專利名稱：一種超小型仿生撲翼飛行器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種仿生撲翼飛行機器人(俗稱機器飛鳥)，尤其涉及一種超小型仿
生撲翼飛行器。
背景技術：
撲翼的飛行方式廣泛存在于自然界飛行生物的飛行之中，撲翼飛行囊括了固定翼飛行和旋翼飛行的優(yōu)點，可以快速的起飛、加速和懸停，具有高度機動性和靈活性。飛行生物的飛行方式大致可以分為三類低頻率的撲動飛行，如許多大型鳥類(鷹、鷲、大雁、海鷗、天鵝等)，翼展較長較大，撲動頻率較低，從零到數(shù)十赫茲不等，采用低頻率的撲動和滑翔相結合的撲動形式；中頻的撲動飛行，主要為體形中等的鳥類(如燕子、麻雀、鴿子等)，翅膀不太大，撲動頻率相對較高，極少采用滑翔方式；高頻的撲動飛行，這種飛行方式是采用頻率極高、翅膀的運動規(guī)律復雜的撲翼形式，如蜂鳥及體形更小的鳥類和大多數(shù)昆蟲，撲動頻率約為60 80赫茲，能夠在空中實現(xiàn)前進、后退、懸停和其它一些高難度的機動飛行。
超小型飛行器主要是尺寸大小介于無人飛機( 一般10m以內)和微型飛行器(一般10cm以內)之間的一類飛行器，一般指外形尺寸在lm以內。在超小型飛行器方面，和固定翼布局相比，仿生撲翼在氣動方面，優(yōu)勢非常明顯，但是，仿生撲翼的布局首先給超小型飛行器的結構設計帶來了極大的挑戰(zhàn)，尤其是在撲翼的結構、材料以及運動機構的微小型化設計方面面臨著較多的技術難題。 撲動裝置是仿生超小型飛行器中的核心組成部分，撲動裝置的優(yōu)劣將對超小型仿生飛行器產生極大的影響。另外，在超小型撲翼飛行器的撲動方式上，比較適合采用低頻、中頻撲動，也適合采用電機驅動。 自然界中飛鳥在飛行時翅膀的運動是三維的，存在著拍打、擺動和扭轉。目前，在超小型撲翼飛行器方面，撲動裝置采用的是一維的拍打運動，有些采用一維拍打運動結合飛行器尾部方向舵和升降舵控制，離真正意義上的撲翼三維飛行運動還有很大差距。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種能夠實現(xiàn)撲翼拍打和扭轉二維運動，并結合尾部方向舵實現(xiàn)飛行器的三維飛行的超小型仿生撲翼飛行器。 本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)超小型仿生撲翼飛行器，其特征在于，主要包括機架2、轉動支架14、左撲翼3、右撲翼1、尾翼6、垂直安定面4、方向舵5、電機15、電機11、電機12、電池29、微型陀螺儀13、信號接收模塊30、GPS模塊31、控制系統(tǒng)模塊32以及撲動裝置，由電機15驅動左撲翼3和右撲翼1上下?lián)鋭?，電機11驅動左撲翼3和右撲翼1扭轉運動，電機12驅動方向舵5飛行器轉向，控制系統(tǒng)模塊32協(xié)調三者運動時序，使飛行器如飛鳥一樣靈活飛行。 所述的電機15通過齒輪16、齒輪24、齒輪23、齒輪18嚙合傳動、經過連桿21、轉
3軸48、滑槽28驅動左主搖桿44、右主搖桿26上下?lián)鋭樱凰龅碾姍C11經過齒輪10、齒輪43、轉軸50、齒輪33、左月牙齒條39、右月牙齒條37、圓柱桿38、圓柱桿9、左支撐塊40、右支撐塊36、轉動支架14驅動左撲翼3、右撲翼1繞轉軸17扭轉運動；所述的電機12經過搖桿49、連桿52、搖桿51、轉軸7驅動方向舵5左右擺動。 所述的電機15、齒輪16、齒輪24、齒輪23與齒輪18位于十字型主支架27兩側，電機15固定在轉動支架14上，齒輪24與齒輪23經過轉22固定連接，轉軸22與十字型主支架27通過轉動副連接，齒輪18經過銷軸19與十字型主支架27通過轉動副連接，連桿21與齒輪18經過轉軸20通過轉動副連接，連桿21與轉軸48固定連接，轉軸48通過滑槽28與十字型主支架27經移動副相連，轉軸48通過與左主搖桿44上面的滑槽46、右主搖桿26上面的滑槽47經過移動副分別與左主搖桿44、右主搖桿26相連，左主搖桿44、右主搖桿26通過轉軸45、轉軸25經過轉動副與十字型主支架27連接，十字型主支架27與轉動支架14固定連接，左副搖桿41經過轉軸42與左支撐塊40通過轉動副連接，左主搖桿44、左副搖桿41與左撲翼3固定連接，右副搖桿35經過轉軸34與右支撐塊36通過轉動副連接，右主搖桿26、右副搖桿35與右撲翼1固定連接。 所述的電機11固定在機架2上，齒輪43與轉軸50固定連接，齒輪33與轉軸50固定連接，轉軸50與機架2通過轉動副連接，左月牙齒條39與右月牙齒條37通過圓柱桿38、圓柱桿9固定連接，左支撐塊40、右支撐塊36分別與左月牙齒條39、右月牙齒條37固定連接，左支撐塊40、右支撐塊36通過轉軸42、轉軸34分別與左副搖桿41、右副搖桿35通過轉動副連接，左撲翼3、右撲翼1分別與左副搖桿41、右副搖桿35固定連接。
所述的電機12固定在機架2上，搖桿49與連桿52通過轉動副相連，連桿52和搖桿51通過轉動副相連，搖桿51與方向舵5垂直固定連接，搖桿51與方向舵5通過轉軸7與垂直安定面4經過轉動副相連。 所述的控制系統(tǒng)模塊32接收微型陀螺儀13和GPS模塊31的信號，經過導航算法實現(xiàn)自主飛行，或者通過信號接收模塊30切換到遙控飛行。 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明最顯著特點是實現(xiàn)飛行器撲翼的拍打、扭轉二自由度復合飛行運動，再結合尾部方向舵，實現(xiàn)撲翼飛行器的三維飛行。目前超小型仿生撲翼飛行器只能實現(xiàn)撲翼一維拍打運動，離真正意義上的撲翼三維飛行運動還有很大差距的情況，提供一種能夠實現(xiàn)撲翼拍打和扭轉二維運動，并結合尾部方向舵實現(xiàn)飛行器的三維飛行，使仿生撲翼飛行器向真正意義上的撲翼飛行邁進了一大步。


圖1為本發(fā)明超小型仿生撲翼飛行器左下方結構示意 圖2為本發(fā)明超小型仿生撲翼飛行器前上方局部結構示意 圖3為本發(fā)明超小型仿生撲翼飛行器上方結構示意圖。 圖l中，右撲翼1、機架2、左撲翼3、垂直安定面4、方向舵5、尾翼6、轉軸7、配重塊8、圓柱桿9、齒輪10、電機11、電機12、微型陀螺儀13、轉動支架14、電機15、齒輪16、轉軸17 ; 圖2中，齒輪18、轉軸19、轉軸20、連桿21、轉軸22、齒輪23、齒輪24、轉軸25、右主搖桿26、十字型主支架27、滑槽28、電池29、信號接收模塊30、 GPS模塊31、控制系統(tǒng)模塊32、齒輪33、轉軸34、右副搖桿35、右支撐塊36、右月牙齒條37、圓柱桿38、左月牙齒條39、左支撐塊40、左副搖桿41、轉軸42、齒輪43、左主搖桿44、轉軸45、滑槽46、滑槽47 、轉軸48 ;圖3中，搖桿49、轉軸50、搖桿51、連桿52。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。 本發(fā)明主要由機架、轉動支架、撲動裝置、撲翼、尾翼、方向舵、微型陀螺儀、GPS模塊、信號接收模塊以及控制模塊組成。撲動裝置主要實現(xiàn)撲翼的拍打運動和扭轉運動，方向舵實現(xiàn)飛行器轉向。飛行器可以通過微型陀螺儀和GPS模塊的信號，經過控制系統(tǒng)的導航算法實現(xiàn)自主飛行，也可以通過信號接收模塊切換成遙控飛行。 本發(fā)明外形可以做到與真鳥相似，通過撲翼的拍打、扭轉運動相結合，可以快速改
變飛行器的升力，從而快速實現(xiàn)飛行器上下運動，再結合尾部的方向舵控制飛行器的轉向，
控制好三者的運動時序，就可以實現(xiàn)飛行器如飛鳥一般的靈活飛行運動。 本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例如圖1、圖2、圖3所示， 一種超小型仿生撲翼飛行器，包
括撲翼拍打系統(tǒng)，撲翼扭轉系統(tǒng)以及飛行器轉向系統(tǒng)。撲翼拍打系統(tǒng)主要由電機15、齒輪
16、齒輪24、齒輪23、齒輪18、連桿21、轉軸48、滑槽28、左主搖桿44、右主搖桿26組成。撲
翼扭轉系統(tǒng)主要由電機11、齒輪10、齒輪43、轉軸50、齒輪33、左月牙齒條39、右月牙齒條
37、圓柱桿38、圓柱桿9、左支撐塊40、右支撐塊36、轉動支架14、左撲翼3、右撲翼1、軸17
組成。飛行器轉向系統(tǒng)主要由電機12、搖桿49、連桿52、搖桿51、轉軸7、方向舵5組成。由
電機15驅動撲翼上下?lián)鋭?，電機11驅動撲翼扭轉運動，電機12驅動方向舵實現(xiàn)飛行器轉
向，控制系統(tǒng)32協(xié)調三者運動時序，從而實現(xiàn)飛行器如飛鳥一般的靈活飛行。 本發(fā)明是由三個電機15、電機11、電機12獨立驅動，通過控制系統(tǒng)協(xié)調配合，可實
現(xiàn)飛行器的三維飛行，特別是拍打系統(tǒng)和扭轉系統(tǒng)協(xié)調配合，可以較好的仿真飛鳥的飛行運動。
飛行器的三維飛行運動如下 撲翼拍打運動，電機15通過齒輪16、齒輪24、齒輪23、齒輪18嚙合傳動、經過連桿21、轉軸48、滑槽28驅動左主搖桿44、右主搖桿26同步上下?lián)鋭?，從而帶動左撲?繞轉軸45、轉軸42上下?lián)鋭?，右撲?繞轉軸25、轉軸34上下?lián)鋭印?所述的電機15、齒輪16、齒輪24、齒輪23與齒輪18位于十字型主支架27兩側，電機15固定在轉動支架14上，齒輪24與齒輪23經過轉22固定連接，轉軸22與十字型主支架27通過轉動副連接，齒輪18經過銷軸19與十字型主支架27通過轉動副連接，連桿21與齒輪18經過轉軸20通過轉動副連接，連桿21與轉軸48固定連接，轉軸48通過滑槽28與十字型主支架27經移動副相連，轉軸48通過與左主搖桿44上面的滑槽46、右主搖桿26上面的滑槽47經過移動副分別與左主搖桿44、右主搖桿26相連，左主搖桿44、右主搖桿26通過轉軸45、轉軸25經過轉動副與十字型主支架27連接，十字型主支架27與轉動支架14固定連接，左副搖桿41經過轉軸42與左支撐塊40通過轉動副連接，左主搖桿44、左副搖桿41與左撲翼3固定連接，右副搖桿35經過轉軸34與右支撐塊36通過轉動副連接，右主搖桿26、右副搖桿35與右撲翼1固定連接。 撲翼扭轉運動，電機11經過齒輪1Q、齒輪43、轉軸5Q、齒輪33、左月牙齒條39 、右月牙齒條37、圓柱桿38、圓柱桿9、左支撐塊40、右支撐塊36、轉動支架14驅動左撲翼3、右撲翼1繞轉軸17同步扭轉運動。 所述的電機11固定在機架2上，齒輪43與轉軸50固定連接，齒輪33與轉軸50
固定連接，轉軸50與機架2通過轉動副連接，左月牙齒條39與右月牙齒條37通過圓柱桿
38、圓柱桿9固定連接，左支撐塊40、右支撐塊36分別與左月牙齒條39、右月牙齒條37固
定連接，左支撐塊40、右支撐塊36通過轉軸42、轉軸34分別與左副搖桿41、右副搖桿35通
過轉動副連接，左撲翼3、右撲翼1分別與左副搖桿41、右副搖桿35固定連接。 飛行器轉向運動，電機12經過搖桿49、連桿52、搖桿51、轉軸7驅動方向舵5左右
擺動，借助空氣動力實現(xiàn)飛行器的轉向。 所述的電機12固定在機架2上，搖桿49與連桿52通過轉動副相連，連桿52和搖桿51通過轉動副相連，搖桿51與方向舵5垂直固定連接，搖桿51與方向舵5通過轉軸7與垂直安定面4經過轉動副相連。 所述的控制系統(tǒng)模塊32接收微型陀螺儀13和GPS模塊31的信號，經過導航算法實現(xiàn)自主飛行，或者通過信號接收模塊30切換到遙控飛行。 撲翼的拍打運動和扭轉運動相結合，可以快速改變飛行器的升力，從而使飛行器可以快速改變飛行高度。飛行器的方向舵結合撲翼的拍打和扭轉運動，可以實現(xiàn)更靈活的轉向。 特別是，在撲翼的下?lián)浜蜕蠐溥^程中，可以控制撲翼以不同扭轉轉角飛行
—種方法是，撲翼上下?lián)溥^程中，扭轉角恒定，上下?lián)鋭舆^程中扭轉角可以相同，也可以不同。 另一種方法是，撲翼上撲和下?lián)溥^程中，扭轉角實時相應改變，可以仿真飛鳥飛行時的翅膀拍打和扭轉的復合飛行運動。
權利要求
超小型仿生撲翼飛行器，其特征在于，主要包括機架(2)、轉動支架(14)、左撲翼(3)、右撲翼(1)、尾翼(6)、垂直安定面(4)、方向舵(5)、電機(15)、電機(11)、電機(12)、電池(29)、微型陀螺儀(13)、信號接收模塊(30)、GPS模塊(31)、控制系統(tǒng)模塊(32)以及撲動裝置，由電機(15)驅動左撲翼(3)和右撲翼(1)上下?lián)鋭?，電機(11)驅動左撲翼(3)和右撲翼(1)扭轉運動，電機(12)驅動方向舵(5)飛行器轉向，控制系統(tǒng)模塊(32)協(xié)調三者運動時序，使飛行器如飛鳥一樣靈活飛行。
2. 根據權利要求l所述的超小型仿生撲翼飛行器，其特征在于，所述的電機(15)通過 齒輪(16)、齒輪(24)、齒輪(23)、齒輪(18)嚙合傳動、經過連桿(21)、轉軸(4S)、滑槽(28) 驅動左主搖桿(44)、右主搖桿(26)上下?lián)鋭?；所述的電機(11)經過齒輪(10)、齒輪(43)、 轉軸(50)、齒輪(33)、左月牙齒條(39)、右月牙齒條(37)、圓柱桿(38)、圓柱桿(9)、左支撐 塊(40)、右支撐塊(36)、轉動支架(14)驅動左撲翼(3)、右撲翼(1)繞轉軸(17)扭轉運動; 所述的電機(12)經過搖桿(49)、連桿(52)、搖桿(51)、轉軸(7)驅動方向舵(5)左右擺動。
3. 根據權利要求2所述的超小型仿生撲翼飛行器，其特征在于，所述的電機(15)、齒輪 (16)、齒輪(24)、齒輪(23)與齒輪(18)位于十字型主支架(27)兩側，電機(15)固定在轉 動支架(14)上，齒輪(24)與齒輪(23)經過轉軸(22)固定連接，轉軸(22)與十字型主支 架(27)通過轉動副連接，齒輪(18)經過銷軸(19)與十字型主支架(27)通過轉動副連接， 連桿(21)與齒輪(18)經過轉軸(20)通過轉動副連接，連桿(21)與轉軸(48)固定連接， 轉軸(48)通過滑槽(28)與十字型主支架(27)經移動副相連，轉軸(48)通過與左主搖桿 (44)上面的滑槽(46)、右主搖桿(26)上面的滑槽(47)經過移動副分別與左主搖桿(44)、 右主搖桿(26)相連，左主搖桿(44)、右主搖桿(26)通過轉軸(45)、轉軸(25)經過轉動副 與十字型主支架(27)連接，十字型主支架(27)與轉動支架(14)固定連接，左副搖桿(41) 經過轉軸(42)與左支撐塊(40)通過轉動副連接，左主搖桿(44)、左副搖桿(41)與左撲翼 (3)固定連接，右副搖桿(35)經過轉軸(34)與右支撐塊(36)通過轉動副連接，右主搖桿 (26)、右副搖桿(35)與右撲翼(1)固定連接。
4. 根據權利要求2所述的超小型仿生撲翼飛行器，其特征在于，所述的電機(11)固定 在機架(2)上，齒輪(43)與轉軸(50)固定連接，齒輪(33)與轉軸(50)固定連接，轉軸(50) 與機架(2)通過轉動副連接，左月牙齒條(39)與右月牙齒條(37)通過圓柱桿(38)、圓柱桿 (9)固定連接，左支撐塊(40)、右支撐塊(36)分別與左月牙齒條(39)、右月牙齒條(37)固 定連接，左支撐塊(40)、右支撐塊(36)通過轉軸(42)、轉軸(34)分別與左副搖桿(41)、右 副搖桿(35)通過轉動副連接，左撲翼(3)、右撲翼(1)分別與左副搖桿(41)、右副搖桿(35) 固定連接。
5. 根據權利要求2所述的超小型仿生撲翼飛行器，其特征在于，所述的電機(12)固定 在機架(2)上，搖桿(49)與連桿(52)通過轉動副相連，連桿(52)和搖桿(51)通過轉動副 相連，搖桿(51)與方向舵(5)垂直固定連接，搖桿(51)與方向舵(5)通過轉軸(7)與垂直 安定面(4)經過轉動副相連。
6. 根據權利要求1所述的超小型仿生撲翼飛行器，其特征在于，所述的控制系統(tǒng)模塊 (32)接收微型陀螺儀(13)和GPS模塊(31)的信號，經過導航算法實現(xiàn)自主飛行，或者通過 信號接收模塊(30)切換到遙控飛行。
全文摘要
本發(fā)明涉及超小型仿生撲翼飛行器，主要包括機架(2)、轉動支架(14)、左撲翼(3)、右撲翼(1)、尾翼(6)、垂直安定面(4)、方向舵(5)、電機(15)、電機(11)、電機(12)、電池(29)、微型陀螺儀(13)、信號接收模塊(30)、GPS模塊(31)、控制系統(tǒng)模塊(32)以及撲動裝置，由電機(15)驅動左撲翼(3)和右撲翼(1)上下?lián)鋭?，電機(11)驅動左撲翼(3)和右撲翼(1)扭轉運動，電機(12)驅動方向舵(5)飛行器轉向，控制系統(tǒng)模塊(32)協(xié)調三者運動時序，使飛行器靈活飛行。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明能夠實現(xiàn)撲翼拍打和扭轉二維運動，并結合尾部方向舵實現(xiàn)飛行器的三維飛行。
文檔編號B64C33/02GK101767650SQ20091004495
公開日2010年7月7日 申請日期2009年1月6日 優(yōu)先權日2009年1月6日
發(fā)明者張興媛, 徐海榮, 胡盛斌, 賈慈力, 陸文華, 陳閔葉 申請人:上海工程技術大學