[发明专利]一种仿生扑翼飞行器及其控制方法

权利要求书

1.一种仿生扑翼飞行器，其特征在于，包括：胸部结构、腹部结构、左翅、右翅和微控系统；所述胸部结构的一侧设置所述左翅；所述胸部结构的另一侧设置所述右翅；所述胸部结构的末端设置所述腹部结构；

所述胸部结构包括胸部主碳纤维杆、第一驱动舵机和第二驱动舵机；所述胸部主碳纤维杆的顶端设置所述第一驱动舵机和所述第二驱动舵机；所述第一驱动舵机与所述左翅连接；所述第二驱动舵机与所述右翅连接；

所述腹部结构包括腹部碳纤维杆和第三驱动舵机；所述第三驱动舵机设置在所述胸部主碳纤维杆的末端；所述腹部碳纤维杆的顶端与所述第三驱动舵机固定；

所述微控系统设置在所述腹部碳纤维杆的末端；所述微控系统与所述第一驱动舵机、所述第二驱动舵机和所述第三驱动舵机电连接；所述微控系统用于控制所述第一驱动舵机和所述第二驱动舵机以带动所述左翅和所述右翅做余弦规律的扑打运动，以及控制所述第三驱动舵机以带动所述腹部碳纤维杆做摆动运动；所述摆动运动与所述余弦规律的扑打运动同频反相。

2.根据权利要求1所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于，所述胸部结构还包括：翅膀动力机构连接组件、左翅根连接件、右翅根连接件和后翅铰链连接件；

所述第一驱动舵机和所述第二驱动舵机均通过所述翅膀动力机构连接组件设置在所述胸部主碳纤维杆的顶端；所述第一驱动舵机通过所述左翅根连接件与所述左翅连接；所述第二驱动舵机通过所述右翅根连接件与所述右翅连接；所述后翅铰链连接件套设在所述胸部主碳纤维杆上；所述后翅铰链连接件的一端与所述左翅铰接；所述后翅铰链连接件的另一端与所述右翅铰接。

3.根据权利要求2所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于，所述胸部结构还包括：两个翅膀驱动舵机摇臂；

所述第一驱动舵机通过一个所述翅膀驱动舵机摇臂与所述左翅根连接件连接；所述第二驱动舵机通过另一个所述翅膀驱动舵机摇臂与所述右翅根连接件连接。

4.根据权利要求1所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于，所述腹部结构还包括：腹部动力机构连接组件、腹部连接机构和微控系统固定组件；

所述第三驱动舵机通过所述腹部动力机构连接组件设置在所述胸部主碳纤维杆的末端；所述腹部连接机构固定在所述第三驱动舵机上；所述腹部碳纤维杆的顶端插入到所述腹部连接机构中；所述微控系统通过所述微控系统固定组件设置在所述腹部碳纤维杆的末端。

5.根据权利要求1所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于，所述微控系统包括zigbee控制芯片；

所述zigbee控制芯片分别与所述第一驱动舵机、所述第二驱动舵机和所述第三驱动舵机电连接。

6.根据权利要求5所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于，所述微控系统还包括电子陀螺仪和电源；所述电子陀螺仪、所述电源均与所述zigbee控制芯片电连接；所述电子陀螺仪用于获取当前的姿态信息。

7.根据权利要求5所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于，所述zigbee控制芯片中内置有中枢模式发生器。

8.根据权利要求2所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于，所述翅膀动力机构连接组件为采用3D打印方式打印而成。

9.一种仿生扑翼飞行器的控制方法，其特征在于，所述控制方法用于如权利要求1-8中任意一项所述的仿生扑翼飞行器；所述控制方法包括：

基于当前的姿态信息，采用中枢模式发生器对运动学控制模型进行控制以生成余弦规律扑打控制脉冲信号和摆动运动控制脉冲信号，从而实现姿态调节；所述余弦规律扑打控制脉冲信号用于控制第一驱动舵机和第二驱动舵机以带动左翅和右翅做余弦规律的扑打运动；所述摆动运动控制脉冲信号用于控制第三驱动舵机以带动腹部碳纤维杆做摆动运动。

10.根据权利要求9所述的仿生扑翼飞行器的控制方法，其特征在于，所述运动学控制模型为：

其中，为控制左翅扑打的非对称余弦函数；为控制右翅拍打的非对称余弦函数；θ_a(t)为腹部碳纤维杆摆动的控制余弦函数；ω为生物学观测下的扑打角速度；ω＝ω₀[1-Psin(ω₀·t)]；P为非对称因子；ω₀为匀速刚性扑打的双翅扑打角速度；ω₀＝2πf；t为时间；f为双翅扑打频率；γ为双翅扑打与腹部碳纤维杆摆动之间的相位差；为左翅扑打的幅值；为右翅扑打的幅值；为左翅扑打的平衡位置；为右翅扑打的平衡位置；A_a为腹部碳纤维杆摆动的幅值，C₀为腹部碳纤维杆摆动的平衡位置。