[发明专利]可变共振频率电磁驱动式双驱动微扑翼飞行器

说明书

技术领域

本发明涉及一种微型飞行器技术领域的装置，具体地，涉及一种能改变翅膀拍打共振频率，并且两个翅膀独立驱动的电磁驱动式微扑翼飞行器。

背景技术

扑翼式飞行器是一种采用翅膀的复杂运动实现飞行的微型飞行器。由于尺度效应，在小尺度下电磁驱动器能提供的功率十分有限，而翅膀拍打时由于惯性，改变速度方向需要做大量功。目前普遍使用的一种方法是将扑翼飞行器的翅膀与驱动器之间添加弹簧机制使其具有一定的刚度，刚度的大小设计成能使飞行器共振频率与所需要的共振频率正好一致，进而以这一频率拍打，即可使飞行器共振，无需克服惯性力做功。另外，一般的微飞行器为了结构尽量简化，通常使用一个驱动器控制两个翅膀，使两个翅膀只能执行同样的拍打规律。

国内在微扑翼式飞行器的研究方面产生一定的成果。公开号为102328744A、申请号为201110223769.6的中国专利，提供了一种基于柔性铰链的电磁驱动式扑翼微飞行器。

但是目前飞行器，如前述公开号为102328744A专利的飞行器，由于尺度太小的影响，飞行最佳效果都只能在翅膀共振频率的情况下实现。通过手动调整翅膀位置以获得较为理想的共振频率仅在实验过程中可行，由于加工等不稳定因素，这一方案在批量生产时不可采用，且很难对共振频率进行精确的控制。当以别的频率拍打时，飞行器将会因为拍打频率与共振频率不同而拍打幅值过小，导致无法正常飞行。另一方面，由于飞行器的两个翅膀只受一个驱动器控制，因此两个翅膀的拍打规律完全相同，在飞行过程中仅有一种飞行状态，使得微飞行器的适应能力极差。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种可变共振频率电磁驱动式双驱动微扑翼飞行器，该飞行器可控性高，使飞行器以不同频率拍打都能共振获得最大拍打角成为了可能，同时两个电机分别独立控制一个翅膀，使飞行姿态多样化，能适应不同的环境。

为实现以上目的，本发明提供一种可变共振频率电磁驱动式双驱动微扑翼飞行器，包括：两个直流电机、两套电流变扭转材料、两个包含被动扭转铰链的翅膀、一个直流电机固定件和两个翅膀固定件，其中：两个直流电机并列放置并通过直流电机固定件连接固定；两个直流电机与两个翅膀分别通过一个翅膀固定件连接固定；两个电流变扭转材料的一端分别与直流电机固定件固结、另一端分别与两个翅膀固定件固结。

本发明使用直流电机作为驱动器，直流电机直接带动翅膀拍打，翅膀与直流电机之间并联扭转机制，因而系统的共振频率的平方与系统等效刚度成反比。在这个系统中，等效刚度与电流变扭转材料的刚度有关。通过调整电流变扭转材料含有的电荷量，电流变扭转材料将表现出不同的扭转刚度，从而起到改变共振频率的效果。改变电机往复转动的频率与共振频率相同，即可在该频率下以最大拍打角拍打翅膀。两个翅膀由两个直流电机分别独立控制，通过输入电机的电信号的不同，能够完成两个翅膀不同的拍打动作。

优选地，所述直流电机固定件包括底座、顶部和用于连接底座与顶部的竖直圆杆，底座的左、右两侧面为凹形，两个直流电机分别与底座的左、右两侧凹形处固结；竖直圆杆的一端固定于底座上表面的中心处、另一端与顶部的中心垂直连接；顶部的左、右延伸端末端为半圆形，半圆与直流电机同轴并在直流电机的正上方。

优选地，所述直流电机固定件的底座左、右两侧凹形的半径与所述直流电机的机身半径相同，所述直流电机固定件的顶部的延伸端末端位于所述直流电机正上方与所述直流电机同轴。

优选地，所述翅膀固定件由上半部分和下半部分组成，下半部分为一圆柱形，在圆柱形的下表面沿圆心设有一圆形凹槽，该圆形凹槽与直流电机的转轴相匹配；上半部分为一三角形结构，其与下半部分的上表面有一45°的斜角，该45°斜角面用于与翅膀固结。

所述电流变扭转材料为圆柱体扭转材料，圆柱体的上表面与直流电机固定件的顶部延伸端的下表面固结，圆柱体的下表面与翅膀固定件的下半部分的上表面固结。

所述包含被动扭转铰链的翅膀中包括由被动扭转结构，所述被动扭转结构由两个矩形块以及两个矩形块之间的间隙构成，两个矩形块之间的间隙作为柔性铰链提供翅膀被动扭转的自由度，在与空气的相互作用下发生类似于昆虫的绕着x轴的转动，形成翅膀扑动过程中的攻角。