，所述舵机3的摆臂4的移动端通过连接杆5与所述第一伸缩翼肋6连接。所述连接杆5一端连接所述摆臂4的移动端，所述连接杆5的另一端连接第一伸缩翼肋6，其中，所述D形弧面翼翼肋1的上方翼肋和所述D形弧面翼翼肋1的下方翼肋之间镂空。
D形弧面翼翼肋1的具体形状为呈两个弧形翼肋围成的D形，在下面的翼肋的尾端延伸出一段弧形翼肋，这段翼肋上设置一个条形槽，实际上，第一条形槽和第二条形槽一样，第一伸缩翼肋6的结构和第二伸缩翼肋7的结构一样。
如图6所示，所述P形弧面翼翼肋2的下方翼肋长于所述P形弧面翼翼肋2的上方翼肋，所述P形弧面翼翼肋2的下方翼肋的尾部设置有与所述P形弧面翼翼肋2一体化设置的第二条形槽，所述第二条形槽沿所述P形弧面翼翼肋2的下方翼肋的肋身方向设置，所述第二条形槽上滑动安装第二伸缩翼肋7。第一伸缩翼肋6和第二伸缩翼肋7都各自为一个独立的弧形翼肋，这个弧形翼肋上设置一个凸起，凸起与这个第一条形槽或者第二条形槽适配，凸起可以根据需求设置形状，使凸起和这个条形槽卡接，使得第一伸缩翼肋6不从第一条形槽上脱离，使得第二伸缩翼肋7不从第二条形槽上脱离。其中，所述P形弧面翼翼肋2的下方翼肋长于所述D形弧面翼翼肋1的下方翼肋。两种不同形状翼肋的设计在满足机架8的强度的同时，还满足轻便。
所述第一伸缩翼肋6和第二伸缩翼肋7安装在同一块翼膜内壁；当所述舵机3的摆臂4转动时，所述舵机3的摆臂4通过所述连接杆5带动所述第一伸缩翼肋6沿所述第一条形槽直线移动，所述第一伸缩翼肋6通过所述翼膜带动所述第二伸缩翼肋7在所述第二条形槽上直线移动。
优选的一种实施方式，本装置还包括控制模块，所述控制模块与所述舵机3信号连接，所述控制模块用于根据转向指令确定所述舵机3的转动方向和目标角度。控制模块等为现有技术，本申请不做赘述。
具体的一种实施方式，控制模块用于在接收到仿生扑翼飞行器的遥控器发送来的转向指令时，根据所述转向指令确定所述舵机3的转动方向和目标角度，启动所述舵机3按照所述转动方向开始转动，根据控制模块信号值确定所述舵机3的转动角度，并在所述舵机3的转动角度达到目标角度时控制所述舵机3停转。
具体的一种实施方式，所述舵机3应当左右对称安装在靠近机体的弧面翼翼肋的相应位置，用胶水或其他合适方式固定，当所述舵机3带动摆臂4转动时，可以带动所述舵机3与延伸翼肋连接杆5产生向前或者向后的拉力，从而驱动第一伸缩翼肋6向后拉，更改第一伸缩翼肋6的长度。由于第一伸缩翼肋6和所述第二伸缩翼肋7安装在同一块翼膜上，第一伸缩翼肋6的移动，第二伸缩翼肋7也移动。翼膜和翼肋的安装为现有技术，本申请不做赘述。
所述机架8两侧的D形弧面翼翼肋1和P形弧面翼翼肋2原理相同。
扑翼飞行器左侧为例，第一伸缩翼肋6和所述第二伸缩翼肋7应当共同组成机翼可延伸部分，如果机翼翼膜材质不能达到要求，可以通过连接杆5提高延伸机翼的整体强度。
所述第一伸缩翼肋6和所述第二伸缩翼肋7的伸缩可以更改机翼的有效面积。
优选的一种实施方式，所述翼架9为直线杆，所述P形弧面翼翼肋2的重量小于所述D形弧面翼翼肋1。所述P形弧面翼翼肋2的侧壁上设置通孔，所述D形弧面翼翼肋1的侧壁上设置通孔；本伸缩翼还包括支撑杆10，所述支撑杆10一端通过所述D形弧面翼翼肋1的通孔安装在所述D形弧面翼翼肋1上，所述支撑杆10的杆身穿过所述P形弧面翼翼肋2的通孔，所述支撑杆10的另一端安装在所述翼架9远离所述机架8的一端。
其中，所述D形弧面翼翼肋1、所述支撑杆10和所述翼架9围成直角三角结构。
当遥控器发送转向控制信号并由扑翼飞行机器人接收到，或飞行计划中需要转向时，由所述控制模块将控制信号通过PWM波输出到所述机翼一型翼肋的所述舵机3，所述舵机3根据PWM波来确定摆动幅度，通过所述舵机3的摆臂4带动所述舵机3与延伸翼肋连接杆5，并带动所述左侧延伸翼肋或者所述右侧延伸翼肋伸展或收回，并最终带动整个可伸展机翼的运动，进而实现机翼有效受力面积发生改变。
本发明提供的机翼结构简单、重量轻、易操控且控制效果较为明显，适合重量敏感、翼面较大的扑翼飞行机器人，可以在另一个角度提供解决扑翼飞行机器人的转弯问题的方案。相比较于其他的转向方式，本发明提供的机翼通过改变左右机翼的面积来实现转向效果，具有灵活、易操纵的特点。转向机构设置在弧面翼翼肋上，可以节省机身空间安装更多需要部件，或者进一步缩短机身长度，具有较高的仿生性。
如图2-图5所示，一种机翼可伸缩的飞行装置的使用方法，包括上述的机翼可伸缩的飞行装置，包括：
S1、根据单侧机翼的总动力，计算单侧机翼需要设置的有效面积；
S2、根据所述单侧机翼需要设置的有效面积得出第一伸缩翼肋6和第二伸缩翼肋7需要调整的距离；
S3、舵机3根据所述第一伸缩翼肋6和所述第二伸缩翼肋7需要调整的距离转动所述舵机3的摆臂4，直至所述单侧机翼的面积等于所述单侧机翼需要设置的有效面积。
具体的调整方法为：
转动舵机3的摆臂4，所述舵机3的摆臂4通过所述连接杆5带动所述第一伸缩翼肋6沿所述第一条形槽直线移动，所述第一伸缩翼肋6通过所述翼膜带动所述第二伸缩翼肋7在所述第二条形槽上直线移动。
其中，所述S1的根据单侧机翼的总动力，计算单侧机翼需要设置的有效面积包括：
S11、计算单侧机翼的总动力，所述单侧机翼的总动力的计算公式为公式(1)：
FL为单侧机翼产生的升力，FD为单侧机翼产生的推力，ρ为空气密度，UCP为机翼压力中心的相对速度，CL为机翼的升力系数，CD为机翼的阻力系数，S为单侧机翼需要设置的有效面积。
根据计算可以知道，当面积发生变化时，单侧机翼的动力也会发生变化。当面积增大时，该侧机翼产生的动力就会增大，而当面积减小时，该侧机翼所产生的动力就会减小。在机体坐标系下，规定O为坐标系原点也即扑翼飞行机器人质心，OX轴位于扑翼飞行器参考平面内平行于机身轴线并指向扑翼飞行器前方，OY轴垂直于扑翼飞行器参考面并指向扑翼飞行器右方，OZ轴在参考面内垂直于XOY平面，指向航空器下方。由于扑翼飞行机器人的两侧弧面翼产生不同的升力和推力，从而会导致产生基于机体坐标系下的OX轴和OZ轴的力矩，从而会形成滚转效果和偏航效果，进而控制扑翼飞行机器人转向。两侧机翼面积相差越大，产生的升力相差越大，因此力矩也会增大，转弯半径越小。
当遥控器发送转向控制信号并由扑翼飞行机器人接收到，或飞行计划中需要转向时，由所述控制模块将控制信号通过PWM波输出到所述机翼一型翼肋的所述舵机3，所述舵机3根据PWM波来确定摆动幅度，通过所述舵机3的摆臂4带动所述舵机3与延伸翼肋连接杆5，并带动所述左侧延伸翼肋或者所述右侧延伸翼肋伸展或收回，并最终带动整个可伸展机翼的运动，进而实现机翼有效受力面积发生改变。
本发明提供的机翼结构简单、重量轻、易操控且控制效果较为明显，适合重量敏感、翼面较大的扑翼飞行机器人，可以在另一个角度提供解决扑翼飞行机器人的转弯问题的方案。相比较于其他的转向方式，本发明提供的机翼通过改变左右机翼的面积来实现转向效果，具有灵活、易操纵的特点。转向机构设置在弧面翼翼肋上，可以节省机身空间安装更多需要部件，或者进一步缩短机身长度，具有较高的仿生性。
本编队方法主要通过集中式方式控制编队，该方法控制精度较高，效果最好，而且结构简单，实现也相对简单，并且通过将计算都移交至地面计算机的方法，来降低对飞控硬件的要求，减轻重量。本发明系统通过GPS的方式来进行编队，并结合速度姿态等状态信息，通过PID控制方法对单个扑翼飞行器进行控制，该控制方法可以提高控制效率。本发明主要针对扑翼飞行器设计控制算法，并根据扑翼飞行器的飞行特点，使用卡尔曼滤波法来进行降噪处理，并设计相应算法处理所接收的信息，降低扑翼飞行器由于自身的扑动所导致的高度信息不准确。
以下几点需要说明：
(1)本发明实施例附图只涉及到与本发明实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
(2)为了清晰起见，在用于描述本发明的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板1401之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”或者可以存在中间元件。
(3)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以得到新的实施例。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种扑翼飞行器编队方法，其特征在于，包括至少两个机翼可伸缩的飞行装置；
包括下述步骤：
在每个所述飞行装置上安装GPS装置和通信装置，
在同一个飞行装置中：所述GPS装置通过所述飞行装置的飞控装置信号连接，所述GPS装置与通信装置连接，所述飞控装置通过所述通信装置连接，所述通信装置与地面基站建立通信；
选定一个飞行装置为长机飞行器，其余的飞行装置为僚机；
每个所述飞行装置根据地面基站预设的飞行计划进行编队，所述地面基站根据所述长机飞行器的GPS位置信息和姿态信息，确定所述僚机的理论位置，所述地面基站将每个僚机对应理论位置发送给适配的僚机，所述僚机行根据对应的理论位置跟随长机，其中，所述长机飞行器根据所述地面基站的指示到达预设位置。
2.根据权利要求1所述的一种扑翼飞行器编队方法，其特征在于，所述飞行装置为扑翼飞行器，所述飞行装置包括两个机翼，两个所述机翼呈对称安装在所述机架的两侧；
所述机翼包括D形弧面翼翼肋、P形弧面翼翼肋、舵机和翼架；
所述翼架的一端安装在所述机架上，所述D形弧面翼翼肋和所述P形弧面翼翼肋的前端安装在所述翼架上，所述D形弧面翼翼肋设置在所述P形弧面翼翼肋和所述机架之间；
所述D形弧面翼翼肋的尾部设置有与所述D形弧面翼翼肋一体化设置的第一条形槽，所述第一条形槽沿所述D形弧面翼翼肋的下方翼肋的肋身方向设置，所述第一条形槽上滑动安装第一伸缩翼肋，所述D形弧面翼翼肋的上方翼肋和所述D形弧面翼翼肋的下方翼肋之间形成的空间用于安装舵机，所述舵机的摆臂的移动端通过连接杆与所述第一伸缩翼肋连接，所述连接杆一端连接所述摆臂的移动端，所述连接杆的另一端连接第一伸缩翼肋；
所述P形弧面翼翼肋的下方翼肋长于所述P形弧面翼翼肋的上方翼肋，所述P形弧面翼翼肋的下方翼肋长于所述D形弧面翼翼肋的下方翼肋，所述P形弧面翼翼肋的下方翼肋的尾部设置有与所述P形弧面翼翼肋一体化设置的第二条形槽，所述第二条形槽沿所述P形弧面翼翼肋的下方翼肋的肋身方向设置，所述第二条形槽上滑动安装第二伸缩翼肋；
所述第一伸缩翼肋和所述第二伸缩翼肋安装在同一块翼膜内壁；
当所述舵机的摆臂转动时，所述舵机的摆臂通过所述连接杆带动所述第一伸缩翼肋沿所述第一条形槽直线移动，所述第一伸缩翼肋通过所述翼膜带动所述第二伸缩翼肋沿所述第二条形槽直线移动。
3.根据权利要求2所述的一种扑翼飞行器编队方法，其特征在于，所述GPS装置安装在所述机架的头部顶端；
所述飞控装置安装在所述机架的中部，所述飞控装置用于设置所述飞行装置的飞行参数；
通信装置，所述通信装置安装在所述机架的尾部，所述通信装置的天线沿所述机架的机身方向向外延伸。
4.根据权利要求2所述的一种扑翼飞行器编队方法，其特征在于，所述在所述每个所述飞行装置根据地面基站预设的飞行计划进行编队前，检查所述地面基地是否能接收长机飞行器的信号，若不能，则停止飞行，检查原因，若能接收到所述长机飞行器的信号，则检查所述僚机是否能接收所述地面基地的信号，若不能，则停止飞行，若能接收到所述地面基地的信号，所述飞行装置根据编队算法实现编队。
5.根据权利要求2所述的一种扑翼飞行器编队方法，其特征在于，所述飞行装置还包括控制模块，所述控制模块与所述舵机信号连接，所述控制模块用于根据转向指令确定所述舵机的转动方向和目标角度；
所述舵机通过胶水安装在所述D形弧面翼翼肋；
所述D形弧面翼翼肋的上方翼肋和所述D形弧面翼翼肋的下方翼肋之间镂空。
6.根据权利要求5所述的一种扑翼飞行器编队方法，其特征在于，
所述翼架为直线杆；
所述P形弧面翼翼肋的重量小于所述D形弧面翼翼肋。
7.根据权利要求6所述的一种扑翼飞行器编队方法，其特征在于，所述P形弧面翼翼肋的侧壁上设置通孔，所述D形弧面翼翼肋的侧壁上设置通孔；
还包括支撑杆，所述支撑杆一端通过所述D形弧面翼翼肋的通孔安装在所述D形弧面翼翼肋上，所述支撑杆的杆身穿过所述P形弧面翼翼肋的通孔，所述支撑杆的另一端安装在所述翼架远离所述机架的一端；
所述D形弧面翼翼肋、所述支撑杆和所述翼架围成直角三角结构。
8.根据权利要求3所述的一种扑翼飞行器编队方法，其特征在于，在同一个飞行装置中，所述飞控装置与所述飞行装置中的传感器组连接；
所述传感器组包括陀螺仪、空速器和加速度计。
9.根据权利要求1所述一种扑翼飞行器编队方法，其特征在于，所述飞行装置的单侧机翼的调整方法包括：
根据单侧机翼的总动力，计算单侧机翼需要设置的有效面积；
根据所述单侧机翼需要设置的有效面积得出第一伸缩翼肋和第二伸缩翼肋需要调整的距离；
舵机根据所述第一伸缩翼肋和所述第二伸缩翼肋需要调整的距离转动所述舵机的摆臂，直至所述单侧机翼的面积等于所述单侧机翼需要设置的有效面积。
10.根据权利要求1所述一种扑翼飞行器编队方法，其特征在于，所述根据单侧机翼的总动力，计算单侧机翼需要设置的有效面积包括：
计算单侧机翼的总动力，所述单侧机翼的总动力的计算公式为公式(1)：
FL为单侧机翼产生的升力，FD为单侧机翼产生的推力，ρ为空气密度，UCP为机翼压力中心的相对速度，CL为机翼的升力系数，CD为机翼的阻力系数，S为单侧机翼需要设置的有效面积。
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