[发明专利]一种仿生蜂鸟飞行器有效

专利信息
申请号: 201810140193.9 申请日: 2018-02-11
公开(公告)号: CN108438218B 公开(公告)日: 2020-09-04
发明(设计)人: 王少萍;张益鑫;郭庆;池小楷;刘宝旭 申请(专利权)人: 北京航空航天大学
主分类号: B64C33/00 分类号: B64C33/00;B64C33/02
代理公司: 北京永创新实专利事务所 11121 代理人: 周长琪
地址: 100191*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 仿生 蜂鸟 飞行器
【说明书】:

发明公开一种仿生蜂鸟飞行器,采用高度仿生设计,探究仿蜂鸟微型扑翼飞行非定常空气动力学理论,建立可实现垂直起降、空中悬停扑翼飞行器运动规律的就简化模型。设计了基于五连杆曲柄摇杆超轻扑翼机构及类似直升机变桨距原理的调节扑翼攻角的超轻结构。按照模块化和一体化的设计理念,研发了包括动力传动系统、飞控电子系统等仿生蜂鸟扑翼飞行器的各子系统,完成可实现垂直起降及悬停平飞切换的蜂鸟扑翼原型机的制作。基于“早飞多飞”的设计思想,利用实验方法优化迭代原理样机,实现仿生蜂鸟扑翼飞行器悬停、前飞等飞行机动,达到灵活侦查的性能要求。未来,仿生蜂鸟飞行器可实现多鸟集群侦查,通过协同控制及仿鸟群智能算法完成全作战区域的低空域侦查任务。

技术领域

本发明涉及仿生机器人领域,具体来说,是一种仿生蜂鸟飞行器。

背景技术

目前先进的仿生侦查设备正热火朝天发展,在西方国家已经有相关微型扑翼飞行器的成功研制和应用实例,而我国在这方面起步较晚,相关研究受限于伺服技术、能源等进展缓慢。

微型飞行器(Micro Air Vehicle,MAV)又称纳米飞行器或微纳米飞行器。微型飞行器定义为一种尺寸为15cm大小并能靠其自身能力飞行和完成各种探测任务的飞行器。微型飞行器是于20世纪90年代发展起来,其应用技术基本上已超出传统的飞机设计和空气动力技术的研究范畴,是对传统航空技术的一种挑战,同时它的出现也开拓了纳米技术和微机电系统技术在航空领域的应用。微型飞行器的发展和应用,必将推动国防科技工业的发展,并且具有广阔的民用前景。

蜂鸟是自然界里一种飞行性能极其优异的小型鸟类,具有高超的空中悬停技巧,飞行过程气动效率极高,具有很高的仿生学价值。目前并未出现与蜂鸟相关的仿生飞行器记载。

发明内容

针对上述问题,本发明从未来我国的前线近距离接触式侦查设备需求出发,由仿生学对象蜂鸟启发,提出一种具备空中悬停能力的质量仅为50g左右的仿生蜂鸟飞行器,并利用有规律的高频扑打运动产生空中飞行运动所需的动力以及悬停所需的升力,以此来优化蜂鸟翼形设计,本飞行器利用adams完成了蜂鸟扑打全周期运动、翼尖轨迹的运动学仿真,利用ANSYS完成关键结构件的应力、应变分析,在保证结构强度的条件下完成扑翼飞行器极致减重的优化设计。

本发明仿生蜂鸟飞行器,在主结构体两侧安装有翅膀组件,翅膀组件通过竖直设置的拍打轴安装于翅膀转接件上;翅膀转接件与主体结构间通过左右设置的攻角调节转轴连接。由此,通过两套扑翼变攻角结构分别驱动主结构体两侧的翅膀组件绕攻角调节转轴转动,实现翅膀攻角调节。通过一套扑翼拍打驱动机构控制翅膀同步绕拍打轴转动,进而实现翅膀拍打动作。本发明仿生蜂鸟飞行器整个运动过程由飞控系统进行控制。

上述扑翼变攻角结构包括变攻角驱动舵机与变攻角传动杆件。其中,变攻角驱动舵机顶部固定于主结构体上。变攻角传动杆件包括传动摇臂与舵机拉杆;其中,舵机拉杆为两根,顶端分别与翅膀转接件前后位置连接;底端分别与传动摇臂两端连接;传动摇臂固定安装于变攻角驱动舵机输出轴上。由此,翅膀转接件、与变攻角传动杆件间构成平行四杆传动系统,通过变攻角驱动舵机可带动两套变攻角传动杆件上下运动,带动翅膀转接件转动,实现翅膀攻角的调节。

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