CN1453185A - 微型飞行器的仿生电磁驱动扑翼装置 - Google Patents

Abstract

微型飞行器的仿生电磁驱动扑翼装置是一种微型仿生航空飞行器，该装置由平面机翼、电磁驱动器、控制系统7、机身8所组成，薄膜3粘结在平面网状骨架1上，形成翼面，每个平面网状骨架1有3根较粗的平面网状骨架主轴13，平面网状骨架主轴13在机翼的根部伸出有后、中、前3根平行的动力轴轴，该三个动力轴的轴线垂直于飞行器纵向的中心线，每个平面机翼前沿的中偏外侧粘有一个消颤振块2；对应每一个平面机翼的每根动力轴，由内外2个独立的、位置相互平行的电磁驱动器驱动，线圈轴9、线圈10、弹簧11、永久磁铁12的轴线相互重合，且垂直于机翼翼面和动力轴；每个该装置至少有一对平面机翼和12个电磁驱动器，左右对称设置在机身8上。

Description

微型飞行器的仿生电磁驱动扑翼装置

一、技术领域

本发明是一种微型仿生航空飞行器，尤其是一种具有扑翼装置的仿生微型飞行器。

二、背景技术

同鸟类等自然界的生物相比，人类所发明的各类大型航空器的性能已经相当杰出，但大型航空器的飞行原理在微型航空飞行器领域基本无效，或者非常低效。在微型航空飞行器领域，自然界的生物(如昆虫)的飞行能力和技术则远远优于人类所发明的飞行器，模仿昆虫的飞行系统和飞行技术是提高微型航空飞行器技术的一种有效手段。

三、技术内容

1、技术问题

本发明的目的是提供一种微型飞行器的仿生电磁驱动扑翼装置，该扑翼装置模仿昆虫扑翼装置的结构、变形和运动规律，使得安装了该种“仿生电磁驱动扑翼装置”的微型仿生飞行器有两对(或一对)可以像昆虫翅膀一样运动的机翼，从而使得微型仿生飞行器有可能像昆虫一样自由、灵活、敏捷地飞行。

2、技术方案

本发明提供的微型飞行器的仿生电磁驱动扑翼装置，由平面机翼、电磁驱动器、控制系统、机身所组成，平面机翼包括平面网状骨架、消颤振块、薄膜、后动力轴、中动力轴、前动力轴、平面网状骨架主轴，电磁驱动器包括线圈轴、线圈、弹簧、永久磁铁；薄膜粘结在平面网状骨架上，形成翼面，每个平面网状骨架有3根较粗的平面网状骨架主轴，平面网状骨架主轴在机翼的根部伸出有后、中、前3根平行的后动力轴、中动力轴和、前动力轴，该三个动力轴的轴线垂直于飞行器纵向的中心线，每个平面机翼前沿的中偏外侧粘有一个消颤振块；对应每一个平面机翼的每根动力轴，由内外2个独立的、位置相互平行的电磁驱动器驱动，电磁驱动器的线圈轴的一端固定在机身上，线圈绕在线圈轴上，弹簧的一端同线圈轴相连接，弹簧的另一端连接在动力轴上，在弹簧内、动力轴上固定有永久磁铁，线圈轴、线圈、弹簧、永久磁铁的轴线相互重合，且垂直于机翼翼面和动力轴；每个该装置至少有一对平面机翼和12个电磁驱动器，左右对称设置在机身上。按照由平面机翼的前沿向后，由平面机翼内根部(翼根)向外(翼尖)的次序，平面网状骨架的直径由大变小。电磁驱动器中的永久磁铁为圆柱形永久磁铁，圆柱形永久磁铁的北极(或南极)端面固定在平面机翼根部的动力轴上

每个机翼包括平面网状骨架、薄膜和消颤振块。平面网状骨架和薄膜分别模仿昆虫翅膀骨架和翅膀膜，薄膜粘结在平面网状骨架上，形成翼面。

使用时，将每个电磁驱动器的线圈和微型飞行器的控制系统相连接，由控制系统给出控制电流信号，电流流过线圈产生电磁场，电磁场驱动永久性磁铁向上、向下运动，从而驱动和永久磁铁相连的动力轴，也就驱动了机翼。当一个机翼的3根动力轴上的内侧驱动器都向上推内侧的永久性磁铁、外侧的驱动器都向下拉外侧的永久性磁铁时，整个机翼就实现了向下扑翼的动作；如果前动力轴上的驱动器都向上推磁铁，后动力轴上的驱动器都向下拉磁铁，整个机翼就实现了机翼的扭转。调节控制电流信号的频率，可以实现机翼的快速运动(如快速扑动和扭转等)。改变控制电流信号的电流强度和电流方向，可以实现机翼的复杂运动。在飞行器控制系统指挥下，所有驱动器协调动作，就可以实现微型飞行器的各种简单的和复杂的飞行动作。

3、技术效果

本发明的微型飞行器的仿生电磁驱动扑翼装置，模仿昆虫扑翼系统的结构、变形和运动规律，使得安装了该种“仿生电磁驱动扑翼系统”的微型仿生飞行器有两对(或一对)可以像昆虫翅膀一样运动的机翼，从而使得微型仿生飞行器有可能像昆虫一样自由、灵活、敏捷地飞行，具体如下：

(1)本发明的“微型飞行器的仿生电磁驱动扑翼装置”，可通过每6个独立电磁驱动器驱动一个机翼，实现每个机翼的复杂运动，从而可以模仿昆虫翅膀的运动。

(2)本发明的“微型飞行器的仿生电磁驱动扑翼装置”，机翼由平面网状骨架、薄膜和消颤振块组成，在飞行过程中可以像昆虫翅膀一样变形，消颤振块可以消除机翼的颤振。

(3)本发明的“微型飞行器的仿生电磁驱动扑翼装置”，可通过每6个独立电磁驱动器改变一个机翼的形状，使机翼成空间曲面，从而可以获得和平面机翼不同的气动特性。

(4)本发明的“微型飞行器的仿生电磁驱动扑翼装置”，可独立控制每一个机翼，通过使不同机翼的不同运动方式像协调，可以实现飞行器的匀速平飞、加速、减速、前进、后退、转弯、爬升、俯冲等运动。

(5)本发明的“微型飞行器的仿生电磁驱动扑翼装置”构造简单、安装方便。

四、附图说明

图1是本发明的俯视结构示意图。其中有平面网状骨架1、消颤振块2、薄膜3、后动力轴4、中动力轴5、前动力轴6、控制系统7、机身8。

图2是本发明图1的后视结构示意图。

图3是本发明图2的局部A放大结构示意图。其中有线圈轴9、线圈10、弹簧11、圆柱形永久磁铁12。

图4是本发明图1的左侧机翼部件和永久性磁铁仰视放大示意图。其中有平面网状骨架的主轴13。

图5一对机翼的俯视结构示意图。

五、体实施方案

本发明提供的微型飞行器的仿生电磁驱动扑翼装置，由平面机翼即包括平面网状骨架1、消颤振块2、薄膜3、后动力轴4、中动力轴5、前动力轴6、平面网状骨架的主轴13以及电磁驱动器即包括线圈轴9、线圈10、弹簧11、永久磁铁12、和控制系统7、机身8组成。

首先根据昆虫翅膀(如蜻蜒)的前后翼的网状骨架结构和翼眼(蜻蜒的消颤振块)的形状和相对尺寸，设计本扑翼系统前后翼的网状骨架结构1和消颤振块2，依据所设计的扑翼系统网状骨架结构1和消颤振块2结构，设计加工模具；然后，平面网状骨架1(包括后动力轴4、中动力轴5、前动力轴6和平面网状骨架的主轴13)和消颤振块2可以由塑料一次性整体注模成形，且消颤振块2和平面网状骨架1连接在一起。每个机翼前沿、中偏外侧粘有一个消颤振块2。薄膜3可以使用食品保鲜膜，薄膜3粘结在平面网状骨架上1，形成翼面。每个平面网状骨架有3根较粗的主轴13，主轴13在机翼的根部伸出有后、中、前3根平行的后动力轴4、中动力轴5和前动力轴6，动力轴的轴线垂直于飞行器纵向(前后)中心线。

机翼的每根动力轴由内外2个独立的、位置相互平行的电磁驱动器驱动，每个电磁驱动器由线圈轴9、线圈10、弹簧11、圆柱形永久磁铁12组成，线圈轴9、线圈10、弹簧11、圆柱形永久磁铁12的轴线相互重合，且垂直于机翼翼面和动力轴。电磁驱动器各部件和机翼动力轴的相互关系如下：

首先在机翼根部的每个后动力轴4(或中动力轴5、前动力轴6)上沿轴向、间隔粘结上2块平行的圆柱形永久磁铁12，圆柱形永久磁铁12的北极(或南极)端面固定在机翼根部的后动力轴4(或中动力轴5、前动力轴6)上，圆柱形永久磁铁12的轴线垂直于翼面。然后将2根平行的弹簧11分别套在每个圆柱形永久磁铁套12外，每块圆柱形永久磁铁12的轴线和套在其外部的那根弹簧11的轴线重合，且它们的轴线都垂直于翼面，套在永久磁铁12外的弹簧11的一端也粘结在动力轴的同一位置，2根弹簧的另一端又分别同2根平行的线圈轴9相粘结，具体是弹簧11的端面粘结在线圈轴9的一端面上，弹簧11的轴线和线圈轴9的轴线重合，2根线圈轴9的另一端平行固定在机身8上，2个线圈10分别绕在2个线圈轴9上。所有的电磁驱动器由控制系统7控制，至此便可实现本发明。

实际扑翼系统可以只有一对翅膀。

Claims (3)

1、一种微型飞行器的仿生电磁驱动扑翼装置，其特征在于该扑翼装置由平面机翼、电磁驱动器、控制系统(7)、机身(8)所组成，平面机翼包括平面网状骨架(1)、消颤振块(2)、薄膜(3)、后动力轴(4)、中动力轴(5)、前动力轴(6)、平面网状骨架主轴(13)，电磁驱动器包括线圈轴(9)、线圈(10)、弹簧(11)、永久磁铁(12)；薄膜(3)粘结在平面网状骨架(1)上，形成翼面，每个平面网状骨架(1)有3根较粗的平面网状骨架主轴(13)，平面网状骨架主轴(13)在机翼的根部伸出有后、中、前3根平行的后动力轴(4)、中动力轴(5)和、前动力轴(6)，该三个动力轴的轴线垂直于飞行器纵向的中心线，每个平面机翼前沿的中偏外侧粘有一个消颤振块(2)；对应每一个平面机翼的每根动力轴，由内外2个独立的、位置相互平行的电磁驱动器驱动，电磁驱动器的线圈轴(9)的一端固定在机身(8)上，线圈(10)绕在线圈轴(9)上，弹簧(11)的一端同线圈轴(9)相连接，弹簧(11)的另一端连接在动力轴上，在弹簧(11)内、动力轴上固定有永久磁铁(12)，线圈轴(9)、线圈(10)、弹簧(11)、永久磁铁(12)的轴线相互重合，且垂直于机翼翼面和动力轴；每个该装置至少有一对平面机翼和电磁驱动器，左右对称设置在机身(8)上。

2根据权利要求1所述的微型飞行器的仿生电磁驱动扑翼装置，其特征在于按照由平面机翼的前沿向后，由平面机翼内根部向外的次序，平面网状骨架(1)的直径由大变小。

3根据权利要求1所述的微型飞行器的仿生电磁驱动扑翼装置，其特征在于电磁驱动器中的永久磁铁(12)为圆柱形永久磁铁，圆柱形永久磁铁的北极或南极端面固定在平面机翼根部的动力轴上

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