[发明专利]共轴双旋翼与磁驱扑翼耦合的微型飞行器及控制方法

说明书

本发明公开了一种共轴双旋翼与磁驱扑翼耦合的微型飞行器及控制方法，其包括共轴双旋翼系统、传动系统、主机架、磁驱扑翼系统、起落架、微型电机、电池和控制板；共轴双旋翼系统用来提供飞行器需要的升力；传动系统将微型电机的动力转递给共轴双旋翼系统；磁驱扑翼系统通过电磁线圈通交流电产生转角，驱动扑翼扑动一定的角度，进而为整个飞行器提供转向力和前进力。本发明取消了原共轴双旋翼系统的复杂变距机构，使得控制简化，引入了磁驱扑翼系统来实现微飞行器的转向和前进功能，改变了之前仅由扑翼产生升力的方式，使用扑翼来产生推力和转向扭矩，使用了起落架装置，实现了飞行器的稳定起降，采用复合式布局，更有利于飞行器的微型化。

技术领域

本发明涉及微型飞行器领域，具体地涉及一种共轴双旋翼与磁驱扑翼耦合的微型飞行器及控制方法。

背景技术

随着微机械电子系统(MEMS)技术、新型材料与驱动技术、空气动力学等领域的长足发展，微型飞行器取得了高速发展。相对于常见的大尺寸的飞行器，微型飞行器在结构布局，气动特性及控制原理等方面都产生了质的变化。在飞行方式也出现了多种多样的布局与结构方式。目前广泛研究的飞行器主要包括固定翼、旋翼和扑翼飞行器三种。固定翼飞行器在军事领域和民用领域发挥了巨大的应用的价值，但是其起降需要一定的空间，升力的产生原理也限制了进一步缩小结构尺寸。旋翼飞行器相比与固定翼飞行器而言，可以实现垂直起降，目前广泛应用的是四旋翼飞行器，这类飞行器依靠水平布局的旋翼来提供相互抵消的扭矩，空间尺寸较大，不利用进一步的减小尺寸。共轴双旋翼飞行器因其具有紧凑的布局，渐渐进入人们的视野，但其包含复杂的变距机构和操纵结构，操作复杂，不利于控制和微型化。扑翼飞行器作为新兴的研究重点，以其可以垂直起飞和自由飞行而受到广泛关注，但目前扑翼飞行器受到材料和结构尺寸的限制，产生的升力小，可控性差，无法实现自由飞行。

基于以上的一些问题，现有的微型飞行器仍然存在一些缺点，因此，急需研究一种能够实现垂直起降，稳定停落，控制较为简单，方便于进一步微型化的飞行器。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种共轴双旋翼与磁驱扑翼耦合的微型飞行器及控制方法，其能够实现垂直起降，且能够稳定停落，控制方法简单快速，冗余度较低，为微型飞行器的发展提供了新的思路。其结构改变了之前仅依靠扑翼产生升力的方式，而使用扑翼来产生推力和转向扭矩，克服了现有技术的偏见，改变了扑翼的运动方式，取得了突出性的技术效果。

为实现上述目的，本发明具体采用如下技术方案：

具体地，本发明提供一种共轴双旋翼与磁驱扑翼耦合的微型飞行器，其包括共轴双旋翼系统、传动系统、主机架、磁驱扑翼系统、起落架、电机、电源以及控制板；

所述共轴双旋翼系统与传动系统连接从而实现旋翼共轴转动，所述磁驱扑翼系统通过线圈支架与主机架相连接，借助于翅膀摆杆带动翅膀骨架进行扑动，进而产生转向力与前进力，所述电源用于供电，所述控制板用于对所述共轴双旋翼系统和磁驱扑翼系统进行控制；

所述共轴双旋翼系统包括上旋翼组件、下旋翼组件、上旋翼轴和下旋翼轴，所述上旋翼组件包括第一上旋翼、第二上旋翼、第一桨毂、第一平衡杆、第一桨毂轴以及上桨毂连接件，所述第一上旋翼和第二上旋翼对称设置在第一桨毂的两侧，所述第一桨毂套设在所述第一桨毂轴的外部，所述第一平衡杆设置在所述第一桨毂的上方并与所述第一桨毂借助于上桨毂连接件连接；所述下旋翼组件包括第一下旋翼、第二下旋翼、第二桨毂、第二平衡杆、第二桨毂轴以及下桨毂连接件，所述第一下旋翼和第二下旋翼对称设置在第二桨毂的两侧，所述第二桨毂套设在所述第二桨毂轴的外部，所述第二平衡杆设置在所述第二桨毂的上方并与所述第二桨毂借助于下桨毂连接件连接；以顺时针为正方向，第一平衡杆与第一上旋翼之间的安装角度为45°，第二平衡杆与第一下旋翼之间的安装角度为-45°；所述上旋翼轴与下旋翼轴连接并与下旋翼轴的轴心重合，从而实现双旋翼的共轴运动；