[发明专利]仿海鸥扑翼机构

说明书

本发明一种仿海鸥扑翼机构包括驱动部分、传动部分、扑翼部分和龙骨；所述龙骨依次贯穿并固定于所述驱动部分、传动部分和扑翼部分上，用于整个机构的支撑连接；所述扑翼部分的左、右扑翼连杆机构均由前、后曲柄摇杆机构和平行四边形机构组成，通过采用两套并联的曲柄摇杆机构以及平行四边形机构，相对于传统的单曲柄摇杆机构的仿海鸥扑翼机构，模仿鸟类的双段扑翼和海鸥扑动近似的两段扑翼的运动规律，改善了扑翼运动的仿生性，同时具有结构紧凑、结构简单的优点。

技术领域

本发明属于仿生机器人技术领域，具体涉及一种仿海鸥扑翼机构。

背景技术

自然界中能够实现扑翼飞行的生物主要有鸟类，哺乳类(主要是蝙蝠)和昆虫，对应的翅膀结构以及肌肉驱动机理各不相同。随着飞行动物体型的减小，其扑翼频率呈不断增大的趋势。飞鸟的扑动频率在2-100赫兹之间，如天鹅和苍鹭扑动频率为2赫兹，海鸥为4赫兹，鸽子为10赫兹，最小的蜂鸟可达50赫兹。而昆虫的扑动频率通常大于100赫兹，曾经有超过1000赫兹的记录。

无人机在军事侦察，航拍以及生物行为研究等多个领域具有广泛的应用,现有飞行机器人主要有固定翼、旋转翼以及扑动翼三类。由于固定翼以及旋转翼普遍存在能耗大、噪音大和易于被侦察等缺点，生物广泛采用的扑动翼在无人机的设计中得到重视。现有扑翼机构主要为单段扑翼，多以实现与昆虫类似的高频上下扑动为研制目的。而在体型较大的鸟类中，多采用多段翼，实现包括扑动、折叠、扭转等运动的复杂低频率扑翼运动。鸟类在长途迁徙中所展现的高效率飞行令人叹服，研究能够实现与鸟类扑翼类似的仿生扑翼机构，有望助力无人机获取与鸟类类似的气动性能，提高无人机的效率，并且与生物类似的外形也有利于提高隐蔽性，不易被侦察，同时有望应用于鸟类行为的研究。

本发明的研究背景是仿海鸥扑翼机研制，海鸥的扑翼频率约为4Hz。整个扑动周期内，海鸥的翅膀前后翼段有较大变形，是一个较为复杂的空间运动。现有仿生扑翼机构多数只考虑扑翼前端的角度扑动范围，或仅包含被动后端的扑翼机构，这种设计使得扑翼机在扑动过程中很难模仿鸟类在扑翼过程中扑翼前端和扑翼后端的协调配合，从而影响了扑动过程中的气动性能。

在中国专利200610042632.X中，采用蜗轮蜗杆减速机构，蜗轮两侧对称分布有空间曲柄摇杆机构，其中连杆两端分别通过球形铰链与曲柄端和摇杆端相连，由电机带动蜗杆转动，进而驱动蜗轮，使得左右两侧的曲柄摇杆机构中的摇杆能够模拟生物的扑动角度范围，而不能模仿生物扑动角度变化规律。

在中国专利CN104276283B中，通过曲柄摇杆机构模拟生物的扑动，结合V形块的设计可以保证向上扑动过程中产生一定的折叠效果，向下扑动的过程中扑翼展平，有助于提升扑动过程中的升力和推力，能够一定程度上模仿生物扑翼的折叠运动，但是仿生性不强。在中国专利CN202609083U中，利用曲柄摇杆机构和平行四边形机构可以实现扑翼前端和后端的协调运动，但是由于前后翼段的扑动都由同一套四边形机构产生，很难达到很好的仿生性能。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种仿海鸥扑翼机构，利用两套曲柄摇杆机构和平行四边形机构的对称扑翼机构，基于新提出的天牛须搜索算法通过优化机构的尺寸参数来模拟扑动过程中海鸥的翅膀前端和后端的扑动角度曲线变化。

本发明的技术方案是：一种仿海鸥扑翼机构，其特征在于：包括驱动部分、传动部分、扑翼部分和龙骨；所述龙骨依次贯穿并固定于所述驱动部分、传动部分和扑翼部分上，用于整个机构的支撑连接；

所述驱动部分包括镂空板结构的后框架，在其镂空面上安装有后框架固定夹、无刷电调和电机；所述无刷电调和电机通过输出线连接，用于提供整个机构的动力；通过所述后框架固定夹将所述龙骨固定在所述后框架上；