CN207157530U - 柔性翼仿生扑翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于飞行器领域，尤其为柔性翼仿生扑翼飞行器；包括支架部、驱动部、骨架部和飞翼部；所述驱动部设置在所述支架部内部，所述驱动部内设有驱动器；两个所述骨架部与所述驱动部相铰接并在所述驱动部的驱动下做往复扑翼动作，两个所述骨架部对称设置；两个所述飞翼部分别固定在两个所述骨架部外侧；所述飞翼部包括相互连接的第一飞翼、第二飞翼和第三飞翼，所述骨架部包括设置在第一飞翼中的第一段翼上杆和第一段翼下杆、设置在所述第二飞翼中的第二段翼杆和设置在所述第三飞翼中的第三段翼杆；所述第一段翼上杆和第一段翼下杆平行设置并分别与所述驱动部相连。

Description

柔性翼仿生扑翼飞行器

技术领域

本实用新型属于飞行器领域，尤其是一种柔性翼仿生扑翼飞行器。

背景技术

随着科学的发展，人们的生活水平越来越高，各种飞行器、无人机的发展也越来越普遍。

扑翼飞行器是依靠柔性扑翼同时产生升力和推力的飞行器，具有极强的仿生性，因此在军事和民用方面都有广阔的应用前景。国内外目前对于扑翼飞行器的研制相对较多，但是其结构多为单段翼和两段翼扑翼结构。单段翼扑翼飞行器主要是依靠刚性前缘带动柔性薄膜上下扑动和弦向扭转动作，体型尺寸一般和中等偏小的鸟类差不多，扑动方式多是实现上下扑动的运动形式以及同时实现上下扑动和弦向扭转动作改变攻角动作运动形式，单段翼在展向上难以实现收拢动作，相对于单段翼，两段翼扑翼飞行器的结构可以实现大型鸟类在飞行过程中的“扑动-折弯-扭转”协同运动，在翅膀在上提过程中，仍然存在受力面积较大，负升力较大的现象，难以模拟真实鸟类的飞行姿态。

为此，有必要设计一种新型的扑翼飞行器，能够更好的模拟鸟类飞行的姿态。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种柔性翼仿生扑翼飞行器，用来克服现有扑翼无人机难以模拟真实鸟类飞行的问题。

本实用新型是这样实现的，一种柔性翼仿生扑翼飞行器，包括支架部、驱动部、骨架部和飞翼部；所述驱动部设置在所述支架部内部，所述驱动部内设有驱动器；两个所述骨架部与所述驱动部相铰接并在所述驱动部的驱动下做往复扑翼动作，两个所述骨架部对称设置；两个所述飞翼部分别固定在两个所述骨架部外侧；所述飞翼部包括相互连接的第一飞翼、第二飞翼和第三飞翼，所述骨架部包括设置在第一飞翼中的第一段翼上杆和第一段翼下杆、设置在所述第二飞翼中的第二段翼杆和设置在所述第三飞翼中的第三段翼杆；所述第一段翼上杆和第一段翼下杆平行设置并分别与所述驱动部相连；所述第二段翼杆同时与所述第一段翼上杆和第一段翼下杆相铰接；所述第三段翼杆和所述第二段翼杆相铰接。通过设计一种三段翼的扑翼机构，第一段翼与第二段翼之间铰接，第二段翼与第三段翼之间铰接，第一段翼与第三段翼通过球副连杆链接，使得第二段翼与第三段翼可以产生攻角的变化，该机构实现三段翼在运动过程中的同时收拢展开动作，减小翅膀在上提过程中的负升力。通过三段翼的结构，更好的实现模拟效果。

本实用新型的进一步技术方案是：所述支架部上设有第一固定杆，所述第一固定杆与所述第一段翼上杆相互垂直，所述第一固定杆贯穿所述第一段翼上杆，所述第一段翼上杆以所述第一固定杆为轴转动。

本实用新型的进一步技术方案是：所述驱动部设有齿轮组、曲柄和连杆；所述齿轮组固定在所述支架部上并与驱动器相连；所述曲柄与所述齿轮组的齿轮相连接并在所述齿轮组的带动下旋转；所述连杆的一端与所述曲柄相连、另一端同时与所述第一段翼下杆和所述第一段翼上杆相连。通过该结构实现驱动部对第一飞翼的扑翼控制。

本实用新型的进一步技术方案是：所述第一段翼下杆、第一段翼上杆与所述第二段翼杆之间依次设有一二段翼连接板、攻角扭转舵机、舵机连接盘；所述一二段翼连接板的一端分别与所述第一段翼下杆和第一段翼上杆相铰接、另一端与所述攻角扭转舵机相连；所述攻角扭转舵机与所述舵机连接盘相连；所述舵机连接盘与所述第二段翼杆相连；所述攻角扭转舵机控制所述舵机连接盘进行与所述第一飞翼扑翼方向相垂直的转动。通过增加舵机实现第二段翼的攻角方向的控制，从而更加精确的控制飞行。舵机安装在第二段翼上，当翅膀在上下扑动时，舵机随之产生角度变化，由于一三段之间连杆两段时球副，允许其在一定范围之内转动，于是，二三段翼的攻角会随着扑动在舵机的作用下不断变化。

本实用新型的进一步技术方案是：所述攻角扭转舵机外侧设有固定上下夹板，所述固定上下夹板之间设有舵机连接件。通过固定上下夹板和舵机连接件对舵机结构进一步固定加强。增加舵机的稳定性。

本实用新型的进一步技术方案是：所述支架部包括平行设置的前支架和后支架，所述齿轮组设置在所述前支架上。前后支架的设计将齿轮组和其他部件区分开来，以免相互干扰。

本实用新型的进一步技术方案是：所述后支架上还设有齿轮和角度传感器，所述齿轮与所述齿轮组中的齿轮同轴；所述角度传感器与所述攻角扭转舵机相电连；所述角度传感器检测所述齿轮的转动角度并将检测结果传输给所述攻角扭转舵机。通过在曲柄齿轮轴上安装的齿轮，在齿轮的传动下，角度传感器会实时检测到曲柄的位置，避免光栅传感器检测信号的不完整性，根据角度变化判断翅膀的运行状态，根据其位置从而自动控制舵机转动，带动二三段翼弦向攻角的变化。

本实用新型的进一步技术方案是：所述第二段翼杆与所述第三段翼杆之间通过二三段翼夹板相连。

本实用新型的进一步技术方案是：所述二三段翼夹板上设有滑槽，所述柔性翼仿生扑翼飞行器还设有连杆，所述连杆的一端铰接设置在所述滑槽的内部并沿所述滑槽滑动、另一端与所述第一段翼下杆相铰接。通过连杆结构实现利用第一飞翼带动第三飞翼的效果。

本实用新型的进一步技术方案是：所述飞翼部采用柔性材料制备。

本方案设计一种三段柔性翼的扑翼机构，采用三个四连杆串联形式实现翅膀的收拢展开，第一个四连杆为曲柄摇杆，是整个结构的驱动部分，一二段翼之间通过平行四边形来实现第二段翼的收拢展开动作，第三段翼与第一段翼之间通过带有球副连杆相连，与第二段翼构、第三段翼成第三个四连杆机构，实现第三段翼的收拢展开动作，翅膀上提时收拢变化更接近真实鸟类。

在第二段翼上安装舵机，一三段翼连杆两段由球副组成，使得第一段翼、第二段翼、第三段翼所组成的空间运动四连杆，在展向上收拢变化的同时，舵机的转动来显示翅膀二三段翼攻角的变化，由此二三段翼可以实现一定范围的攻角变化；

在曲柄齿轮轴上安装齿轮，通过齿轮传动角度传感器一起转动并检测曲柄的运行角度，根据角度变化判断翅膀的运行状态，根据其位置从而自动控制舵机转动，带动二三段翼弦向攻角的变化。

本实用新型的有益效果是：本方案提供的柔性翼仿生扑翼飞行器结构简单，便于制造，成本低；能在上下扑动的同时通过连杆串联形式实现收拢展开动作，减轻翅膀自身重量，减小翅膀上提时的负升力；通过球副空间四连杆机构和舵机控制实现翅膀攻角主动随扑动的变化；能够实现攻角根据翅膀扑动位置实时变化，并且与曲柄轴直接相连，保证检测信号的完整准确；更加真实的模拟了鸟类飞行时翅膀的“扑动-折弯-扭转”运动，有助于提高升力及飞行性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请中记载的一些实施例，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是本实用新型实施例提供的柔性翼仿生扑翼飞行器的示意图。

图2是本实用新型实施例提供的柔性翼仿生扑翼飞行器驱动部的示意图。

图3是本实用新型实施例提供的柔性翼仿生扑翼飞行器的舵机部分示意图。

图4是本实用新型实施例提供的柔性翼仿生扑翼飞行器骨架部的示意图。

图5是本实用新型实施例提供的柔性翼仿生扑翼飞行器的驱动部斜视示意图。

附图标记：1、后支架；2、前支架；3、齿轮组；4、曲柄；5、连杆；6、第一段翼上杆；7、第一段翼下杆；8、攻角扭转舵机；9、舵机连接件；10、固定上下夹板；11、一二段翼连接板；12、第二段翼杆；13、舵机连接盘；14、第三段翼杆；15、二三段翼夹板；16、连杆；17、角度传感器；18、齿轮；19、滑槽；20、第一固定杆。

具体实施方式

本实用新型提供一种柔性翼仿生扑翼飞行器。以下结合附图及实施例对本实用新型进行详细说明。

图1是本实用新型实施例提供的柔性翼仿生扑翼飞行器的示意图。如图1，一种柔性翼仿生扑翼飞行器，包括支架部、驱动部、骨架部和飞翼部；所述驱动部设置在所述支架部内部，所述驱动部内设有驱动器；两个所述骨架部与所述驱动部相铰接并在所述驱动部的驱动下做往复扑翼动作，两个所述骨架部对称设置；两个所述飞翼部分别固定在两个所述骨架部外侧；所述飞翼部包括相互连接的第一飞翼、第二飞翼和第三飞翼。

图4是本实用新型实施例提供的柔性翼仿生扑翼飞行器骨架部的示意图。所述骨架部包括设置在第一飞翼中的第一段翼上杆6和第一段翼下杆7、设置在所述第二飞翼中的第二段翼杆12和设置在所述第三飞翼中的第三段翼杆14；所述第一段翼上杆和第一段翼下杆平行设置并分别与所述驱动部相连；所述第二段翼杆同时与所述第一段翼上杆和第一段翼下杆相铰接；所述第三段翼杆和所述第二段翼杆相铰接。通过设计一种三段翼的扑翼机构，第一段翼与第二段翼之间铰接，第二段翼与第三段翼之间铰接，第一段翼与第三段翼通过球副连杆链接，使得第二段翼与第三段翼可以产生攻角的变化，该机构实现三段翼在运动过程中的同时收拢展开动作，减小翅膀在上提过程中的负升力。通过三段翼的结构，更好的实现模拟效果。

图2是本实用新型实施例提供的柔性翼仿生扑翼飞行器驱动部的示意图。如图2，所述支架部上设有第一固定杆20，所述第一固定杆与所述第一段翼上杆相互垂直，所述第一固定杆贯穿所述第一段翼上杆，所述第一段翼上杆以所述第一固定杆为轴转动。

从图2中可见，所述驱动部设有齿轮组3、曲柄4和连杆5；所述齿轮组固定在所述支架部上并与驱动器相连；所述曲柄与所述齿轮组的齿轮相连接并在所述齿轮组的带动下旋转；所述连杆的一端与所述曲柄相连、另一端同时与所述第一段翼下杆和所述第一段翼上杆相连。通过该结构实现驱动部对第一飞翼的扑翼控制。

图3是本实用新型实施例提供的柔性翼仿生扑翼飞行器的舵机部分示意图。结合图3、4可见，所述第一段翼下杆、第一段翼上杆与所述第二段翼杆之间依次设有一二段翼连接板11、攻角扭转舵机8、舵机连接盘13；所述一二段翼连接板的一端分别与所述第一段翼下杆和第一段翼上杆相铰接、另一端与所述攻角扭转舵机相连；所述攻角扭转舵机与所述舵机连接盘相连；所述舵机连接盘与所述第二段翼杆相连；所述攻角扭转舵机控制所述舵机连接盘进行与所述第一飞翼扑翼方向相垂直的转动。通过增加舵机实现第二段翼的攻角方向的控制，从而更加精确的控制飞行。舵机安装在第二段翼上，当翅膀在上下扑动时，舵机随之产生角度变化，由于一三段之间连杆两段时球副，允许其在一定范围之内转动，于是，二三段翼的攻角会随着扑动在舵机的作用下不断变化。

遥控舵机（或简称舵机）是个糅合了多项技术的科技结晶体，它由直流电机、减速齿轮组、传感器和控制电路组成，是一套自动控制装置。所谓自动控制就是用一个闭环反馈控制回路不断校正输出的偏差，使系统的输出保持恒定。

从图3可见，所述攻角扭转舵机外侧设有固定上下夹板10，所述固定上下夹板之间设有舵机连接件9。通过固定上下夹板和舵机连接件对舵机结构进一步固定加强。增加舵机的稳定性。

见图2，所述支架部包括平行设置的前支架1和后支架2，所述齿轮组设置在所述前支架上。前后支架的设计将齿轮组和其他部件区分开来，以免相互干扰。

图5是本实用新型实施例提供的柔性翼仿生扑翼飞行器的驱动部斜视示意图。见图5，所述后支架上还设有齿轮18和角度传感器17，所述齿轮与所述齿轮组中的齿轮同轴；所述角度传感器与所述攻角扭转舵机相电连；所述角度传感器检测所述齿轮的转动角度并将检测结果传输给所述攻角扭转舵机。通过在曲柄齿轮轴上安装的齿轮，在齿轮的传动下，角度传感器会实时检测到曲柄的位置，避免光栅传感器检测信号的不完整性，根据角度变化判断翅膀的运行状态，根据其位置从而自动控制舵机转动，带动二三段翼弦向攻角的变化。

见图4，所述第二段翼杆与所述第三段翼杆之间通过二三段翼夹板15相连。

见图4，所述二三段翼夹板上设有滑槽19，所述柔性翼仿生扑翼飞行器还设有连杆16，所述连杆的一端铰接设置在所述滑槽的内部并沿所述滑槽滑动、另一端与所述第一段翼下杆相铰接。通过连杆结构实现利用第一飞翼带动第二三飞翼的效果。

进一步的，所述飞翼部采用柔性材料制备。

本方案设计一种三段柔性翼的扑翼机构，采用三个四连杆串联形式实现翅膀的收拢展开，第一个四连杆为曲柄摇杆，是整个结构的驱动部分，一二段翼之间通过平行四边形来实现第二段翼的收拢展开动作，第三段翼与第一段翼之间通过带有球副连杆相连，与第二段翼构、第三段翼成第三个四连杆机构，实现第三段翼的收拢展开动作，翅膀上提时收拢变化更接近真实鸟类。

在第二段翅膀上安装舵机，一三段翼连杆两端由球副组成，使得第一段翼、第二段翼、第三段翼所组成的空间运动四连杆，在展向上收拢变化的同时，舵机的转动来显示翅膀二三段翼攻角的变化，由此二三段翼可以实现一定范围的攻角变化；

在曲柄齿轮轴上安装齿轮，通过齿轮传动角度传感器一起转动并检测曲柄的运行角度，根据角度变化判断翅膀的运行状态，根据其位置从而自动控制舵机转动，带动二三段翼弦向攻角的变化。

本具体实施例中，在驱动结构中齿轮组3包含五个齿轮，构成一个减速齿轮组，在电机连续的旋转过程中，带动曲柄4转动，连杆5与第一段翼上杆6和第一段翼下杆7铰接，在曲柄的带动下使得第一段翼往复上下扑动。攻角扭转舵机8在舵机连接件9固定，又通过固定上下夹板10将舵机连接件9固定在一二段翼连接板11上，用一二段翼连接板11将一二段翼铰接在一起，二段翼杆件12通过舵机连接盘13连接在攻角扭转舵机8上，在攻角扭转舵机8扭转时，使得翅膀的攻角随之改变，第三段翼14与第二段翼通过二三段翼夹板连接15，第三段翼14与二三段翼夹板15之间铰接，并与连杆16连接，同时连杆16与第一段翼铰接，连杆16两端存在球副来满足攻角在一定范围内的变化，与实现第三段翼的展向收拢伸展动作。角度传感器17固定在后机架1上，通过齿轮18传动随曲柄轴5转动，检测曲柄5的位置角度，控制攻角扭转舵机8角度变化。

本方案提供的柔性翼仿生扑翼飞行器结构简单，便于制造，成本低；能在上下扑动的同时通过连杆串联形式实现收拢展开动作，减轻翅膀自身重量，减小翅膀上提时的负升力；通过球副空间四连杆机构和舵机控制实现翅膀攻角主动随扑动的变化；能够实现攻角根据翅膀扑动位置实时变化，并且与曲柄轴直接相连，保证检测信号的完整准确；更加真实的模拟了鸟类飞行时翅膀的“扑动-折弯-扭转”运动，有助于提高升力及飞行性能。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柔性翼仿生扑翼飞行器，其特征在于：包括支架部、驱动部、骨架部和飞翼部；所述驱动部设置在所述支架部内部，所述驱动部内设有驱动器；两个所述骨架部与所述驱动部相铰接并在所述驱动部的驱动下做往复扑翼动作，两个所述骨架部对称设置；两个所述飞翼部分别固定在两个所述骨架部外侧；所述飞翼部包括相互连接的第一飞翼、第二飞翼和第三飞翼，所述骨架部包括设置在第一飞翼中的第一段翼上杆和第一段翼下杆、设置在所述第二飞翼中的第二段翼杆和设置在所述第三飞翼中的第三段翼杆；所述第一段翼上杆和第一段翼下杆平行设置并分别与所述驱动部相连；所述第二段翼杆同时与所述第一段翼上杆和第一段翼下杆相铰接；所述第三段翼杆和所述第二段翼杆相铰接。

2.根据权利要求1所述的柔性翼仿生扑翼飞行器，其特征在于：所述支架部上设有第一固定杆，所述第一固定杆与所述第一段翼上杆相互垂直，所述第一固定杆贯穿所述第一段翼上杆，所述第一段翼上杆以所述第一固定杆为轴转动。

3.根据权利要求2所述的柔性翼仿生扑翼飞行器，其特征在于：所述驱动部设有齿轮组、曲柄和连杆；所述齿轮组固定在所述支架部上并与驱动器相连；所述曲柄与所述齿轮组的齿轮相连接并在所述齿轮组的带动下旋转；所述连杆的一端与所述曲柄相连、另一端同时与所述第一段翼下杆和所述第一段翼上杆相连。

4.根据权利要求3所述的柔性翼仿生扑翼飞行器，其特征在于：所述第一段翼下杆、第一段翼上杆与所述第二段翼杆之间依次设有一二段翼连接板、攻角扭转舵机、舵机连接盘；所述一二段翼连接板的一端分别与所述第一段翼下杆和第一段翼上杆相铰接、另一端与所述攻角扭转舵机相连；所述攻角扭转舵机与所述舵机连接盘相连；所述舵机连接盘与所述第二段翼杆相连；所述攻角扭转舵机控制所述舵机连接盘进行与所述第一飞翼扑翼方向相垂直的转动。

5.根据权利要求4所述的柔性翼仿生扑翼飞行器，其特征在于：所述攻角扭转舵机外侧设有固定上下夹板，所述固定上下夹板之间设有舵机连接件。

6.根据权利要求4所述的柔性翼仿生扑翼飞行器，其特征在于： 所述支架部包括平行设置的前支架和后支架，所述齿轮组设置在所述前支架上。

7.根据权利要求6所述的柔性翼仿生扑翼飞行器，其特征在于：所述后支架上还设有齿轮和角度传感器，所述齿轮与所述齿轮组中的齿轮同轴；所述角度传感器与所述攻角扭转舵机相电连；所述角度传感器检测所述齿轮的转动角度并将检测结果传输给所述攻角扭转舵机。

8.根据权利要求1-7中任一所述的柔性翼仿生扑翼飞行器，其特征在于：所述第二段翼杆与所述第三段翼杆之间通过二三段翼夹板相连。

9.根据权利要求8所述的柔性翼仿生扑翼飞行器，其特征在于：所述二三段翼夹板上设有滑槽，所述柔性翼仿生扑翼飞行器还设有连杆，所述连杆的一端铰接设置在所述滑槽的内部并沿所述滑槽滑动、另一端与所述第一段翼下杆相铰接。

10.根据权利要求1-7中任一所述的柔性翼仿生扑翼飞行器，其特征在于：所述飞翼部采用柔性材料制备。