CN2861012Y - 扑翼飞行机器人研究开发平台 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种扑翼飞行机器人研发平台，其包括一底盘(1)、设于该底盘上的一支撑架(2)、一端竖直安装于该固定架顶部的可绕自身轴线转动的主轴(3)、通过一铰链机构与该主轴(3)另一端铰接的横杆(4)，该横杆可在立体面受限范围内转动，还包括通过一万向机构(18)与所述横杆(4)一端连接的试验体(5)、设于该横杆另一端的配重块(6)、分别设于各相对转动构件处的数据采集装置。本实用新型操作简单，其飞行的各种数据可以得到精确的测量与记录，便于对扑翼飞行机器人进行准确的数学建模，可以成为扑翼飞行机器人研究和开发的有效平台。
Description
【技术领域】
本实用新型涉及一种飞行机器人的研发平台，特别是一种扑翼飞行机器人的研发平台。
【背景技术】
现代飞机的飞行实现了让人类在天空飞行的梦想。但现代飞机的机翼都是固定翼，这使得现代飞机的升降、悬停、推进、控制功能受到了诸多限制，无法满足让人类在天空自由翱翔的愿望，因此人们开始研发扑翼飞行机器人，期望实现扑翼飞行，这种飞行方式与固定翼飞行方式相比具有高效率、高机动性、低噪音、无需专用起飞着陆场地等优点。
目前韩国CYBird公司已设计出第一款扑翼飞行机器人。但由于扑翼飞行机器人是利用不稳定气流的空气动力学进行飞行的，其建模与控制非常复杂，所以这款扑翼飞行器尚无任何模型，只能通过遥控操作使其在几百米的范围内自由飞行，很难操作，飞行成功率非常低，其飞行中的各种数据无法得到精确的测量与记录，在这种情况下，很难对扑翼飞行机器人进行准确的数学建模，这已经成为阻碍扑翼飞行机器人研究和开发的主要问题。
【实用新型内容】
本实用新型的目的是为了解决现有技术无法精确测得扑翼飞行机器人的飞行数据以及无法对其进行准确的数学建模的问题，提供一种扑翼飞行机器人的研发平台。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是构造一种扑翼飞行机器人研发平台，其包括一底盘、设于该底盘上的一支撑架、一端竖直安装于该固定架顶部的可绕自身轴线转动的主轴、通过一铰链机构与该主轴另一端铰接的横杆，该横杆可在立体面受限范围内转动，还包括通过一万向机构与所述横杆一端连接的可作球面运动的试验体、设于该横杆另一端的配重块、分别设于各相对转动构件处的数据采集装置。
其中，所述的支撑架包括：空心立柱、设于该立柱顶端的箱体、设于该箱体内的一对皮带轮，该箱体的顶板中部设有安装了主轴承的主轴承座，所述的主轴的一端竖直穿过该主轴承，所述皮带轮的大同步轮固定在主轴的穿出端，小同步轮通过一芯轴连接在所述箱体顶板的内表面。
所述芯轴上设有一调节架，该调节架上设有一数据采集装置。
所述铰链机构包括：一底部固定在所述主轴上端的U形支架、将所述横杆与该U形支架铰接的水平铰链轴，该铰链轴被支撑在设于该U形支架两侧边的第一对轴承中，该U形支架内表面的底部设有一缓冲块，U形支架的铰链轴上设有一数据采集装置。
所述的万向机构两相互垂直的铰接轴分别由第二对轴承和第三对轴承支撑，该万向机构通过n型连接架连接在所述的横杆下面，该万向机构的两铰链轴上还分别设有一数据采集装置。
所述横杆设置所述配重块的一端设有可调整配重块位置的刻度。
所述的数据采集装置包括一采集数据的光电旋转编码器、将数据传送出去的数据线。
所述的底盘和空心立柱之间还设有一机座，所述数据采集装置的数据线通过空心立柱的内腔集结到该机座侧面的接插面板上。
所述底盘采用圆方相间的框架结构，该底盘的底面边缘设有调整螺栓。
所述的试验体为带有动力的可控的扑翼飞行机器人。
本实用新型将扑翼飞行机器人安装在一个三自由度随动云台机构上，使机器人能够在一个球面上进行三自由度受限飞行。三自由度随动云台的各个关节均安装有光电旋转编码器，可以精确的检测到各个关节的运动，编码器检测到的各个关节运动数据通过数据线传到外部的运动控制器进入计算机，经过运动学计算后获得悬挂在云台末端的扑翼飞行机器人的飞行运动参数，如位置、姿态、速度和加速度等。将检测到的扑翼飞行机器人实际飞行参数与通过计算机设定的期望飞行参数进行比较后获得飞行误差，将误差输入扑翼飞行机器人的运动控制器，运动控制器根据飞行误差计算扑翼飞行机器人的三个控制变量：翅膀的扑动频率和尾翼的两个角度，实现对扑翼飞行机器人的闭环控制，以获得扑翼飞行机器人的稳定受控飞行。本实用新型操作简单，其飞行的各种数据可以得到精确的测量与记录，便于对扑翼飞行机器人进行准确的数学建模，可以成为扑翼飞行机器人研究和开发的有效平台。
【附图说明】
下面结合附图对本实用新型详细说明，其中：
图1是本实用新型较佳实施例的主视图；
图2是图1的A向支撑部分的视图；
图3是图1沿B-B方向的剖视图；
图4是本实用新型较佳实施例万向机构的局部放大图；
图5是图1A向扑翼飞行机器人的局部视图。
【具体实施方式】
图1示出了本实用型新较佳实施例的基本结构，所述的扑翼飞行机器人研发平台，其包括一由圆方相间的铝材框架构成的底盘1(请参阅图3)，设于该底盘的底面四角的可用于调整底盘1平面的调整螺栓22、设于该底盘上的一支撑架2。该支撑架2包括：一空心立柱7、设于该立柱顶端的箱体8和设于该箱体内的一对同步皮带轮，该箱体的顶板中部设有安装了主轴承9的主轴承座10。一可绕自身轴线转动的主轴3其下端竖直穿出主轴承9，所述同步皮带轮的大同步轮11固定在主轴3的穿出端，可随主轴一同转动，小同步轮12通过一芯轴连接在箱体8顶板的内表面，所述芯轴上设有一调节架13(请参阅图3)，该调节架上设有一数据采集装置(图中未示出)。主轴3的上端通过一铰链机构与一横杆4铰接，以致横杆可在立体面受限范围内转动，另外一试验体5——带有动力的可控的扑翼飞行机器人(也可以是其他飞行机器人)通过一万向机构18与横杆4左端连接。横杆右端设有刻度，其上设有一可沿刻度改变位置的配重块6。
如图1和图2所示，上述的铰链机构包括：一底部固定在所述主轴3上端的第一U形支架14、将横杆4与该U形支架铰接的水平铰链轴15，该铰链轴被支撑在设于该U形支架两则边的第一对轴承16中，该U形支架内表面的底部设有一缓冲块17，用于横杆4进行俯仰时的缓冲，该U形支架的水平铰链轴15还上设有一数据采集装置。
如图1、图4、图5所示，所述的万向机构18通过一n形连接架19连接在横杆4的下表面，该万向机构包括：第一n形架27和第二n形架28，两个n形架开口同向(向下)，并分别处于相对转动90度的平面内。一垂直所述水平铰链轴15的第一铰接轴23，由设于第一n形架27两侧边的第二对轴承25支撑；第二n形架28通过第一铰接轴23与第一n形架27铰接；与上述第一铰接轴23垂直交错的第二铰接轴24，由设于第二n形架28两侧边的第三对轴承26支撑。所述的扑翼飞行机器人5通过一连杆29由第二铰接轴24与第二n形架铰接。第一铰接轴23和第二铰接轴24上还分别设有可采集各相对转动构件数据的数据采集装置。
本实施例中的数据采集装置包括一采集数据的光电旋转编码器30、将数据传送出去的数据线(图中未示出)。所述的底盘1和空心立柱7之间还设有一机座20，数据采集装置的数据线可以通过空心立柱7内腔集结到该机座侧面的接插面板上21，如图1所示。
本实用新型由所述主轴3、水平铰链轴15和第一铰接轴23构成一个三维空间。将扑翼飞行机器人5可绕主轴3、水平铰链轴15第一铰接轴23作三自由度的随动，即使得扑翼飞行机器人5能够在一个球面上进行三自由度受限飞行，而扑翼飞行机器人自带动力，受外部遥控飞行。安装在三自由度随动云台的各个关节的光电旋转编码器30，可以精确的检测到各个关节的运动，光电旋转编码器检测到的各个关节运动数据通过数据线传到外部的运动控制器40进入计算机(如图1所示)，经过运动学计算后获得悬挂在云台末端的扑翼机器人的飞行运动参数，如位置、姿态、速度和加速度等。将检测到的扑翼飞行机器人实际飞行参数与通过计算机设定的期望飞行参数进行比较后获得飞行误差，将误差输入扑翼飞行机器人的运动控制器，运动控制器根据飞行误差计算扑翼飞行机器人的三个控制变量：翅膀的扑动频率和尾翼的两个角度，实现对扑翼飞行机器人的闭环控制，以获得扑翼飞行机器人的稳定受控飞行。本实用新型操作简单，其飞行的各种数据可以得到精确的测量与记录，便于对扑翼飞行机器人进行准确的数学建模，可以成为扑翼飞行机器人研究和开发的有效平台。
Claims (10)
1.一种扑翼飞行机器人研发平台，其特征在于：包括一底盘(1)、设于该底盘上的一支撑架(2)、一端竖直安装于该固定架顶部的可绕自身轴线转动的主轴(3)、通过一铰链机构与该主轴(3)另一端铰接的可在立体面内转动的横杆(4)，还包括通过一万向机构(18)与所述横杆(4)一端连接的可作球面运动的试验体(5)、设于该横杆另一端的配重块(6)、分别设于各相对转动构件处的数据采集装置。
2.如权力要求1所述的扑翼飞行机器人研发平台，其特征在于：所述的支撑架(2)包括：空心立柱(7)、设于该立柱顶端的箱体(8)、设于该箱体内的一对皮带轮，该箱体的顶板中部设有安装了主轴承(9)的主轴承座(10)，所述的主轴(3)的一端竖直穿过该主轴承，所述皮带轮的大同步轮(11)固定在主轴(3)的穿出端，小同步轮(12)通过一芯轴连接在所述箱体(8)顶板的内表面。
3.如权力要求2所述的扑翼飞行机器人研发平台，其特征在于：所述芯轴上设有一调节架(13)，该调节架上设有一数据采集装置。
4.如权力要求1所述的扑翼飞行机器人研发平台，其特征在于：所述铰链机构包括：一底部固定在所述主轴(3)上端的U形支架(14)、将所述横杆(4)与该U形支架铰接的水平铰链轴(15)，该铰链轴被支撑在设于该U形支架两则边的第一对轴承(16)中，该U形支架内表面的底部设有一缓冲块(17)，所述水平铰链轴(15)上设有一数据采集装置。
5.如权力要求1所述的扑翼飞行机器人研发平台，其特征在于：所述的万向机构(18)两相互垂直的铰接轴(23、24)分别由第二对轴承(25)和第三对轴承(26)支撑，该万向机构(18)通过n形连接架(19)连接在所述的横杆(4)的下表面，该万向机构的两铰链轴上还分别设有数据采集装置。
6.如权力要求1所述的扑翼飞行机器人研发平台，其特征在于：所述横杆(4)设置所述配重块(6)的一端设有可调整配重块位置的刻度。
7.如权力要求1至6任一项所述的扑翼飞行机器人研发平台，其特征在于：所述的数据采集装置包括一采集数据的光电旋转编码器(30)、将数据传送出去的数据线。
8.如权力要求7所述的扑翼飞行机器人研发平台，其特征在于：所述的底盘(1)和空心立柱(7)之间还设有一机座(20)，所述数据采集装置的数据线通过空心立柱(7)的内腔集结到该机座侧面的接插面板上(21)。
9.如权力要求8所述的扑翼飞行机器人研发平台，其特征在于：所述底盘(1)采用圆方相间的框架结构，该底盘的底面边缘设有调整螺栓(22)。
10.如权力要求9所述的扑翼飞行机器人研发平台，其特征在于：所述的试验体(5)为带有动力的可控的扑翼飞行机器人。
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