CN219056562U

CN219056562U - 一种两段翼仿鸟扑翼飞行器

Info

Publication number: CN219056562U
Application number: CN202223286882.1U
Authority: CN
Inventors: 李康宝; 邓昕晨; 陈欣; 张通; 杨小牛
Original assignee: Huangpu Institute of Materials
Current assignee: Huangpu Institute of Materials
Priority date: 2022-12-07
Filing date: 2022-12-07
Publication date: 2023-05-23
Anticipated expiration: 2032-12-07

Abstract

本实用新型涉及扑翼飞行技术领域，公开了一种两段翼仿鸟扑翼飞行器，其包括机身、一对内翼、一对外翼以及尾翼；所述机身设有驱动机构，机身尾部设有尾舵机；两个内翼关于所述机身相对称，内翼包括曲柄连杆机构和四连杆机构，曲柄连杆机构和四连杆机构铰接于所述机身，四连杆机构与所述曲柄连杆机构相连，驱动机构驱动曲柄连杆机构旋转，四连杆机构随曲柄连杆机构旋转而做往复摇摆运动；两个外翼关于所述机身相对称，外翼包括外杆、外舵机和多个外翼肋，外杆的一端与四连杆机构相固定，外杆的另一端与外舵机相连，外杆穿过外翼肋，外舵机驱动外翼肋相对外杆扭转；尾翼与尾舵机相连，尾舵机驱动所述尾翼上下摆动，飞行器更具有灵活性。

Description

一种两段翼仿鸟扑翼飞行器

技术领域

本实用新型涉及扑翼飞行技术领域，特别是涉及一种两段翼仿鸟扑翼飞行器。

背景技术

扑翼式飞行器是一种模仿鸟类和昆虫飞行、基于仿生学原理设计制造的新型飞行器。相比于旋翼、固定翼飞行器，扑翼机器人具有易操控、可靠性高、隐蔽性强、噪声小等优点，在军用和民用领域有更广阔的应用前景。目前针对大型飞鸟的仿生扑翼飞行器主要采用两段翼构型。相比于单段翼，两段翼的扑翼能有更好的气动布局以及扑动性能，飞行稳定性以及飞行效率更佳，也更接近自然界的鸟类扑动特性。

大型仿鸟扑翼飞行器大多采用单自由度扑动的方式，产生的升力和推力较小。多自由度的扑翼飞行器能实现扑动、扭转、折叠等飞行方式，相较单自由度扑翼飞行器在机动性、气动效率上有巨大优势。但现有的多自由度的扑翼飞行器在姿态控制能力及结构灵活性上相对不足。专利CN 205931253U提供了一种仿生扑翼飞行器，涉及一种两段翼的扑翼机构，通过翅膀外端的舵机带动翅膀俯仰及扭转运动，然而仅凭翅膀俯仰，对扑翼飞行器机身的俯仰角影响较小，不利于控制飞行姿态。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：现有的扑翼飞行器在姿态控制能力及结构灵活性上相对不足。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种两段翼仿鸟扑翼飞行器，其包括机身、一对内翼、一对外翼以及尾翼；所述机身设有驱动机构，所述机身尾部设有尾舵机；两个所述内翼关于所述机身相对称，所述内翼包括曲柄连杆机构和四连杆机构，所述曲柄连杆机构和所述四连杆机构铰接于所述机身，所述四连杆机构与所述曲柄连杆机构相连，所述驱动机构驱动所述曲柄连杆机构旋转，所述四连杆机构随所述曲柄连杆机构旋转而做往复摇摆运动；两个所述外翼关于所述机身相对称，所述外翼包括外杆、外舵机和多个外翼肋，所述外杆的一端与所述四连杆机构相固定，所述外杆的另一端与外舵机相连，所述外杆穿过所述外翼肋，所述外舵机驱动所述外翼肋相对所述外杆扭转；所述尾翼与所述尾舵机相连，所述尾舵机驱动所述尾翼上下摆动。

进一步地，所述尾翼包括尾杆、安装座、一对旋转舵机和一对舵面，所述尾杆的一端与所述尾舵机相连，所述尾杆的另一端与所述安装座相连，所述旋转舵机安装于所述安装座，所述舵机与所述舵面一一对应，所述舵机驱动所述舵面旋转。

进一步地，所述机身设有限位件，所述限位件设有弧形的镂空孔，所述尾杆设有限位柱，所述限位柱穿过所述镂空孔，所述尾舵机与所述限位柱相连且驱动所述限位柱沿镂空孔滑动。

进一步地，所述尾翼还包括垂尾，所述垂尾位于两个舵面之间，所述垂尾的板面垂直于水平面。

进一步地，所述舵面的旋转轴与所述尾杆同向，所述旋转舵机驱动所述舵面朝所述垂尾的板面来回翻转。

进一步地，所述外翼肋沿所述外杆的长度方向分布，且所述外翼肋的体积朝所述外舵机的方向逐个缩小。

进一步地，所述外翼肋沿所述外杆的长度方向分布，相邻两个外翼肋的间距朝所述外舵机的方向逐个缩小。

进一步地，所述外翼还包括传动杆，所述传动杆串联多个所述外翼肋，且所述传动杆的长度方向与所述外杆的长度方向平行。

进一步地，所述内翼包括固定杆和多个内翼肋，所述内翼肋沿所述四连杆机构的长度方向间隔分布，所述固定杆穿过多个所述内翼肋，且所述固定杆的长度方向与所述四连杆机构的长度方向平行。

进一步地，所述机身包括支架和主杆，所述主杆穿过所述支架，所述主杆沿前后方向延伸，所述尾舵机安装于主杆的尾端，所述驱动机构安装于所述支架。

本实用新型实施例一种两段翼仿鸟扑翼飞行器与现有技术相比，其有益效果在于：增加可以俯仰运动的尾翼，配合外翼进行俯仰，更能有效地控制飞行器姿态，提高飞行器的灵活性，适应多变的实际环境，且尾翼可以变化构型、改变俯仰、控制偏航。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例的结构示意图；

图2是飞行器的骨架结构示意图；

图3是图2的局部放大图；

图4是机身的结构示意图；

图5是尾翼的结构示意图。

图中，机身1；驱动机构11；电机111；主动齿轮112；从动齿轮113；尾舵机12；限位柱121；限位件13；镂空孔14；支架15；主杆16；内翼2；曲柄连杆机构21；四连杆机构22；固定杆23；内翼肋24；外翼3；外杆31；外舵机32；外翼肋33；传动杆34；尾翼4；尾杆41；安装座42；旋转舵机43；舵面44；尾舵杆441；旋转杆442；垂尾45。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，应当理解的是，本实用新型中采用术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型实施例优选实施例的一种两段翼仿鸟扑翼飞行器，其包括机身1、一对内翼2、一对外翼3以及尾翼4，所述内翼2和所述外翼3可以模仿鸟类进行扑翼动作，其中所述外翼3与所述尾翼4还可以相对机身1进行俯仰转动。

如图1－4所示，所述机身1的外壳为上部平缓、下部外凸的流线型的聚苯乙烯泡沫。所述机身1设有驱动机构11，所述驱动机构11为飞行器进行扑翼动作的动力源。两个所述内翼2关于所述机身1相对称，所述内翼2包括曲柄连杆机构21和四连杆机构22，所述曲柄连杆机构21和所述四连杆机构22铰接于所述机身1，所述四连杆机构22与所述曲柄连杆机构21相连，所述驱动机构11驱动所述曲柄连杆机构21旋转，所述四连杆机构22随所述曲柄连杆机构21旋转而做往复摇摆运动。其中，采用曲柄连杆机构21旋转带动四连杆机构22进行往复摇摆运动，实现模仿鸟类扑翼动作属于本领域的公知常识，本申请不对曲柄连杆机构21和四连杆机构22的基本结构和原理做改进，因此本申请不再进行赘述。

如图1－4所示，两个所述外翼3关于所述机身1相对称，所述外翼3包括外杆31、外舵机32和多个外翼肋33，所述外杆31的一端与所述四连杆机构22相固定，所述外杆31的另一端与外舵机32相连，所述外杆31穿过所述外翼肋33，外翼肋33可相对所述外杆31旋转。每个外翼3可以包裹TPU薄膜蒙皮，外翼肋33外可以对TPU薄膜蒙皮进行支撑。所述外舵机32的本体固定在最外侧的外翼肋33上，所述外舵机32的力臂与所述外杆31相连，当所述外舵机32工作时，所述外舵机32的本体会相对所述外舵机32的力臂旋转，使得可以驱动所述外翼肋33相对所述外杆31扭转，从而实现所述外翼3相对机身1进行俯仰的动作。

如图2－5所示，所述机身1尾部设有尾舵机12，所述尾舵机12的本体固定在机身1上，所述尾舵机12的力臂与所述尾翼4相连，当所述尾舵机12的本体控制力臂旋转时，所述尾舵机12驱动所述尾翼4上下摆动，从而实现所述尾翼4俯仰的动作。所述尾翼4包括尾杆41、安装座42、一对旋转舵机43和一对舵面44，所述尾杆41的一端与所述尾舵机12的力臂相连，所述尾杆41的另一端与所述安装座42相连，两个所述旋转舵机43安装于所述安装座42，所述舵机与所述舵面44一一对应，所述舵机驱动所述舵面44旋转。在实际使用中，可以通过舵机驱动所述舵面44旋转，改变所述舵面44相对机身1的角度，从而实现飞行器飞行方向的改变。

如图4－5所示，所述机身1设有限位件13，所述限位件13设有弧形的镂空孔14，所述尾杆41设有限位柱121，所述限位柱121穿过所述镂空孔14，所述尾舵机12的力臂与所述限位柱121相连，所述尾舵机12驱动所述限位柱121沿镂空孔14滑动，所述镂空孔14对限位柱121起到限位作用，确保尾翼4可以沿预定的路线做俯仰动作。所述尾翼4还包括垂尾45，所述垂尾45位于两个舵面44之间，所述垂尾45的板面垂直于水平面，所述垂尾45通过垂尾45铰链架与所述尾杆41连接，包括两根碳管，分别设置在所述尾杆41的延长线及其斜下方，上覆蒙皮时为垂尾45，蒙皮材料为EPP泡沫，可以与舵面44协同控制俯仰与偏航，使飞行器具有更好的飞行稳定性及灵活性。

如图2－5所示，所述舵面44的旋转轴与所述尾杆41同向，所述舵面44绕自身旋转轴旋转，所述旋转舵机43驱动所述舵面44朝所述垂尾45的板面来回翻转，舵面44可以朝垂尾45翻转并靠在垂尾45上，使尾翼4折叠，舵面44也可以往外翻转使整个尾翼4展开。具体地，所述舵面44包括一根尾舵杆441和一根旋转杆442，尾舵杆441相对尾杆41固定，旋转杆442安装在尾舵机12的力臂上，舵面44绕尾舵杆441旋转，通过两个尾舵机12控制两个舵面44旋转，可以使舵面44构成平尾型、正V型、倒V型，满足不同的飞行条件。

如图1－4所示，所述外翼肋33优选为四个，所述外翼肋33沿所述外杆31的长度方向分布，同一个外翼3中的所有外翼肋33相互平行，且所述外翼肋33的体积朝所述外舵机32的方向逐个缩小，所述外翼肋33沿所述外杆31的长度方向分布，相邻两个外翼肋33的间距朝所述外舵机32的方向逐个缩小。在所述外翼3包裹TPU薄膜蒙皮后，外翼3的形状更具有流线型，且更接近鸟翼的形状，有利于飞行器飞行。所述外翼3还包括传动杆34，所述传动杆34串联多个所述外翼肋33，且所述传动杆34的长度方向与所述外杆31的长度方向平行，所述传动杆34与外翼肋33相固定，当外舵机32驱动最外端的所述外翼肋33相对所述外杆31扭转时，同一个外翼3上的其它外翼肋33在传动杆34的传动下，也会同时旋转，从而保证外翼3整体能进行扭转，实现外翼3的俯仰动作。

如图1－4所示，所述内翼2包括固定杆23和多个内翼肋24，内翼肋24优选为四个，所述内翼肋24为前厚后薄的翼型，所述内翼肋24沿所述四连杆机构22的长度方向间隔分布，每个内翼2可以包裹TPU薄膜蒙皮，内翼肋24外可以对TPU薄膜蒙皮进行支撑。所述固定杆23穿过多个所述内翼肋24，且所述固定杆23的长度方向与所述四连杆机构22的长度方向平行，所述固定杆23用于加强内翼肋24与四连杆机构22的连接强度，防止内翼肋24相对四连杆机构22旋转，从而保证内翼2扑动幅度一致，确保飞行器的稳定。

如图2－4所示，所述机身1包括支架15和主杆16，支架15由碳管组成，且支架15基本采用方管构成，可以避免支架15与其他零件之间的滚动，有利于整体结构的稳定。所述支架15预留螺柱孔位，可以用于安装传感器，便于飞行器的测试。所述主杆16穿过所述支架15，所述主杆16沿前后方向延伸，所述尾舵机12安装于主杆16的尾端，所述驱动机构11安装于所述支架15，所述驱动机构11包括电机111，主动齿轮112和一对从动齿轮113，电机111固定在支架15上，电机111与主动齿轮112相连并驱动主动齿轮112旋转，从动齿轮113与主动齿轮112啮合，曲柄连杆机构21铰接于从动齿轮113，当电机111驱动主动齿轮112旋转时，从动齿轮113随之旋转，从而带动曲柄连杆机构21旋转。

综上，本实用新型实施例提供一种两段翼仿鸟扑翼飞行器，其内翼2和外翼3可以扑动、折叠，外翼3可以主动扭转；增加可以俯仰运动的尾翼4，配合外翼3进行俯仰，更能有效地控制飞行器姿态，提高飞行器的灵活性，适应多变的实际环境，且尾翼4可以变化构型、改变俯仰、控制偏航；适应多变的实际环境。机身1碳管、尾翼4碳管、内翼2上下碳管等支撑骨架采用方管代替传统的圆管，具有更好的抵抗矩和抗弯性能，方管的平面更利于零部件及蒙皮的粘结固定。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种两段翼仿鸟扑翼飞行器，其特征在于，包括：

机身，所述机身设有驱动机构，所述机身尾部设有尾舵机；

一对内翼，两个所述内翼关于所述机身相对称，所述内翼包括曲柄连杆机构和四连杆机构，所述曲柄连杆机构和所述四连杆机构铰接于所述机身，所述四连杆机构与所述曲柄连杆机构相连，所述驱动机构驱动所述曲柄连杆机构旋转，所述四连杆机构随所述曲柄连杆机构旋转而做往复摇摆运动；

一对外翼，两个所述外翼关于所述机身相对称，所述外翼包括外杆、外舵机和多个外翼肋，所述外杆的一端与所述四连杆机构相固定，所述外杆的另一端与外舵机相连，所述外杆穿过所述外翼肋，所述外舵机驱动所述外翼肋相对所述外杆扭转；以及

尾翼，所述尾翼与所述尾舵机相连，所述尾舵机驱动所述尾翼上下摆动。

2.根据权利要求1所述的两段翼仿鸟扑翼飞行器，其特征在于：所述尾翼包括尾杆、安装座、一对旋转舵机和一对舵面，所述尾杆的一端与所述尾舵机相连，所述尾杆的另一端与所述安装座相连，所述旋转舵机安装于所述安装座，所述舵机与所述舵面一一对应，所述舵机驱动所述舵面旋转。

3.根据权利要求2所述的两段翼仿鸟扑翼飞行器，其特征在于：所述机身设有限位件，所述限位件设有弧形的镂空孔，所述尾杆设有限位柱，所述限位柱穿过所述镂空孔，所述尾舵机与所述限位柱相连且驱动所述限位柱沿镂空孔滑动。

4.根据权利要求2所述的两段翼仿鸟扑翼飞行器，其特征在于：所述尾翼还包括垂尾，所述垂尾位于两个舵面之间，所述垂尾的板面垂直于水平面。

5.根据权利要求4所述的两段翼仿鸟扑翼飞行器，其特征在于：所述舵面的旋转轴与所述尾杆同向，所述旋转舵机驱动所述舵面朝所述垂尾的板面来回翻转。

6.根据权利要求1所述的两段翼仿鸟扑翼飞行器，其特征在于：所述外翼肋沿所述外杆的长度方向分布，且所述外翼肋的体积朝所述外舵机的方向逐个缩小。

7.根据权利要求1所述的两段翼仿鸟扑翼飞行器，其特征在于：所述外翼肋沿所述外杆的长度方向分布，相邻两个外翼肋的间距朝所述外舵机的方向逐个缩小。

8.根据权利要求1所述的两段翼仿鸟扑翼飞行器，其特征在于：所述外翼还包括传动杆，所述传动杆串联多个所述外翼肋，且所述传动杆的长度方向与所述外杆的长度方向平行。

9.根据权利要求1所述的两段翼仿鸟扑翼飞行器，其特征在于：所述内翼包括固定杆和多个内翼肋，所述内翼肋沿所述四连杆机构的长度方向间隔分布，所述固定杆穿过多个所述内翼肋，且所述固定杆的长度方向与所述四连杆机构的长度方向平行。

10.根据权利要求1所述的两段翼仿鸟扑翼飞行器，其特征在于：所述机身包括支架和主杆，所述主杆穿过所述支架，所述主杆沿前后方向延伸，所述尾舵机安装于主杆的尾端，所述驱动机构安装于所述支架。