[发明专利]一种双翼式微型仿生扑翼机

说明书

技术领域

本发明属于微型仿生飞行器领域，特别涉及一种双翼式微型仿生扑翼机。 

背景技术

自然界中，鸟类或昆虫的扑翼式飞行方式可以实现快速的起飞、加速和悬停，具有高度的机动性和灵活性。生物的飞行方式根据扑动的频率主要分为三种：低频扑动方式、中频扑动方式以及高频扑动方式。扑翼飞行器因本身的飞行性能和使用目的等原因，在模型、军事、航空等行业的发展上越来越重要。仿生类的扑翼飞行器的研究主要分为利用微机械（MEMS）技术的扑动和机械式扑动。基于MEMS技术的扑翼机可以使机体轻量化，达到真正意义上的仿生效果，但其成本较大，技术不够成熟。传统的机械式扑翼机具有成本低、制造技术成熟的优势，但其结构复杂并且能耗较大，相比于通过微机械加工的扑翼机，往往质量偏大。当前微型扑翼机研究的主要问题是：如何减小机体重量和体积，如何增加升力以及姿态控制。 

目前，常见的微型仿生扑翼机的设计中存在着以下一些常见的问题：（1）扑翼运动不对称。相当多的微型扑翼机采用滑块机构或者不对称连杆机构实现扑翼运动，这种设计具有机构简单的优点，却大大增加了后期控制在保持平衡方面的复杂度。（2）单扑翼结构。在已公布的专利中，微型扑翼机的设计多以左右两片扑翼的上下扑动来实现飞行，升力有限。查阅相关文献，现有的采用机械式扑动并且成功开发的微型扑翼机的机身重量多在20g以下，翼展25cm左右。在机构、电池、电路板和电气元件的总重量较重时，这种单扑翼结构的扑翼机只能够依靠增加扑翼面积来提高升力，这大大增加了微型扑翼机的体积，不符合微型扑翼机轻量化、微型化的发展趋势。（3）转向控制。查阅相关专利，绝大多数的微型扑翼机利用舵机拉动摆翼来实现机身的转向。这种设计存在两个明显的缺陷：1）舵机的质量偏大，最轻的微型舵机的质量也在3g以上，这对于以20g标准设计的微型扑翼机来说，是个不小的负担；2）舵机的灵敏度较低，在转向控制上易造成响应的延时，在地形复杂地区飞行时，这种响应的延时容易造成机身的损毁。 

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种双翼式微型仿生扑翼机。该双翼式微型仿生扑翼机可以实现完全对称的扑翼运动，结构简单紧凑，采用双扑翼式结构设计增加升力，利用电磁舵拉动尾翼调节飞行方向，减轻质量的同时增加了转向灵敏度。 

本发明是通过以下技术方案实现的： 

一种双翼式微型仿生扑翼机，其特征是包括驱动机构、双扑翼机构、尾翼机构及主臂，驱动机构连接在主臂的正前端，双扑翼机构位于主臂的正上方，尾翼机构连接在主 臂的正后端，其中： 

驱动机构包括菱形支架、微型直流电机、齿轮减速机构、两个连杆机构和两根扑翼架；将菱形支架竖立，定义其四个顶点分别为上顶点、下顶点、左顶点、及右顶点，上、下顶点及左、右顶点之间均设有支撑梁，上顶点与两支撑梁交点之间的连线为中轴线，左、右顶点分列于中轴线两侧并对称，两支撑梁交点与下顶点之间的连线与中轴线的延长线之间设有倾斜角，两支撑梁的交点处设有通孔，微型直流电机固定在菱形支架背面两支撑梁的交点处，其输出轴穿过通孔后于菱形支架的正面套接一驱动齿轮，该驱动齿轮与一减速齿轮啮合，减速齿轮的转轴铰支连接在下顶点处，在菱形支架的左、右顶点处分别设置转轴，两转轴上分别设有左右两个同步齿轮且两同步齿轮相互啮合，设置一个与减速齿轮同轴、位于减速齿轮外侧的小齿轮，该小齿轮与近侧的一个同步齿轮啮合；两根扑翼架尺寸相同，将两根扑翼架在中点处交叉叠合并通过一转轴穿过两根扑翼架铰支连接在菱形支架的上顶点处，两根扑翼架相对运动的交叉叠合段部分为对称的镶嵌设置，且相互滑动配合；在左右两个同步齿轮上的对称位置各设有左右两个偏心的铰支轴，分别铰支连接左右两根连杆的一端，左连杆的另一端铰支连接在与左同步齿轮同侧的一根扑翼架左端设置的铰支轴上，右连杆的另一端铰支连接在与右同步齿轮同侧的另一根扑翼架右端设置的铰支轴上； 

双扑翼机构包括四片相同的扇形扑翼及四根扑翼安装杆，扇形扑翼的两侧边互相垂直，四片扇形扑翼的一条侧边分别固定连接在四根扑翼安装杆上，四根扑翼安装杆分别与位于上顶点左右两侧的四段扑翼架固定连接，构成一对对称上扑翼和一对下扑翼，四片扇形扑翼的另一条侧边的后端均设有钩环； 

尾翼机构包括水平尾翼及垂直尾翼、垂直尾翼真立设置在水平尾翼平面的中心线上，中心线两侧的水平尾翼对称，垂直尾翼分为两段，前段为固定翼，与水平尾翼平面固定连接，后段为摆翼，与固定翼之间通过环形铰链连接并与水平尾翼平面之间滑动配合，在固定翼上设有电磁舵，电磁舵的输出分别通过位于固定翼两侧的两根连杆分别连接在摆翼的两侧面上；