[发明专利]一种四自由度仿甲虫可折叠扑翼微型飞行机器人

说明书

本发明提出一种四自由度仿甲虫可折叠扑翼微型飞行机器人，解决了现有技术中扑翼微型飞行器并未实现扑翼折叠、后翅外展/内收运动及其自锁功能的问题。本发明包括四板折叠翼模块，四板折叠翼模块与后翅支架模块连接，后翅支架模块、后翅外展/内收运动驱动模块、后翅折叠驱动模块、俯仰驱动模块和拍翅驱动模块均安装在绳驱动模块安装支架上。本发明的优点：提高了仿甲虫扑翼飞行机器人的运动性能，采用柔性绳驱动技术与弹簧片相结合的技术方案，使得折叠翼的折叠率与折叠可靠性得到显著提高。设计的后翅外展/内收运动及其自锁功能，使飞行机器人更加便于携带和复杂环境下的隐藏，有广阔的应用前景。此外，由于在结构上，采用模块化设计，使得该扑翼微型飞行机器人的结构和运动功能上有更大的扩展空间。

技术领域

本发明涉及仿生机器人，特别是指一种四自由度仿甲虫可折叠扑翼微型飞行机器人。

背景技术

近些年来，扑翼微型飞行器技术的发展十分迅速，甲虫后翅因为拥有较大的折叠率而吸引了众多科研人员对折叠翼的研究。比如，球螋后翅展开时的面积是折叠时的四倍，相比于固定翼与振翅飞行器，仿生可折叠翼飞行器具有更小的物理尺寸，便于携带、隐蔽、伪装以适应复杂的环境和满足不同的任务，微型扑翼飞行器在军事领域和民用领域有重要的应用前景，对其柔性折叠翼的仿生设计研究具有重要意义。

目前，公开的扑翼微型飞行器有很多种：主要有哈佛大学的扑翼微型飞行器Fly，其采用压电陶瓷驱动，其特点是体型非常小，重量80毫克，翅膀翼展3厘米，每秒可拍动120次；Quang-Tri Truong等人采用双四杆机构实现了仿独角仙人工后翅的折叠功能，能够体现展开、折叠时两主翼脉之间角度的变化。但是，安装到扑翼系统上，该人工翅是通过手动操作来实现折叠与展开的；MUHAMMAD Azhar等人制作了基于四板理论的人工翅，通过配置5V、1.5A的电源驱动形状记忆合金来实现折叠。但是上述扑翼微型飞行器只实现了甲虫后翅的折叠、甲虫后翅的旋前或旋后，但是并未实现后翅外展/内收运动及其自锁功能，该功能有利于减小扑翼微型飞行器的体积，除了便于携带，还适用于复杂情况下的隐藏和侦察。

发明内容

本发明提出一种四自由度仿甲虫可折叠扑翼微型飞行机器人，解决了现有技术中扑翼微型飞行器并未实现后翅外展/内收运动及其自锁功能的问题。采用柔性绳驱动技术与弹簧片相结合的技术方案，使得折叠翼的折叠率与折叠可靠性得到显著提高。

本发明的技术方案是这样实现的：包括四板折叠翼模块，四板折叠翼模块与后翅支架模块连接，后翅支架模块、后翅外展/内收运动驱动模块、后翅折叠驱动模块、俯仰驱动模块和拍翅驱动模块均安装在绳驱动模块安装支架上；所述的拍翅驱动模块包括拍翅电机支撑板、拍翅电机座、拍翅电机、拍翅曲柄盘、拍翅曲柄销、滑块附件Ⅰ、直线轴承座、直线轴承、滑块附件Ⅱ、滑块附件Ⅲ、拍翅连杆、拍翅连杆销、后翅拍动摆杆销、后翅拍动曲柄杆、后翅支架空心销、绳驱动模块安装支架；拍翅电机座与绳驱动模块安装支架固定连接，拍翅电机安装在拍翅电机座上，拍翅电机的输出轴与拍翅曲柄盘连接，拍翅曲柄盘与滑块附件Ⅰ通过拍翅曲柄销连接。滑块附件Ⅰ、滑块附件Ⅱ、滑块附件Ⅲ三个构件固定连接并组成滑块组件。直线轴承座与绳驱动模块安装支架固定连接，直线轴承安装到直线轴承座中，通过拧紧单边开口的直线轴承座上的螺钉压紧直线轴承，滑块附件Ⅱ在直线轴承中滑动；滑块附件Ⅲ和拍翅连杆通过拍翅连杆销连接，拍翅连杆和后翅支架模块中的后翅拍动摆杆通过后翅拍动摆杆销在后翅拍动曲柄杆销孔处连接。

所述的四板折叠翼模块包括板Ⅰ、板Ⅱ、板Ⅲ和板Ⅳ，板Ⅰ、板Ⅱ、板Ⅲ和板Ⅳ之间通过弹簧片柔性连接；弹簧片位于弹簧片压紧块Ⅰ和弹簧片压紧块Ⅱ之间，弹簧片、弹簧片压紧块Ⅰ和弹簧片压紧块Ⅱ三者通过弹簧片固定螺钉、弹簧片锁紧螺母实现压紧，弹簧片压紧块Ⅱ的侧面与弹簧片安装槽通过粘接的方式连接，后翅折叠附件Ⅰ与板Ⅳ固定连接，后翅折叠附件Ⅱ与板Ⅰ固定连接，后翅折叠附件Ⅰ与后翅支架模块固定连接。