[发明专利]一种具有柔性结构的高机动扑翼式仿生蝙蝠飞行器及其飞行操纵控制方法

权利要求书

1.一种具有柔性结构的高机动扑翼式仿生蝙蝠飞行器，其特征在于：包括机身、对称设置在机身左右两侧的翅脉一与翅脉二、连接在翅脉一与翅脉二之间且位于机身上端背面的齿轮传动总成、安装在机身中段背面的电机总成和安装在机身下端背面的舵机总成一与舵机总成二；

所述齿轮传动总成包括主翅翼驱动齿轮与副翅翼驱动齿轮；所述主翅翼驱动齿轮上设有摆动导杆；所述电机总成包括电机、安装在电机输出轴上的摇臂以及与摇臂活动相连的滑块；所述摆动导杆与滑块相连；所述舵机总成一和舵机总成二的结构相同，均包括舵机和与舵机输出轴相连的舵机臂；所述机身的左右两侧分别设有一根柔性杆，柔性杆的一端与机身固定相连，另一端穿过对应侧的舵机臂且与舵机臂间隙配合。

2.根据权利要求1所述的一种具有柔性结构的高机动扑翼式仿生蝙蝠飞行器，其特征在于：所述翅脉一、机身及翅脉二的正面设有翅膜；所述翅膜采用柔性轻质材料一体切割成型，并通过双面胶或固化胶黏着于翅脉一、翅脉二及柔性杆上。

3.根据权利要求1所述的一种具有柔性结构的高机动扑翼式仿生蝙蝠飞行器，其特征在于：所述机身包括固定板、安装在固定板上端的固定座和安装在固定板中段的一对U型卡扣；所述固定座的中间开设有电机安装孔，固定座的两端分别开设有轴孔一和轴孔二；所述固定座的顶部设有用于将轴孔一引出的延伸部。

4.根据权利要求3所述的一种具有柔性结构的高机动扑翼式仿生蝙蝠飞行器，其特征在于：所述舵机总成一和舵机总成二的舵机分别卡合连接在两个U型卡扣中；所述舵机臂的一端设有轴孔三，另一端设有轴孔四，轴孔三与轴孔四的中心线相互垂直；所述舵机输出轴插入至轴孔三中且与轴孔三过盈配合；两根柔性杆的上端分别插入至轴孔一、轴孔二中，且与轴孔一、轴孔二过盈配合，下端分别插入至舵机总成一与舵机总成二的舵机臂的轴孔四中且与轴孔四间隙配合。

5.根据权利要求3所述的一种具有柔性结构的高机动扑翼式仿生蝙蝠飞行器，其特征在于：所述电机安装在电机安装孔中且与电机安装孔过盈配合；所述摇臂的一端开设有轴孔五，另一端开设有轴孔六，电机输出轴插入至轴孔五中且与轴孔五过盈配合；所述滑块上设有轴孔七和轴孔八，轴孔七与轴孔八的中心线相互垂直；所述滑块通过销钉与摇臂相连，销钉的一端插入至轴孔六中且与轴孔六间隙配合，另一端插入至轴孔七中且与轴孔七过盈配合。

6.根据权利要求4所述的一种具有柔性结构的高机动扑翼式仿生蝙蝠飞行器，其特征在于：所述主翅翼驱动齿轮的一侧设有若干轮齿一，相邻轮齿一之间形成齿槽一；所述副翅翼驱动齿轮的一侧设有若干轮齿二，相邻轮齿二之间形成齿槽二；轮齿一及齿槽一与轮齿二及齿槽二对应设置，使主翅翼驱动齿轮与副翅翼驱动齿轮啮合相连；所述主翅翼驱动齿轮的外端部开设有槽孔一，副翅翼驱动齿轮的外端部开设有槽孔二；所述翅脉一的内端部安装在槽孔一中且与槽孔一过盈配合，翅脉二的内端部安装在槽孔二中且与槽孔二过盈配合；所述主翅翼驱动齿轮上设有圆柱形固定部，圆柱形固定部的中间开设有轴孔九；所述副翅翼驱动齿轮上开设有轴孔十；所述主翅翼驱动齿轮通过转轴一与机身相连，副翅翼驱动齿轮通过转轴二与机身相连；所述转轴一及转轴二的同一端连接有顶盖；所述转轴一的一端穿过轴孔九后与顶盖相连，另一端插入至轴孔二中且与轴孔二过盈配合；所述转轴一与轴孔九间隙配合；所述转轴二的一端穿过轴孔十后与顶盖相连，另一端插入至延伸部及轴孔一中且与轴孔一过盈配合；所述转轴二与轴孔十间隙配合；所述摆动导杆插入至轴孔八中且与轴孔八间隙配合；所述顶盖上开设有轴孔十一和轴孔十二；当摆动导杆由转轴二指向转轴一时，主翅翼驱动齿轮上的轮齿一插入副翅翼驱动齿轮上的齿槽二中。

7.根据权利要求6所述的一种具有柔性结构的高机动扑翼式仿生蝙蝠飞行器，其特征在于：所述转轴一和转轴二均为刚性光轴，采用刚性轻质材料制成。

8.根据权利要求1～7任意一项所述的具有柔性结构的高机动扑翼式仿生蝙蝠飞行器的飞行操纵控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)翅翼扑动：当电机输出轴顺时针旋转时，将驱动摇臂顺时针旋转，同时摆动导杆将在电机总成滑块上的轴孔八内滑动，并由此驱动翅脉一由翅翼下限位置往翅翼上限位置向上扑动；摇臂继续沿顺时针旋转，则翅脉一由翅翼上限位置往翅翼下限位置向下扑动；当电机输出轴驱动摇臂匀速顺时针旋转时，翅翼下扑速度大于上扑速度，由此能够产生附加升力；当翅翼上下扑动时，主翅翼驱动齿轮与副翅翼驱动齿轮轮齿相互啮合，通过齿轮传动将动力同步传递给翅脉二使翅脉二同步上扑、下扑；

(2)横滚运动：舵机总成二上的舵机臂顺时针转动，驱动与其对应的柔性杆向下弯曲，舵机总成一上的舵机臂顺时针转动，驱动与其对应的柔性杆向上弯曲，进而产生绕横滚轴向右滚转的力矩，使机身绕横滚轴向右倾转；当舵机总成二上的舵机臂逆时针转动，驱动与其对应的柔性杆向上弯曲，舵机总成一上的舵机臂逆时针转动，驱动与其对应的柔性杆向下弯曲，进而产生绕横滚轴向左滚转的力矩，使机身绕横滚轴向左倾转；

(3)俯仰运动：当舵机总成二上的舵机臂顺时针转动，驱动与其对应的柔性杆向下弯曲，舵机总成一上的舵机臂逆时针转动，驱动与其对应的柔性杆向下弯曲，进而产生绕俯仰轴向前倾转的力矩，使机身绕俯仰轴向前倾转；当舵机总成二上的舵机臂逆时针转动，驱动与其对应的柔性杆向上弯曲，舵机总成一上的舵机臂顺时针转动，驱动与其对应的柔性杆向上弯曲，进而产生绕俯仰轴向后倾转的力矩，使机身绕俯仰轴向后倾转；

(4)飞行速度控制：当电机总成中的电机转速增大时，扑翼产生的升力和推进力将同步变大；反之，电机转速减小时，扑翼产生的升力和推进力将同步减小，从而实现对飞行速度的调节。