[发明专利]一种基于扑动-折叠-扭转耦合运动的仿生扑翼飞行器

说明书

本发明公开了一种基于扑动‑折叠‑扭转耦合运动的仿生扑翼飞行器，该扑翼飞行器由机身、两侧机翼和尾翼机构组成，机翼电机启动时，机翼电机输出轴上的曲柄齿轮转动，依次带动前段第一机翼杆、前段第二机翼杆、前段第三机翼杆转动，实现机翼的扑动运动。固定齿轮随着前段第二机翼杆上下摆动，将扭矩通过行星齿轮传递给从动锥齿轮，带动第三翼面支撑板绕中段第三机翼杆小幅度转动，实现机翼的扭转运动；前段机翼、中段机翼和末段机翼扑动角度不同，实现机翼的折叠运动。通过尾翼和调节尾翼方向的舵机共同实现飞行器的转向。本发明具有驱动原动件少、能实现扑动‑折叠‑扭转耦合的扑翼运动、飞行灵活和产生的有效升力大的特点。

技术领域

本发明属于仿生扑翼飞行器技术领域。尤其涉及一种基于扑动-折叠-扭转耦合运动的仿生扑翼飞行器。

背景技术

扑翼飞行具有很好的机动性和灵活性。相比于固定翼飞行，运用仿生学原理，模仿鸟类飞行特性获取高升力，具有很高的飞行稳定性。多自由度扑翼运动相比单自由度扑翼运动能够更好地实现飞行生物的姿态，飞行灵活，并且在运动的过程中能够更好地控制飞行方式。目前，研究的扑翼飞行器大多为单自由度机构或者多驱动多自由度机构，单自由度机构的飞行模式简单，飞行灵活性和稳定性无法与飞行生物相比，而已有的多自由度扑翼飞行器结构复杂，驱动原动件多，控制系统复杂。专利（CN102211665 A）采用单自由度扑翼运动，有前后两对扑翼，但向上和向下的扑动对称，产生的升力和阻力抵消，不能产生有效的升力。专利（CN201610408704.1）公开了一种多自由度仿鸟扑翼飞行器，其采用多自由度扑翼运动，虽然能实现多自由度运动，但驱动原动件多，质量大。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，目的是提供一种驱动原动件少，能够实现扑动、折叠和扭转三个自由度运动，模仿了鸟类的飞行姿态，飞行灵活和有效升力大的扑动-折叠-扭转耦合运动的仿生扑翼飞行器。

发明采用的技术方案是：

一种基于扑动-折叠-扭转耦合运动的仿生扑翼飞行器，其特征在于：该仿生扑翼飞行器由机身、尾翼机构以及位于机身两侧的机翼组成，所述机身包括机身外框架和固定安装在机身外框架中部的机翼固定架；

所述机翼包括前段机翼、中段机翼、末段机翼、以及包覆在三段机翼上的软质包覆层，所述前段机翼包括曲柄齿轮、三角连杆一、三角连杆二、前段第一机翼杆、前段第二机翼杆、前段第三机翼杆、第一翼面支撑板和第二翼面支撑板，所述三角连杆一和三角连杆二的一个顶点通过同一根销轴铰接在机翼固定架上，三角连杆一的另一个顶点设有铰接相连的第一连杆，第一连杆另一端通过第一销轴铰接在曲柄齿轮上的偏心处，三角连杆二的另一个顶点设有通过第二销轴铰接的第二连杆，第二连杆底部也铰接在第一销轴上，三角连杆一、三角连杆二以及第一连杆和第二连杆共同组成一个四边形结构，三角连杆一和三角连杆二的第三个顶点均在这个四边形结构外，三角连杆一的第三个顶点设有铰接相连的第一摆杆，第一摆杆另一端通过第三销轴与前段第一机翼杆左端铰接相连，第三销轴上还铰接有第二摆杆，第二摆杆另一端铰接在第二销轴上，三角连杆二的第三个顶点与前段第二机翼杆左端铰接相连，前段第三机翼杆左端也铰接在第二销轴上，前段第一机翼杆和前段第三机翼杆右端通过第四销轴铰接在一起，所述第一翼面支撑板安装在前段第二机翼杆左端，前段第三机翼杆从第一翼面支撑板底部矩形槽自由穿过，第二翼面支撑板安装在前段第二机翼杆右端，前段第一机翼杆和前段第三机翼杆均从第二翼面支撑板底部矩形槽自由穿过，两个机翼的曲柄齿轮相互啮合传动，其中一个机翼的曲柄齿轮通过机翼电机驱动；