CN117087868A - 一种仿鸟扑翼飞行器及其攀附机构和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿鸟扑翼飞行器及其攀附机构和使用方法，该攀附机构的末端连接件与舵机固定连接；舵机固定架固定安装于外套筒的一端部；舵机固定安装于舵机固定架，用于调节夹具的角度；外套筒的另一端部通过连接套筒与传动套筒固定连接，外套筒、连接套筒以及传动套筒同轴设置；夹具能够自动闭合地安装于传动套筒远离连接套筒的一端部；动力元件固定安装于外套筒内；传动组件传动连接于动力元件与夹具之间，用于通过动力元件产生的动力使夹具张开。上述攀附机构能够实现仿鸟扑翼飞行器的稳定攀附，节省能源，提高了仿鸟扑翼飞行器的灵活性和适应能力，增加仿鸟扑翼飞行器的续航时间。

Description

一种仿鸟扑翼飞行器及其攀附机构和使用方法

技术领域

本发明涉及扑翼飞行器技术领域，具体涉及一种仿鸟扑翼飞行器及其攀附机构和使用方法。

背景技术

仿鸟扑翼飞行器因具备恶劣环境下的超常适应性、复杂环境下的超长灵活性、作战环境下的超强伪装性及战场环境下的超强感知力，近年来成为各领域的研究热点。但现有扑翼飞行器存在能源利用效率低、任务执行时间短等诸多问题，通过设计攀附机构，使飞行器具备常见环境下的暂栖能力，可实现超长待机，但目前鲜有具备攀附能力的仿鸟扑翼机。

发明内容

本发明提供了一种仿鸟扑翼飞行器及其攀附机构和使用方法，该攀附机构通过动力元件、传动组件以及夹爪的配合能够实现仿鸟扑翼飞行器的稳定攀附，动力元件不需要持续工作节省能源，提高了仿鸟扑翼飞行器的灵活性和适应能力，提高能源利用效率，增加仿鸟扑翼飞行器的续航时间，克服了传统仿鸟扑翼飞行器无法实现灵活起飞降落、续航时间短的技术问题。

本发明采用以下具体技术方案：

本发明提供了一种仿鸟扑翼飞行器的攀附机构，该攀附机构包括末端连接件、舵机固定架、舵机、外套筒、传动套筒、连接套筒、动力元件、传动组件以及夹具；

所述末端连接件的一端部与所述舵机固定连接，另一端部用于连接扑翼飞行器的机架；

所述舵机固定架固定安装于所述外套筒的一端部；

所述舵机固定安装于所述舵机固定架，用于调节所述夹具的角度；

所述外套筒的另一端部通过所述连接套筒与所述传动套筒固定连接，所述外套筒、所述连接套筒以及所述传动套筒同轴设置；

所述夹具能够自动闭合地安装于所述传动套筒远离所述连接套筒的一端部；

所述动力元件固定安装于所述外套筒内；

所述传动组件传动连接于所述动力元件与所述夹具之间，用于通过所述动力元件产生的动力使所述夹具张开。

更进一步地，所述传动组件包括螺杆、滑块以及柔性绳；

所述螺杆位于所述传动套筒内，并沿所述传动套筒的轴向延伸，一端与所述动力元件固定连接；

所述传动套筒内设置有沿其轴向延伸的导轨；

所述滑块与所述螺杆螺旋配合，并与所述导轨通过型面滑动配合，使得所述滑块在所述动力元件驱动所述螺杆旋转时能够沿所述传动套筒的轴向滑动；

所述柔性绳的一端与所述滑块固定连接，另一端穿过所述传动套筒的侧壁后与所述夹具固定连接。

更进一步地，所述夹具包括夹爪固定架、限位套筒、夹爪、定位销以及弹簧；

所述限位套筒与所述连接套筒相对设置，固定连接于所述传动套筒的端部；

两个所述夹爪固定架对称地固定连接于所述限位套筒；

在每个所述夹爪固定架上通过轴承和螺栓转动连接有上下对称的两个所述夹爪；

在每个所述夹爪与所述滑块之间均连接有一个所述柔性绳；

在上侧两个所述夹爪之间以及下侧两个所述夹爪之间均固定连接有一个所述定位销；所述弹簧连接于两个所述定位销之间，所述弹簧用于产生使上下相对的两个所述夹爪闭合的弹力；

当上下相对的两个所述夹爪闭合时，所述弹簧位于所述螺栓背离所述限位套筒的一侧；当所述夹爪张开后，所述弹簧移动至所述螺栓与所述限位套筒之间，使所述夹爪在张开后具有自锁功能。

更进一步地，所述夹具还包括柔性膜；

所述柔性膜附着于所述夹爪的内表面，用于通过所述柔性膜的粗糙面增大摩擦力。

更进一步地，所述传动组件还包括安装于所述传动套筒内的滑轮；

所述柔性绳绕过所述滑轮，用于通过所述滑轮实现换向；

在所述传动套筒朝向所述夹具的一端侧壁设置有用于使所述柔性绳穿出的缝隙。

更进一步地，在所述外套筒的两侧对称布置有两个所述舵机固定架，两个所述舵机固定架之间固定连接并夹紧于所述外套筒的外周侧；

所述舵机固定架设置有与所述舵机形状配合的卡槽，所述舵机卡接于所述卡槽内。

更进一步地，所述末端连接件与所述舵机连接的一端部设置有通孔；

所述舵机设置有输出轴；

所述输出轴与所述通孔利用温差法实现过盈配合；

所述连接套筒与所述外套筒和所述传动套筒、以及所述限位套筒与所述传动套筒之间均过盈配合。

更进一步地，所述动力元件为电机；

所述柔性绳的材质为碳纤维；

所述柔性膜的材质为硅橡胶；

所述夹爪为C型板状结构，两端部具有相对的凸起。

同时，本发明还提供了一种仿鸟扑翼飞行器，该仿鸟扑翼飞行器包括上述技术方案中提供的任意一种攀附机构。

另外，本发明还提供了一种上述技术方案中任意一种攀附机构的使用方法，该使用方法包括以下步骤：

步骤一，扑翼飞行器飞行过程中，动力元件带动螺杆转动，使滑块沿着导轨和螺杆朝向动力元件方向滑动，滑块拉动柔性绳朝向远离夹爪的方向移动，从而使夹爪绕与夹爪固定架的连接点转动，使上下相对的夹爪分离实现夹爪张开，夹爪张开后依靠弹簧实现自锁，同时动力元件反方向转动实现柔性绳的放松，停止向柔性绳提供张紧力；

步骤二，扑翼飞行器进行攀附之前，舵机通过输出轴调整夹爪的角度，使夹爪的张开方向朝向攀附物；

步骤三，扑翼飞行器攀附时，夹爪内侧的凸起与攀附物撞击后，使夹爪绕与夹爪固定架的连接点转动，使夹爪收紧，通过弹簧的拉力加大夹爪与攀附物之间的正压力，夹爪收紧后柔性膜被夹紧在夹爪于攀附物之间，通过柔性膜的粗糙面产生摩擦力，实现扑翼飞行器的攀附；

步骤四，扑翼飞行器起飞时，动力元件驱动螺杆旋转，使滑块沿着螺杆的轴向朝向动力元件方向滑动，通过柔性绳牵引夹爪张开，舵机打舵调整夹爪角度以便于扑翼飞行器起飞。

有益效果：

本发明的上述攀附机构使用时通过末端连接件与扑翼飞行器机架相连，以舵机控制夹具的角度，通过舵机打舵使夹具的开口对准攀附物，通过动力元件的转动带动滑块沿着导轨运动，从而带动柔性绳运动，再通过柔性绳牵引夹具打开，夹具完全打开后，由于弹簧弹力的作用线越过支点，此时夹具实现自锁，不需要动力元件提供动力也可保持张开状态，此时动力元件处于放松状态，夹具与杆件接触后，通过杆件和夹具内部的凸起的碰撞使夹具张开角度变小，待弹簧力的作用线移动至支点前方时，弹簧的弹力使夹具收紧，攀附机构依靠夹具上附着的柔性膜和攀附物之间的摩擦力使仿鸟扑翼飞行器攀附在攀附物上。综上所述，上述的攀附机构能够实现仿鸟扑翼飞行器的稳定攀附，同时由于不需要动力元件的持续工作节省了能源，提高了仿鸟扑翼飞行器的灵活性和适应能力。

仿鸟扑翼飞行器通过应用上述的攀附机构能够克服传统仿鸟扑翼飞行器无法实现灵活起飞降落、续航时间短的技术问题。

附图说明

图1为本发明攀附机构的结构示意图；

图2为图1中攀附机构的爆炸结构示意图；

图3为图1中攀附机构的剖视图。

其中，1-末端连接件，2-舵机固定架，3-舵机，4-外套筒，5-传动套筒，6-连接套筒，7-滑块，8-螺杆，9-夹爪固定架，10-限位套筒，11-夹爪，12-定位销，13-动力元件，14-弹簧，15-柔性绳，16-滑轮，17-安装板，51-导轨，111-凸起。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

实施例一

本实施例提供了一种仿鸟扑翼飞行器，该仿鸟扑翼飞行器包括攀附机构；如图1、图2和图3结构所示，该攀附机构包括末端连接件1、舵机固定架2、舵机3、外套筒4、传动套筒5、连接套筒6、动力元件13、传动组件以及夹具；

如图2所示，末端连接件1的一端部与舵机3固定连接，另一端部用于连接扑翼飞行器的机架；末端连接件1可以通过螺栓、螺母固定于机架上，通过末端连接件1实现攀附机构相对于扑翼飞行器的角度调节；在末端连接件1与舵机3连接的一端部可以设置有通孔；舵机3设置有输出轴；输出轴与通孔利用温差法实现过盈配合，实现末端连接件1与舵机3的固定连接；

舵机固定架2固定安装于外套筒4的一端部；如图2所示，在外套筒4的两侧对称布置有两个舵机固定架2，两个舵机固定架2之间固定连接并夹紧于外套筒4的外周侧，两个舵机固定架2之间可以通过螺栓、螺母、铆钉等紧固件固定连接在一起，并将外套筒4夹紧在中间，使得舵机固定架2与外套筒4之间连为一体；

舵机3固定安装于舵机固定架2，用于调节夹具的角度；舵机固定架2设置有与舵机3形状配合的卡槽，卡槽的高度与舵机3的高度相同；舵机3卡接于相对的两个舵机固定架2的卡槽内；舵机3也可以通过紧固件固定连接于舵机固定架2；

外套筒4的另一端部通过连接套筒6与传动套筒5固定连接，外套筒4、连接套筒6以及传动套筒5同轴设置；沿传动套筒5的轴向，连接套筒6位于外套筒4和传动套筒5之间；连接套筒6的一端与外套筒4通过过盈配合实现固定连接，另一端与传动套筒5通过过盈配合实现固定连接；

夹具能够自动闭合地安装于传动套筒5远离连接套筒6的一端部；

动力元件13固定安装于外套筒4内；动力元件13可以为电机；

传动组件传动连接于动力元件13与夹具之间，用于通过动力元件13产生的动力使夹具张开；传动组件可以包括螺杆8、滑块7以及柔性绳15；螺杆8位于传动套筒5内，并沿传动套筒5的轴向延伸，一端与动力元件13固定连接；螺杆8与动力元件13之间可以通过联轴器、十字纹进行固定连接，还可以设置有连接用的配合型面；传动套筒5内设置有沿其轴向延伸的导轨51；滑块7与螺杆8螺旋配合，并与导轨51通过型面滑动配合，使得滑块7在动力元件13驱动螺杆8旋转时能够沿传动套筒5的轴向滑动；导轨51可以为形成于传动套筒5内侧壁的突起轨道或滑槽，横截面形状可以为矩形、梯形、弧形等；与导轨51对应的，在滑块7上设置有与突起轨道形状配合的凹槽或与滑槽形状配合的定位块，通过导轨51与滑块7的形状配合，实现导轨51对滑块7的导向，并防止滑块7产生转动；柔性绳15的一端与滑块7固定连接，另一端穿过传动套筒5的侧壁后与夹具固定连接，通过滑块7沿传动套筒5的轴向滑动来控制柔性绳15对夹具的牵拉，从而控制夹具张开以进行攀附。柔性绳15的材质可以为碳纤维。

在上述攀附机构中，如图1和图2所示，夹具可以包括两个夹爪固定架9、限位套筒10、四个夹爪11、两个定位销12以及弹簧14；其中：

限位套筒10与连接套筒6相对设置，并固定连接于传动套筒5的端部，即，传动套筒5位于连接套筒6和限位套筒10之间；限位套筒10与传动套筒5之间可以通过过盈配合实现固定连接；限位套筒10还可以通过限位孔和螺钉与传动套筒5固定；

两个夹爪固定架9对称地固定连接于限位套筒10；夹爪固定架9可以通过卡槽和螺栓与限位套筒10固定；为了方便夹爪固定架9的安装，限位套筒10在背离传动套筒5的一端还可以设置有一个安装板17，两个夹爪固定架9对称设置在限位套筒10的轴向两侧，并固定安装于安装板17；

如图1所示，在每个夹爪固定架9上通过轴承（图中未示出）和螺栓（图中未示出）转动连接有上下对称的两个夹爪11，通过上下相对的两个夹爪11的相对运动进行闭合实现对攀附物的夹紧，以便进行攀附；通过上下相对的两个夹爪11的相背运动实现张开，以便使攀附物进入两个夹爪11之间或者从攀附物脱离；通过螺栓将夹爪11安装到夹爪固定架9上，并通过轴承使夹爪11能够绕螺栓相对夹爪固定架9进行摆动；夹爪11可以为C型板状结构，两端部具有相对的凸起111；

在每个夹爪11与滑块7之间均连接有一个柔性绳15，通过柔性绳15能够拉动夹爪11的一端，使得夹爪11绕螺栓摆动实现张开和闭合；

在上侧两个夹爪11之间以及下侧两个夹爪11之间均固定连接有一个定位销12，即，安装于两个夹爪固定架9上侧的两个夹爪11对称设置且通过一个定位销12实现上侧两个夹爪11的固定连接，安装于两个夹爪固定架9下侧的两个夹爪11对称设置且通过另一个定位销12实现下侧两个夹爪11的固定连接；弹簧14连接于两个定位销12之间，弹簧14用于产生使上下相对的两个夹爪11闭合的弹力，在上下相对的两个夹爪11张开时需要克服弹簧14的弹力；定位销12与夹爪11之间可以通过过盈配合实现连接；

当上下相对的两个夹爪11闭合时，弹簧14位于螺栓背离限位套筒10的一侧；当夹爪11张开后，弹簧14移动至螺栓与限位套筒10之间，使夹爪11在张开后具有自锁功能；夹爪11与夹爪固定架9的连接点、夹爪11与柔性绳15的连接点、以及夹爪11与定位销12的连接点之间成三角形分布。

上述攀附机构使用时通过末端连接件1与扑翼飞行器机架相连，以舵机3控制夹具的角度，通过舵机3打舵使夹具的开口对准攀附物，通过动力元件13的转动带动滑块7沿着导轨51运动，从而带动柔性绳15运动，再通过柔性绳15牵引夹具打开，夹具完全打开后，由于弹簧14弹力的作用线越过支点，此时夹具实现自锁，不需要动力元件13提供动力也可保持张开状态，此时动力元件13处于放松状态，夹具与杆件接触后，通过杆件和夹具内部的凸起111的碰撞使夹具张开角度变小，待弹簧14力的作用线移动至支点前方时，弹簧14的弹力使夹具收紧，攀附机构依靠夹具上附着的柔性膜和攀附物之间的摩擦力使仿鸟扑翼飞行器攀附在攀附物上。综上，上述的攀附机构能够实现仿鸟扑翼飞行器的稳定攀附，同时由于不需要动力元件13的持续工作节省了能源，提高了仿鸟扑翼飞行器的灵活性和适应能力。

上述仿鸟扑翼飞行器通过应用攀附机构能够克服传统仿鸟扑翼飞行器无法实现灵活起飞降落、续航时间短的技术问题。

一种具体的实施方式中，夹具还可以包括柔性膜（图中未示出）；柔性膜的材质可以为硅橡胶；柔性膜附着于夹爪11的内表面，用于通过柔性膜的粗糙面增大摩擦力。一方面，柔性膜可以缓冲夹爪11与攀附物的撞击震动，避免机构受损，另一方面柔性膜的摩擦系数大，弹簧14收紧时可产生大摩擦力矩，实现有效攀附。

更进一步地，传动组件还可以包括安装于传动套筒5内的滑轮16；柔性绳15绕过滑轮16，用于通过滑轮16实现换向；在传动套筒5朝向夹具的一端侧壁设置有用于使柔性绳15穿出的缝隙。

实施例二

本实施例提供了一种上述攀附机构的使用方法，该使用方法包括以下步骤：

步骤一，扑翼飞行器飞行过程中，动力元件13带动螺杆8转动，使滑块7沿着导轨51和螺杆8朝向动力元件13方向滑动，滑块7拉动柔性绳15朝向远离夹爪11的方向移动，从而使夹爪11绕与夹爪固定架9的连接点转动，使上下相对的夹爪11分离实现夹爪11张开，夹爪11张开后依靠弹簧14实现自锁，同时动力元件13反方向转动实现柔性绳15的放松，停止向柔性绳15提供张紧力；

步骤二，扑翼飞行器进行攀附之前，舵机3通过输出轴调整夹爪11的角度，使夹爪11的张开方向朝向攀附物；

步骤三，扑翼飞行器攀附时，夹爪11内侧的凸起111与攀附物撞击后，使夹爪11绕与夹爪固定架9的连接点转动，使夹爪11收紧，通过弹簧14的拉力加大夹爪11与攀附物之间的正压力，夹爪11收紧后柔性膜被夹紧在夹爪11与攀附物之间，通过柔性膜的粗糙面产生摩擦力，实现扑翼飞行器的攀附；

步骤四，扑翼飞行器起飞时，动力元件13驱动螺杆8旋转，使滑块7沿着螺杆8的轴向朝向动力元件13方向滑动，通过柔性绳15牵引夹爪11张开，舵机3打舵调整夹爪11角度以便于扑翼飞行器起飞。

通过采用上述使用方法能够实现扑翼飞行器的顺利攀附，并且能够提高攀附稳定性，在攀附过程中动力元件无需持续工作，从而能够节约能源，提高了扑翼飞行器的续航时间。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种仿鸟扑翼飞行器的攀附机构，其特征在于，包括末端连接件、舵机固定架、舵机、外套筒、传动套筒、连接套筒、动力元件、传动组件以及夹具；

所述末端连接件的一端部与所述舵机固定连接，另一端部用于连接扑翼飞行器的机架；

所述舵机固定架固定安装于所述外套筒的一端部；

所述舵机固定安装于所述舵机固定架，用于调节所述夹具的角度；

所述外套筒的另一端部通过所述连接套筒与所述传动套筒固定连接，所述外套筒、所述连接套筒以及所述传动套筒同轴设置；

所述夹具能够自动闭合地安装于所述传动套筒远离所述连接套筒的一端部；

所述动力元件固定安装于所述外套筒内；

所述传动组件传动连接于所述动力元件与所述夹具之间，用于通过所述动力元件产生的动力使所述夹具张开。

2.如权利要求1所述的攀附机构，其特征在于，所述传动组件包括螺杆、滑块以及柔性绳；

所述螺杆位于所述传动套筒内，并沿所述传动套筒的轴向延伸，一端与所述动力元件固定连接；

所述传动套筒内设置有沿其轴向延伸的导轨；

所述滑块与所述螺杆螺旋配合，并与所述导轨通过型面滑动配合，使得所述滑块在所述动力元件驱动所述螺杆旋转时能够沿所述传动套筒的轴向滑动；

所述柔性绳的一端与所述滑块固定连接，另一端穿过所述传动套筒的侧壁后与所述夹具固定连接。

3.如权利要求2所述的攀附机构，其特征在于，所述夹具包括夹爪固定架、限位套筒、夹爪、定位销以及弹簧；

所述限位套筒与所述连接套筒相对设置，固定连接于所述传动套筒的端部；

两个所述夹爪固定架对称地固定连接于所述限位套筒；

在每个所述夹爪固定架上通过轴承和螺栓转动连接有上下对称的两个所述夹爪；

在每个所述夹爪与所述滑块之间均连接有一个所述柔性绳；

在上侧两个所述夹爪之间以及下侧两个所述夹爪之间均固定连接有一个所述定位销；所述弹簧连接于两个所述定位销之间，所述弹簧用于产生使上下相对的两个所述夹爪闭合的弹力；

当上下相对的两个所述夹爪闭合时，所述弹簧位于所述螺栓背离所述限位套筒的一侧；当所述夹爪张开后，所述弹簧移动至所述螺栓与所述限位套筒之间，使所述夹爪在张开后具有自锁功能。

4.如权利要求3所述的攀附机构，其特征在于，所述夹具还包括柔性膜；

所述柔性膜附着于所述夹爪的内表面，用于通过所述柔性膜的粗糙面增大摩擦力。

5.如权利要求4所述的攀附机构，其特征在于，所述传动组件还包括安装于所述传动套筒内的滑轮；

所述柔性绳绕过所述滑轮，用于通过所述滑轮实现换向；

在所述传动套筒朝向所述夹具的一端侧壁设置有用于使所述柔性绳穿出的缝隙。

6.如权利要求5所述的攀附机构，其特征在于，在所述外套筒的两侧对称布置有两个所述舵机固定架，两个所述舵机固定架之间固定连接并夹紧于所述外套筒的外周侧；

所述舵机固定架设置有与所述舵机形状配合的卡槽，所述舵机卡接于所述卡槽内。

7.如权利要求6所述的攀附机构，其特征在于，所述末端连接件与所述舵机连接的一端部设置有通孔；

所述舵机设置有输出轴；

所述输出轴与所述通孔利用温差法实现过盈配合；

所述连接套筒与所述外套筒和所述传动套筒、以及所述限位套筒与所述传动套筒之间均过盈配合。

8.根据权利要求7所述的攀附机构，其特征在于，所述动力元件为电机；

所述柔性绳的材质为碳纤维；

所述柔性膜的材质为硅橡胶；

所述夹爪为C型板状结构，两端部具有相对的凸起。

9.一种仿鸟扑翼飞行器，其特征在于，包括如权利要求1-8中任意一项所述的攀附机构。

10.如权利要求3-8中任意一项所述的攀附机构的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，扑翼飞行器飞行过程中，动力元件带动螺杆转动，使滑块沿着导轨和螺杆朝向动力元件方向滑动，滑块拉动柔性绳朝向远离夹爪的方向移动，从而使夹爪绕与夹爪固定架的连接点转动，使上下相对的夹爪分离实现夹爪张开，夹爪张开后依靠弹簧实现自锁，同时动力元件反方向转动实现柔性绳的放松，停止向柔性绳提供张紧力；

步骤二，扑翼飞行器进行攀附之前，舵机通过输出轴调整夹爪的角度，使夹爪的张开方向朝向攀附物；

步骤三，扑翼飞行器攀附时，夹爪内侧的凸起与攀附物撞击后，使夹爪绕与夹爪固定架的连接点转动，使夹爪收紧，通过弹簧的拉力加大夹爪与攀附物之间的正压力，夹爪收紧后柔性膜被夹紧在夹爪于攀附物之间，通过柔性膜的粗糙面产生摩擦力，实现扑翼飞行器的攀附；

步骤四，扑翼飞行器起飞时，动力元件驱动螺杆旋转，使滑块沿着螺杆的轴向朝向动力元件方向滑动，通过柔性绳牵引夹爪张开，舵机打舵调整夹爪角度以便于扑翼飞行器起飞。