[发明专利]一种基于电热人工肌肉的仿生飞行器

说明书

本发明属于仿生飞行器设计技术领域，具体涉及一种以电热型复合碳纳米管纤维人工肌肉为动力源的仿生飞行器。所述仿生飞行器包括机身、侧翼和尾翼，动力源采用电热型复合碳纳米管纤维人工肌肉，该人工肌肉在所述机身的侧开口处连接侧翼与机身。当对该人工肌肉施加方波电压，人工肌肉即会发生收缩并带动翅膀扑动；所述尾翼的动力源采用与侧翼处同样的碳纳米管复合纤维人工肌肉，用来带动尾翼扑动辅助保持机身平衡。本发明创新性地提出用电热型复合碳纳米管纤维人工肌肉代替传统的动力源，这不仅大大地减轻了整个仿生飞行器的重量，还使驱动变得更为直接、结构更为紧凑，利于仿生飞行器的微型化。而且不会产生噪音，利于执行各种侦察任务。

技术领域

本发明属于仿生飞行器设计技术领域，具体涉及一种以电热型复合碳纳米管纤维人工肌肉为动力源的仿生飞行器。

背景技术

近年来，随着计算机技术、微机电技术以及通讯技术的迅猛发展，航天飞行技术也逐渐成熟。飞行器按其飞行原理可分为固定翼飞行器、旋翼飞行器和扑翼飞行器，前两种飞行器技术相对成熟，但也有其弊端。例如固定翼飞行器往往尺寸较大、机动性差、不能实现悬停飞行；旋翼飞行器存在能耗高、噪音大等缺点。相对来说扑翼飞行器具有较高的升力和灵活的机动性，而且扑翼飞行器可以仿照鸟类扑动翅膀，与自然生物十分相似，在军用领域和民用领域都有很大的应用前景。

基于上述说明，目前已有的扑翼型仿生飞行器，如申请号为CN202021060498.8的专利，包括机身、机翼、尾翼、机翼驱动机构、尾翼驱动机构。该仿生飞行器在机翼驱动机构的驱动下，两侧的机翼可实现上下扑动运动和翼剖面的扭转运动，具有较高的飞行速度和较大的推力，尾翼驱动机构驱动尾翼摆动可保持飞行器的平衡及提供部分升力。

然而，此仿生飞行器的驱动机构包括电机、主动齿轮、从动齿轮、曲柄、连杆、摇臂等，这复杂的机械结构无疑成为其不足之处。另外，选用电机作为其驱动源也极大地增加了机身的重量，不利于仿生飞行器的轻量化及小型化。

发明内容

本发明旨在解决目前仿生飞行器存在的重量大、负载小、结构复杂等问题。创新性地采用前沿的电热驱动碳纳米管纤维人工肌肉作为仿生飞行器的动力源，并设计了一种仿生飞行器的外形与结构。该仿生飞行器具备机械结构简单、重量轻、载荷大、无噪音等优点。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于电热人工肌肉的仿生飞行器，包括：机身，所述机身具有容腔，并具有四处开口，分别为上开口、前开口、侧开口、以及后开口；仿生飞行器头部，所述仿生飞行器头部与所述机身的前开口通过卡扣嵌入连接，方便取下安装其他电子设备如摄像头等；侧翼，所述侧翼通过侧开口连接至机身内部；动力源，所述的动力源即为电热型复合碳纳米管纤维人工肌肉，该人工肌肉在所述机身的侧开口处连接侧翼与机身。当对该人工肌肉施加方波电压，人工肌肉即会发生收缩并带动翅膀扑动；扭簧，所述扭簧安装在侧翼所在的轴上，位于机身容腔内，作用是当人工肌肉通电收缩带动侧翼向下扑动时，扭簧储存能量，当方波电压为低电平，扭簧释放能量，带动侧翼回复；尾翼，所述尾翼通过卡扣与所述机身的后开口嵌入连接；尾翼动力源，所述尾翼的动力源采用与侧翼处同样的碳纳米管复合纤维人工肌肉，碳纳米管复合纤维人工肌肉连接尾翼与机身，用来带动尾翼扑动辅助保持机身平衡。

本发明技术方案的进一步限定如下：

前述的机身及头部为仿小鸟身形，具有流线型外形，可以极大地减少飞行时的阻力。进一步地，所述机身的底部为平面，目的是方便仿生飞行器可以平稳落地。前述的头部、侧翼、人工肌肉、尾翼等等全部连接到所述机身构成完整的仿生飞行器。另外所述机身设有容腔并留有足够空间用来放置电源及控制模块。

进一步地，所述仿小鸟身形的机身、侧翼、尾翼及头部利用UG软件进行建模，并通过3D打印完成。大大简化了制造流程，制作的可重复性高且成本低廉。