[发明专利]一种弹跳起飞的微型扑翼飞行器

说明书

技术领域

本发明涉及扑翼飞行器和弹跳机器人技术领域，特别涉及一种弹跳起飞的微型扑翼飞行器。

技术背景

微型扑翼飞行器(Flapping-Wing Micro Air Vehicle ,简称FMAV)是一种模仿鸟类或昆虫飞行的新型飞行器，与固定翼和旋翼飞行器相比，其主要特点是将举升、悬停和推进功能集成于一体，无需螺旋桨或喷气装置，具有很强的机动性和灵活性。在军事上，微型扑翼飞行器可以装备到士兵班，进行敌情侦察及战场破坏评估；可作为反辐射和微型攻击武器，摧毁敌方雷达等电子设施；可以携带微型战斗部件执行攻击任务，用于目标搜索和通信中继；可方便地监测化学、核或生物武器，并标定危险区域；可用于侦察建筑物内部情况，适用于城市、丛林等多种作战环境；还可用于边境或海防缉私巡逻，用于监视、监听、辅助解救人质。同时，微型扑翼飞行器也可推广至民用领域，可用于山区、城市或室内等复杂环境下的侦察、跟踪任务；可在化学或辐射等有害环境下进行侦察、干扰、救护、救生定位等特殊任务；可用于搜寻灾难幸存者和有毒气体或化学污染源；也可用于森林防火和测量农业生产中氨的浓度、监测病虫害；同时可用于地质勘探、野外考察、旅游探险、鸟瞰摄影、高空广告拍摄等诸多方面。

目前常用的微型扑翼飞行器需要辅助的方式自主起飞，如用弹射器弹射或手置飞行器来起飞，而且不能稳定降落，易损害飞行器，同时无法实现飞行器的自主起飞–降落–起飞的工作循环，导致扑翼飞行器的应用受到较大限制。

弹跳机器人是一项集成控制技术、机械传动技术、能量存储／释放技术、传感器技术的机器人系统，可通过自身的蓄能、触发等动作实现自主循环跳跃，研究将弹跳机器人技术应用到微型扑翼飞行器的设计，为扑翼飞行器的自主起飞及循环工作提供可能性。

发明内容

为克服现有微型扑翼飞行器技术的不足，本发明提供一种弹跳起飞的微型扑翼飞行器。

一种弹跳起飞的微型扑翼飞行器, 包括机身、仿生扑翼、驱动机构、弹跳装置、控制系统和尾翼，机身为其余各部件的安装固定基础；仿生扑翼为凸起式设计且左右对称，其前端连接驱动机构，后端固定于机身末端，飞行器飞行的升力和推进力由两翼扑动产生；驱动机构安装于机身前部，通过齿轮传动将微型直流电机的转动转化为仿生扑翼的扑动；弹跳装置安装于机身下部，带动飞行器实现自主起飞，飞行器降落时对其缓冲；控制系统安装于机身上腹部，通过导线与驱动机构和弹跳装置连接，提供弹跳装置蓄能、触发及微型扑翼飞行器飞行的能量，同时控制微型扑翼飞行器的动作；尾翼安装于机身尾部，保持机体飞行的平衡。

所述的机身由面部、上梁、下梁及连接上、下梁的胸肋、腰肋和腹肋组成，面部截面为三角星形，上梁前端垂直连接于面部中上部，下梁前端连接于面部下端，上梁、下梁后端相交于机身末端。

所述的仿生扑翼由机翼骨架和蒙皮组成，左右扑翼对称，机翼骨架前端与驱动机构相连，机翼骨架为凸起式设计；蒙皮外缘形状与机翼骨架一致，并粘附在机翼骨架上，蒙皮后端套装于机身末端；机翼骨架由轻质直杆构成，蒙皮由轻质塑料薄膜制成。

所述的驱动机构安装于机身前部，由微型直流电机、齿轮及杆件构成，微型直流电机转轴安装有下齿轮，下齿轮与上齿轮之间设有同心同轴双齿轮，下齿轮与同心同轴双齿轮的大齿轮啮合，同心同轴双齿轮的小齿轮与上齿轮啮合，上齿轮连接有摇杆，摇杆另一端与两根连杆相互铰接，两连杆上分别平行固定有圆柱管，圆柱管内部安插机翼骨架前端的连接杆。

所述的弹跳装置由蓄能记忆合金弹簧、前臂、蓄能扭簧、后臂、第一挂钩、触发扭簧、稳定杆、触发记忆合金弹簧、第二挂钩组成，前臂一端固定于机身腰肋下端并连接蓄能记忆合金弹簧，另一端连接蓄能扭簧，蓄能扭簧的另一端与后臂连接，后臂尾部连接触发扭簧底部，触发扭簧顶部安装第二挂钩，第二挂钩另一端连接触发记忆合金弹簧，触发记忆合金弹簧另一端连接在稳定杆中部，稳定杆中部固定于后臂末端且与后臂垂直，蓄能记忆合金弹簧的另一端连接第一挂钩。

所述的控制系统由电源、开关、控制电路及导线组成，控制电路包括电源电路、单片机电路和驱动电路。

所述的尾翼左右对称，断面为倒T型，由连接杆、平尾骨架、平尾薄膜、垂尾组成，连接杆固定于机身尾端；平尾骨架由两根等长轻质侧直杆构成；等腰三角形轻质平尾薄膜外缘粘附在平尾骨架上；垂尾呈直角三角形，由轻质薄板制成并垂直粘于平尾中轴线处。