CN116767522A - 一种仿鸟扑翼机构、控制方法及仿鸟飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及仿生飞行器技术领域，具体公开了一种仿鸟扑翼机构、控制方法及仿鸟飞行器，其中，仿鸟扑翼机构包括底座、转动安装在底座上的且绕X轴方向转动的仿鸟羽翼一、与仿鸟羽翼一转动配合且绕X轴和Y轴方向转动的仿鸟羽翼组件二、若干安装在仿鸟羽翼组件二和仿鸟羽翼一上的仿鸟羽毛、以及安装在底座上且与仿鸟羽毛分别连接的羽毛控制组件。一共公开了该仿鸟扑翼机构的控制方法、及基于仿鸟扑翼机构的仿生飞行器；本发明扑动频率高，升力大，能够减少来风对于飞行的影响，能够有效的提高飞行稳定性和飞行效率。

Description

一种仿鸟扑翼机构、控制方法及仿鸟飞行器

技术领域

本发明涉及仿生飞行器技术领域，更具体地讲，涉及一种仿鸟扑翼机构、控制方法及仿鸟飞行器。

背景技术

扑翼飞行器是指像鸟一样通过机翼主动运动产生升力和前行力的飞行器，又称为振翼机。其特征是：机翼主动运动；靠机翼拍打空气的反力作为升力及前行力；通过机翼及尾翼的位置改变进行机动飞行。

在民用和军事领域，小型飞行器的应用越来越广泛，尤其是仿鸟飞行器，在军事领域发挥着侦察、救援等重要的作用。

鸟类扑动翅膀是一种复杂的运动，仿鸟扑翼机构的研究已经成为学者们研究的重要的课题。

目前大部分的仿鸟扑翼机构只能实现上下扑动，此类仿鸟扑翼机构扑动频率低，升力小，会产生较大的惯性，飞行稳定性难以确保。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种仿鸟扑翼机构、控制方法及仿鸟飞行器，扑动频率高，升力大，能够减少来风飞行的影响，能够有效的提高飞行稳定性和飞行效率；

本发明解决技术问题所采用的解决方案是：

一方面：

本发明公开了一种仿鸟扑翼机构，包括底座、转动安装在底座上的且绕X轴方向转动的仿鸟羽翼一、与仿鸟羽翼一转动配合且绕X轴和Y轴方向转动的仿鸟羽翼组件二、若干安装在仿鸟羽翼组件二和仿鸟羽翼一上的仿鸟羽毛、以及安装在底座上且与仿鸟羽毛分别连接的羽毛控制组件。

在一些可能的实施方式中，

所述仿鸟羽翼组件二包括绕X轴方向转动且与仿鸟羽翼一转动配合的旋转组件、与旋转转组件连接且绕X轴和Y轴方向分别转动的仿鸟羽翼二、以及与仿鸟羽翼二转动连接且绕Y轴方向转动的仿鸟羽翼三。

在一些可能的实施方式中，

所述旋转组件包括安装在仿鸟羽翼二远离仿鸟羽翼一一侧的旋转座、安装在旋转座上且沿X轴方向设置的X向转轴二、一端与X向转轴二连接的旋转杆、以及一端与旋转杆远离旋转座一端铰接且另外一端与仿鸟羽翼三连接的连杆。

在一些可能的实施方式中，

所述旋转杆设置有与仿鸟羽翼二转动连接的螺栓，所述螺栓沿Y轴方向设置。

在一些可能的实施方式中，

在所述底座上设置有X向转轴一；所述仿鸟羽翼一与X向转轴一连接且绕X轴方向转动。

在一些可能的实施方式中，

所述羽毛控制组件包括分别与仿鸟羽毛连接的一根细绳，与细绳一端连接且安装在底座上的收放绳组件。

在一些可能的实施方式中，

所述羽毛控制组件还包括安装在底座上且位于仿鸟羽翼一与收放绳组件之间的导向轮。

另一方面：

本发明还公开了一种仿鸟扑翼机构的控制方法，

飞行时，通过控制X向转轴二的转动，带动仿鸟羽翼一、仿鸟羽翼组件二绕X轴方向转动，实现仿鸟羽翼一与仿鸟羽翼组件二上下扑动；

在飞行过程中，检测到有来风，并来风风速增大时；通过控制旋转杆绕X轴方向逆时针转动，带动仿鸟羽翼二绕X轴方向进行逆时针转动；控制仿鸟羽翼二绕Y轴做逆时针运动，并与旋转杆之间的夹角逐渐变大，仿鸟羽翼二绕Y轴运动带动仿鸟羽翼三绕Y轴方向做顺时针运动；整个仿鸟扑翼机构收缩，通过收放绳组件控制细绳收缩，控制仿鸟羽毛收缩；

在来风风速逐渐较小时，通过控制旋转杆绕X轴方向顺时针转动，带动仿鸟羽翼二绕X轴方向进行顺时针转动；控制仿鸟羽翼二绕Y轴做顺时针运动，并与旋转杆之间的夹角逐渐变小，仿鸟羽翼二绕Y轴运动带动仿鸟羽翼三绕Y轴方向做逆时针运动；整个仿鸟扑翼机构伸展，通过收放绳组件控制细绳伸长，控制仿鸟羽毛伸展。

最后一方面：

本发明最后公开了一种仿鸟飞行器，包括机身以及两组对称安装在机身上且如以上所述的仿鸟扑翼机构。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明通过控制仿鸟羽翼一、仿鸟羽翼组件二绕X轴方向的转动，从而实现扑动；

本发明在使用时，当检测到有来风时，通过控制仿鸟羽翼二绕X轴和Y轴方向的转动，并控制带动仿鸟羽翼三绕Y轴方向的转动，来改变整个仿鸟羽翼机构的面积，应对来风，减少高速飞行时的飞行阻力或增强低速飞行时滞空性；降低来风对飞行造成的影响，为飞行提高良好的稳定性和飞行效率；

本发明结构简单、实用性强。

附图说明

图1为本发明中仿鸟羽翼机构的结构示意图；

图2为本发明中底座、收放绳组件、X向转轴一的结构示意图；

图3为本发明中仿鸟羽翼组件二绕X轴转动的结构示意图；

图4为本发明中仿鸟羽翼二、仿鸟羽翼三与旋转杆配合实现收缩的结构示意图；

图5为本发明种旋转座、旋转杆、连杆、X向转轴一、螺栓的连接关系示意图；

其中：1、底座；2、仿鸟羽翼一；3、仿鸟羽翼二；4、仿鸟羽翼三；5、旋转组件；7、连杆；8、仿鸟羽毛；9、细绳；10、螺栓一；11、收放绳组件；12、旋转座；13、旋转杆；14、X向转轴一；15、X向转轴二。

具体实施方式

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。本申请所提及的"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"或者"一"等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。在本申请实施中，“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个定位柱是指两个或两个以上的定位柱。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面对本发明进行详细说明。

如图1-图5所示：

一方面：

本发明公开了一种仿鸟扑翼机构，包括与仿鸟飞行器的机身进行连接的底座1、转动安装在底座1上的且绕X轴方向转动的仿鸟羽翼一2、与仿鸟羽翼一2转动配合且绕X轴和Y轴方向转动的仿鸟羽翼组件二、若干安装在仿鸟羽翼组件二和仿鸟羽翼一2上的仿鸟羽毛8、以及安装在底座1上且与仿鸟羽毛8分别连接的羽毛控制组件。

通过仿鸟羽翼一2绕X轴方向的转动，带动仿鸟羽翼组件绕X轴方向的转动，从而实现上下扑动，实现飞行；

当检测到有来风时，通过控制仿鸟羽翼组件二、仿鸟羽毛8的收缩或伸展来应对来风对飞行的影响，从而实现降低来风对于飞行的影响，减少高速飞行时的飞行阻力或增强低速飞行时滞空性，进而提高飞行效率和飞行稳定性；

如：当来风风速持续增加大，通过控制仿鸟羽翼组件二、仿鸟羽毛8的收缩来减小来风对于飞行的影响；

当来风风速在增大到某个速度后进行减小时，通过控制仿鸟羽翼组件二、仿鸟羽毛8的伸展来应对来风对于飞行的影响；进而使得有效的提高飞行效率和飞行稳定性。

在一些可能的实施方式中，为了有效的实现仿鸟羽翼组件二的收缩或伸展，进而实现能够应对来风对于飞行的影响；

所述仿鸟羽翼组件二包括绕X轴方向转动且与仿鸟羽翼一2转动配合的旋转组件5、与旋转转组件连接且绕X轴和Y轴方向分别转动的仿鸟羽翼二3、以及与仿鸟羽翼二3转动连接且绕Y轴方向转动的仿鸟羽翼三4。

旋转组件5与仿鸟羽翼一2远离底座1的一端连接，并与仿鸟羽翼二3通过两个转动点实现绕Y轴和X轴方向的转动，仿鸟羽翼三4与仿鸟羽翼二3远离仿鸟羽翼一2的一端转动连接，在仿鸟羽翼二3绕Y轴方向转动时，在仿鸟羽翼二3与旋转组件5的配合下带动仿鸟羽翼三4绕Y轴方向转动，在仿鸟羽翼二3绕X轴方向转动时，带动仿鸟羽翼三4绕X轴方向转动。

在一些可能的实施方式中，为了有效的实现通过仿鸟羽翼二3与旋转组件5的配合实现仿鸟羽翼三4绕X轴和Y轴的转动。

所述旋转组件5包括安装在仿鸟羽翼二3远离仿鸟羽翼一2一侧的旋转座12、安装在旋转座12上且沿X轴方向设置的X向转轴二14、一端与X向转轴二14连接的旋转杆13、以及一端与旋转杆13远离旋转座12一端铰接且另外一端与仿鸟羽翼三4连接的连杆7。

旋转座12安装在仿鸟羽翼一2上，且设置用于安装X向转轴二14的安装槽，旋转杆13的一端与X向转轴二14连接且能够绕X向转轴二14的轴向进行转动，旋转杆13的另外一端与连杆7的一端连接，连杆7的另外一端与仿鸟羽翼三4连接，同时仿鸟羽翼二3通过设置在旋转杆13上的螺栓一10与旋转杆13转动配合；螺栓一10设置在旋转杆13的中部且沿Y轴方向设置；

如图4所示，仿鸟羽翼二3与仿鸟羽翼三4通过螺栓二转动配合，螺栓二沿Y轴方向设置，仿鸟羽翼三4可实现绕Y轴方向转动，连杆7的一端与仿鸟羽翼三4铰接，连杆7的另外一端与旋转杆13铰接，仿鸟羽翼二3的另外一端与旋转杆13通过螺栓一10转动连接；仿鸟羽翼二3、仿鸟羽翼三4、旋转杆13、连杆7依次连接形成一个四边形结构，由于两者之间均为铰接转动配合；从而使得在仿鸟羽翼二3绕Y轴方向转动时，将带动仿鸟羽翼三4绕螺栓二的轴向实现绕Y轴方向转动，且仿鸟羽翼二3和仿鸟羽翼三4绕Y轴方向转动方向相反；

如来风逐渐增大时，仿鸟羽翼二3绕Y轴做逆时针运动，并与旋转杆13之间的夹角逐渐变大，仿鸟羽翼二3绕Y轴运动带动仿鸟羽翼三4绕Y轴方向做顺时针运动；整个仿鸟扑翼机构收缩，通过收放绳组件11控制细绳9收缩，控制仿鸟羽毛8收缩；

如来风在增大到某个风速后减小时，控制仿鸟羽翼二3绕Y轴做顺时针运动，并与旋转杆13之间的夹角A逐渐变小，仿鸟羽翼二3绕Y轴运动带动仿鸟羽翼三4绕Y轴方向做逆时针运动；整个仿鸟扑翼机构伸展，通过收放绳组件11控制细绳9伸长，控制仿鸟羽毛8伸展。

在一些可能的实施方式中，

在所述底座1上设置有X向转轴一15；所述仿鸟羽翼一2与X向转轴一15连接且绕X轴方向转动。

在一些可能的实施方式中，为了有效的实现羽毛的收缩与伸展，使得与仿鸟羽翼(仿鸟羽翼一2、仿鸟羽翼二3、仿鸟羽翼三4)进行配合，最大可能性的应对来风对于飞行的影响。

所述羽毛控制组件包括分别与仿鸟羽毛8连接的一根细绳9，与细绳9一端连接且安装在底座1上的收放绳组件11。

当仿鸟羽翼收缩时，收放绳组件11将对细绳9进行收缩，细绳9的收缩使得仿鸟羽毛8向靠近底座1一侧运动，使其展开面积变小；

反之，则增大；

在收放绳组件11进行收绳时，细绳9会被拉动，靠近收放绳组件11的仿鸟羽毛8收到细绳9的拉力进行运动，从而继续拉动细绳9的运动，与其相邻的仿鸟羽毛8受到细绳9的拉力也会继续运动；以此类推，可以继续带动后面的仿鸟羽毛8进行运动。因此细绳9在仿鸟羽毛8的运动中发挥着重要作用，能够促进其联动效应。

在一些可能的实施方式中，

所述羽毛控制组件还包括安装在底座1上且位于仿鸟羽翼一2与收放绳组件11之间的导向轮。

采用细绳9作为相邻仿鸟羽毛8的连接装置，不仅减轻仿鸟扑翼机构的重量，使整个装置更加轻便，从而带动仿鸟羽毛8运动所需要的能量就更少，而且满足了仿鸟羽毛8的动力来源，控制仿鸟羽毛8的运动，并且具有较强的弹性和韧性，使仿鸟羽毛8运动参数更加精确；旋转组件5的设计不仅起到了连接的作用，还能使得仿鸟羽翼二3能够实现绕X轴和Y轴方向的转动更加从符合扑翼机构的运动要求。

另一方面：

本发明还公开了一种仿鸟扑翼机构的控制方法，

飞行时，通过控制X向转轴二14的转动，带动仿鸟羽翼一2、仿鸟羽翼组件二绕X轴方向转动，实现仿鸟羽翼一2与仿鸟羽翼组件二上下扑动；

在飞行过程中，检测到有来风，并来风风速增大时：

如图3所示，通过控制旋转杆13绕X向转轴二14的轴向做逆时针运动，实现绕X轴方向逆时针运动，带动仿鸟羽翼二3绕X轴方向进行逆时针转动；

如图4所示，旋转杆13绕X向转轴二14在Y轴与Z轴所形成的平面内的转动角度为0-90°；

控制仿鸟羽翼二3绕螺栓一10轴向做逆时针转动实现仿鸟羽翼二3绕Y轴做逆时针运动，并与旋转杆13之间的夹角逐渐变大，仿鸟羽翼二3绕Y轴运动带动仿鸟羽翼三4绕Y轴方向做顺时针运动；整个仿鸟扑翼机构收缩，通过收放绳组件11控制细绳9收缩，控制仿鸟羽毛8收缩；

在来风风速逐渐较小时，通过控制旋转杆13绕X轴方向顺时针转动，带动仿鸟羽翼二3绕X轴方向进行顺时针转动；控制仿鸟羽翼二3绕Y轴做顺时针运动，并与旋转杆13之间的夹角逐渐变小，仿鸟羽翼二3绕Y轴运动带动仿鸟羽翼三4绕Y轴方向做逆时针运动；整个仿鸟扑翼机构伸展，通过收放绳组件11控制细绳9伸长，控制仿鸟羽毛8伸展。

最后一方面：

本发明最后公开了一种仿鸟飞行器，包括机身以及两组对称安装在机身上且如以上所述的仿鸟扑翼机构。

机身上设置有风速监测传感器、姿态调整控制单元；飞行时风速监测传感器监测来风，姿态调整控制单元控制仿鸟扑翼机构进行收缩或伸展来应对来风对于飞行的影响。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种仿鸟扑翼机构，其特征在于，包括底座、转动安装在底座上的且绕X轴方向转动的仿鸟羽翼一、与仿鸟羽翼一转动配合且绕X轴和Y轴方向转动的仿鸟羽翼组件二、若干安装在仿鸟羽翼组件二和仿鸟羽翼一上的仿鸟羽毛、以及安装在底座上且与仿鸟羽毛分别连接的羽毛控制组件。

2.根据权利要求1所述的一种仿鸟扑翼机构，其特征在于，所述仿鸟羽翼组件二包括绕X轴方向转动且与仿鸟羽翼一转动配合的旋转组件、与旋转转组件连接且绕X轴和Y轴方向分别转动的仿鸟羽翼二、以及与仿鸟羽翼二转动连接且绕Y轴方向转动的仿鸟羽翼三。

3.根据权利要求2所述的一种仿鸟扑翼机构，其特征在于，所述旋转组件包括安装在仿鸟羽翼二远离仿鸟羽翼一一侧的旋转座、安装在旋转座上且沿X轴方向设置的X向转轴二、一端与X向转轴二连接的旋转杆、以及一端与旋转杆远离旋转座一端铰接且另外一端与仿鸟羽翼三连接的连杆。

4.根据权利要求3所述的一种仿鸟扑翼机构，其特征在于，在所述旋转杆设置有与仿鸟羽翼二转动连接的螺栓，所述螺栓沿Y轴方向设置。

5.根据权利要求1所述的一种仿鸟扑翼机构，其特征在于，在所述底座上设置有X向转轴一；所述仿鸟羽翼一与X向转轴一连接且绕X轴方向转动。

6.根据权利要求1所述的一种仿鸟扑翼机构，其特征在于，所述羽毛控制组件包括分别与仿鸟羽毛连接的一根细绳，与细绳一端连接且安装在底座上的收放绳组件。

7.根据权利要求6所述的一种仿鸟扑翼机构，其特征在于，所述羽毛控制组件还包括安装在底座上且位于仿鸟羽翼一与收放绳组件之间的导向轮。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种仿鸟扑翼机构的控制方法，其特征在于，

飞行时，通过控制X向转轴二的转动，带动仿鸟羽翼一、仿鸟羽翼组件二绕X轴方向转动，实现仿鸟羽翼一与仿鸟羽翼组件二上下扑动；

在飞行过程中，检测到有来风，并来风风速增大时；通过控制旋转杆绕X轴方向逆时针转动，带动仿鸟羽翼二绕X轴方向进行逆时针转动；控制仿鸟羽翼二绕Y轴做逆时针运动，并与旋转杆之间的夹角逐渐变大，仿鸟羽翼二绕Y轴运动带动仿鸟羽翼三绕Y轴方向做顺时针运动；整个仿鸟扑翼机构收缩，通过收放绳组件控制细绳收缩，控制仿鸟羽毛收缩；

在来风风速逐渐较小时，通过控制旋转杆绕X轴方向顺时针转动，带动仿鸟羽翼二绕X轴方向进行顺时针转动；控制仿鸟羽翼二绕Y轴做顺时针运动，并与旋转杆之间的夹角逐渐变小，仿鸟羽翼二绕Y轴运动带动仿鸟羽翼三绕Y轴方向做逆时针运动；整个仿鸟扑翼机构伸展，通过收放绳组件控制细绳伸长，控制仿鸟羽毛伸展。

9.一种仿鸟飞行器，其特征在于，包括机身以及两组对称安装在机身上且如权利要求1-7任一项所述的仿鸟扑翼机构。