[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

说明书

本发明涉及一种具有柔性结构的高机动扑翼式仿生蝙蝠飞行器，包括机身、翅脉一、翅脉二、齿轮传动总成、电机总成、舵机总成一与舵机总成二。齿轮传动总成包括主翅翼驱动齿轮与副翅翼驱动齿轮。主翅翼驱动齿轮上设有摆动导杆。电机总成包括电机、摇臂和滑块。摆动导杆与滑块相连。舵机总成一和舵机总成二均包括舵机和与舵机输出轴相连的舵机臂。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。该飞行器采用微型电机与舵机作为驱动器件，在飞行过程中能够实现姿态的俯仰、横滚控制并调节飞行速度，具有更加高效、灵活的飞行性能，且整机结构简单紧凑，易于微型化、控制管理以及装配检修。

技术领域

本发明涉及微型仿生飞行器技术领域，具体涉及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。

背景技术

近年来，随着微驱动器、微控制器、通信技术以及微电子机械技术(MEMS)尤其是MEMS惯导等技术的进步，微型仿生飞行器逐步成为微型飞行器领域的研究热点。微型仿生飞行器主要包括以飞行昆虫为仿生蓝本的仿昆式飞行器、以飞鸟为仿生蓝本的仿鸟式飞行器。

在种类繁多的微型仿生飞行器中，以蝙蝠为仿生对象的扑翼飞行器能够兼具昆虫灵活的机动性与鸟类高能效的平飞与滑翔性能，获得了国内外学者的广泛关注。美国加州理工学院的研究团队利用弹性薄膜和曲柄摇杆机构结合折翼机构研制出了一种翼展高达45.7厘米的仿生蝙蝠飞行器-Bat Bot；德国费斯托公司基于双曲柄摇杆机构和折翼机构也研制出了类似的仿生狐蝠-BionicFlyingFox。此类的仿生蝙蝠飞行器为实现扑翼的扑动运动，一般采用多组曲柄摇杆机构或者其他相似的多连杆机构。这些机构结构复杂，实现起来需要多组运动副相互配合，难以微型化，且折叠翼操纵控制难度高。此外，基于这类结构的仿生蝙蝠飞行器借助折叠翼和尾翼来产生飞行过程中飞行驱动与操纵控制所需的升力和姿态调节力矩，需要额外的额驱动器件，且控制复杂度高。

发明内容

本发明的目的在于提供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，该飞行器能够解决现有技术中的不足，采用微型电机与舵机作为驱动器件，在飞行过程中能够实现姿态的俯仰、横滚控制并调节飞行速度，具有更加高效、灵活的飞行性能，且整机结构简单紧凑，易于微型化、控制管理以及装配检修。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种具有柔性结构的高机动扑翼式仿生蝙蝠飞行器，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。

进一步的，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与翅脉一、翅脉二及柔性杆上。

进一步的，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。

进一步的，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。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。