[发明专利]一种仿生可有序折叠的扑翼机器人扑翼机构及控制方法

说明书

本发明一种仿生可有序折叠的扑翼机器人扑翼机构及控制方法，包括机架、扑翼驱动机构、有序扑翼折叠机构、控制单元、传感器模块、电源模块，以及折叠控制方法，所述的扑翼驱动机构包括无刷电机、齿轮传动机构、左翅膀传动机构和右翅膀传动机构，所述的机翼折叠驱动机构包括左右完全对称的左侧有序折叠扑翼驱动机构和右侧有序折叠扑翼驱动机构，均由丝杆电机、左侧翅根组件固定端、左侧翅根组件活动端、机翼固定端固定片、机翼活动端固定片、一级驱动杆前、一级驱动杆中、一级驱动杆后、二级驱动杆前、二级驱动杆后、三级驱动杆、一级骨骼和二级骨骼组成，所述的扑翼机构可以实现扑翼的有序折叠位置精确控制，从而提升扑翼机器人飞行机动性、稳定性和实用性。

技术领域

本发明涉及机械学、仿生学、机器人技术、扑翼机器人，具体为一种仿生可有序折叠的扑翼机器人扑翼机构及控制方法。

背景技术

扑翼机器人相比于固定翼和旋翼机器人具有高效性、敏捷性和隐蔽性等优点，可执行大范围侦察探测、安全巡检和灾后搜救等任务，在军事和民用领域都有着良好的应用前景。扑翼机构是扑翼机器人最重要的部件之一，至今已经有许多对扑翼机器人机翼进行折叠的机构被设计出来。扑翼机器人的机翼折叠是指对扑翼机器人的升力产生结构进行折叠，使其机翼的垂直于地面方向的投影面积发生大幅度改变，这一参数与扑翼机器人的升力和阻力有着密切联系。机翼折叠对提高扑翼机器人的便携性、空气动力学性能以及仿生性有较大的帮助。但目前的机翼折叠大部分都是为了扑翼机器人的便于携带与运输，其机翼结构的折叠、收放机构大多采用膜类结构不能有序折叠，也不能提高扑翼机器人的飞行姿态控制灵活性。中国专利201410269739.2公开了一种扑翼机器人，但是其翅膀不具有折叠功能，中国专利202111509861.9公开了刚柔耦合主被动变形扑翼机构及攻角调节方法，但是其不具备主动翅膀折叠能力，中国专利201810812761.5提出了一种扑翼机的仿鸟类与蝙蝠的可折叠机翼，其模仿蝙蝠与鸟类设计了一种可折叠机翼，在飞行过程中可以改变机翼的折叠状态，气动效率高，通过复杂的多连杆机构模仿了飞行脊椎动物的翅膀折叠动作，但其机翼不具备有序折叠收拢和展开功能，在折叠时的不可控因素较多，控制稳定性低。

自然界中所有鸟类都能在飞行中对翅膀骨骼以及羽毛进行有序折叠，以改变自身升力和飞行姿态，具有极强的机动性能。如果在飞行过程中能自由有序地调节机翼的折叠状态，改变扑翼机构的变形情况，将会大大提高扑翼机器人的飞行机动性、稳定性与实用性。因此，设计一种可以有序折叠机翼结构的扑翼机器人扑翼机构，对于扑翼机器人的性能提升以及鸟类空气动力学性能的研究都有着重要意义。

发明内容

本发明所要克服的技术问题在于扑翼机器人机翼机构主动变形困难，扑翼机构折叠变形无序与可靠性低的问题，以及在飞行过程中实现扑翼形态的实时控制调节难题，为此发明人设计一种刚柔耦合能够主动调节被动变形速度与幅值的主被动变形扑翼机构及相对应的攻角调节方法。

本发明提供一种仿生可有序折叠的扑翼机器人扑翼机构，由机架、扑翼驱动机构、有序扑翼折叠机构、控制单元及传感器模块和电源模块组成：

所述的机架包括主架、辅架、连接柱一、连接柱二、连接柱三、连接柱四、连接柱五、连接柱六、连接柱七、左主架摇杆连接件和右主架摇杆连接件，所述的主架安装机架的相关配件、机构、装置和模块，所述的辅架通过连接柱一、连接柱二、连接柱三、连接柱四、连接柱五、连接柱六和连接柱七安装在主架的右侧面上，所述的右主架摇杆连接件和左主架摇杆连接件左右对称固接在主架上前端左右两侧；

所述电源模块为扑翼驱动机构、有序扑翼折叠机构、控制单元及传感器模块供电；