[发明专利]一种仿生蜂鸟飞行器

说明书

本发明公开了一种仿蜂鸟扑翼飞行器，飞行器翅膀的低频摆动，提供了足够大的力使得蜂鸟飞行器完成悬浮、前进和后退等动作。仅通过一个电机提供的力通过齿轮组和连杆使得翅膀同时煽动，又通过两个舵机协同控制两根弹性杆，弹性杆形态及位置的变化改变了两个翅膀的状态，使得一对翅膀产生的合力的大小和方向可控，实现蜂鸟飞行器的直线和变向飞行。蜂鸟飞行器使用能量密度较大的锂电池提供动力，电池的及其挠性电池连接杆可以协助控制系统平衡重心，并减少系统震动，使系统平稳可靠。本发明利用并不复杂的结构实现了小质量飞行器的仿生姿态飞行，可以稳定可靠的实现飞行动作，为仿生飞行器的发展添砖加瓦。

技术领域

本发明属于仿生机器人领域，具体涉及一种仿生蜂鸟飞行器。

背景技术

目前国外有关于仿生机器人的研究，但是我国在这方面起步晚、成果极少、效果差，另一方面未来战场将是以无人作战、信息战、低损耗零伤亡为主要发展趋势，催生了“蜂群”式的仿生弹药，致力于实现全方位、超近距、精准作战。

微型飞行器尺寸在20㎝以内，是一个学科交叉的产物，应用微机电、仿生学、加密无线通讯、仿生空气动力学基础、柔性翼、制导装置以及微型控制技术，可以仿鸟类飞行，并自主巡航，进行目标识别自主决策和回传数据。微型飞行器包括仿鸟类飞行器和仿昆虫飞行器等多种类型，这种微型飞行器最容易发展成仿生弹药。微型飞行器的发展为打造“蜂群”式的仿生武器提供了基础，这将大大促进国防事业的发展，将这项技术应用于探险救灾和有毒气体探测，可以体现出微型飞行器的广阔民用前景。

电子科技大学冯振宇等人在《类蜂鸟扑翼微型飞行机器人羽翼设计与优化》一文中提出了一种类蜂鸟飞行器，该飞行器使用四连杆机构传动，机翼自由度只有翅根在竖直方向上的旋转，与真实的蜂鸟翅膀相差太大，不能完成前进、后退等操作，也不能控制自身的横摇，所以对外界干扰的敏感度很高，稳定性很差。虽然翼面为弹性材料，但是翼面在机翼扑动过程中变形有限，故产生升力的效率很低，当升力足以对抗重力时，系统的噪音较大。以上所述结构上的缺陷直接导致了该蜂鸟飞行器最多只能悬停很短的时间，稍有干扰便失稳，所以该飞行器并不可控，并不具备发展成“蜂群”式飞行器的潜质。

蜂鸟可以悬停，还有高超的空中飞行技巧，但是当今的蜂鸟飞行器的相关研究与自然界中的蜂鸟相比有很大的缺陷：蜂鸟飞行器并不能稳定悬停，其机翼远不及蜂鸟翅膀灵活，且机翼材料及结构不能使机翼在质量很小时产生很大的升力，驱动机翼扑动的机械结构与其材料上的缺陷导致蜂鸟飞行器尺寸较大，且不易控制，负载能力低以及能量利用率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种仿生蜂鸟微型飞行器，解决了蜂鸟飞行器的机翼不够灵活的问题，使得机翼的运动方式更加贴近真实的蜂鸟，更符合仿生学的理论。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种仿蜂鸟扑翼飞行器，包括电机、动力传递机构、电池、双舵机机构、机架和一对翅膀；电机固连在机架上，一对翅膀对称设置在机架两侧；双舵机机构固定在传动机构的下方；电池位于双舵机机构下方，且固定在机架上，为蜂鸟飞行器提供动力。本发明的飞行器翅膀的低频摆动，提供了足够大的力使得蜂鸟飞行器完成悬浮、前进和后退等动作。仅通过一个电机提供的力通过齿轮组和连杆使得翅膀同时煽动，又通过两个舵机协同控制两根弹性杆，弹性杆形态及位置的变化改变了两个翅膀的状态，使得一对翅膀产生的合力的大小和方向可控，实现蜂鸟飞行器的直线和变向飞行。蜂鸟飞行器使用能量密度较大的锂电池提供动力，电池的及其挠性电池连接杆可以协助控制系统平衡重心，并减少系统震动，使系统平稳可靠。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

（1）本发明用最少的舵机达到了最佳的姿态控制效果，并减轻了质量。

（2）两根翅膀根部边缘杆使得机翼扑动、扭转和翼面气动形态都可控，蜂鸟飞行器顺利完成悬停、横飞、转向等飞行操作。

（3）在飞行过程中的噪音及振动很小，机构的固有频率完美避开机翼的工作频率，从而避免了谐振带来的破坏。