一種可實現(xiàn)俯仰和偏航獨立調(diào)控的尾翼調(diào)節(jié)機構與撲翼機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及機器人領域，尤其是涉及一種飛行器的尾翼調(diào)節(jié)機構，本發(fā)明還涉及一種撲翼機。
【背景技術】
[0002]撲翼飛行器雙翼與尾翼的設計都是在對自然界中鳥類的撲動規(guī)律進行模仿，不同于鳥類在撲動時完全依靠雙翼來同時產(chǎn)生升力與推力，以及同時實現(xiàn)轉向、機動和調(diào)整姿態(tài)等的功能，人造的撲翼飛行器出于簡化結構、提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、以及減小控制難度等目的，都只分配給撲動機構以產(chǎn)生升力和推力這兩種最基本的功能，而將轉向和機動的功能全部交由尾翼來實現(xiàn)。也就是說，尾翼在現(xiàn)有的撲翼飛行器中擔負著提供飛行時所需的全部偏航力矩和俯仰力矩的作用。
[0003]在現(xiàn)有的尾翼設計中，常見的有如下兩種形式:
1、使用一個平面作為尾翼面。此種結構需要尾翼面同時進行俯仰和滾轉兩種運動，氣流對于尾翼面所產(chǎn)生的氣動合力相對于撲翼飛行器的重心所產(chǎn)生的合力矩在水平方向和豎直方向的分量即是所產(chǎn)生的俯仰力矩和偏航力矩。這種布局形式雖然結構簡單，但是要求俯仰力矩和偏航力矩必須要同時產(chǎn)生，難以進行精確控制。
[0004]2、使用兩個平面作為尾翼面。在使用兩個面作為尾翼布局形式的設計中，具體的分為V尾和水平-垂直尾翼的兩種形式。其中，V尾的控制方式以及調(diào)整原理與單平面尾翼類似，故其也具有俯仰力矩與偏航力矩之間存在耦合關系的缺點。
[0005]而對于水平-垂直尾翼，其產(chǎn)生俯仰力矩和偏航力矩的主要原理是水平舵面和垂直舵面作為“擋風面”，在來流的作用下會產(chǎn)生分別垂直于相應舵面的氣動力，這些氣動力分別取合力并且相對于機體重心取矩后即可得到相應的力矩。當需要進行轉向動作時，只需驅動尾翼繞沿豎直方向的軸在水平面內(nèi)擺動即可；當需要進行俯仰調(diào)節(jié)(抬頭或者是俯沖)時，只需驅動尾翼繞沿水平方向的軸在豎直平面內(nèi)擺動);而當需要同時進行轉向動作和俯仰動作時，則可以同時進行兩種調(diào)節(jié)運動，使尾翼做兩種調(diào)節(jié)的合成運動。
[0006]然而，在傳統(tǒng)的水平-垂直尾翼的結構中，為了簡化設計，大部分都采用球副或者是萬向聯(lián)軸節(jié)等作為尾翼擺動時的連接關節(jié)。在這種情況下，如果僅依靠一個關節(jié)來實現(xiàn)尾翼的轉動，就需要確保驅動尾翼的兩個電機協(xié)調(diào)運動，然而在實際上電機之間的運動量很難進行合理分配，究其原因，一方面是其中的計算規(guī)則復雜，而另一方面運動量的大小還會與調(diào)節(jié)機構的尺寸、精度等有很大的關系，其也間接地增加了控制的成本和難度。
[0007]上述問題的實質是由于尾翼在做俯仰和偏航調(diào)節(jié)運動時這兩種分量的控制之間存在耦合作用，而之所以會存在耦合，其最根本的原因就在于尾翼與機身相連接的關節(jié)是球副或者是萬向聯(lián)軸節(jié)。尾翼在做機動調(diào)節(jié)時實際上所需要的運動是繞著兩個相互垂直方向上軸的轉動，球副與萬向聯(lián)軸節(jié)都可以提供兩個自由度方向上的轉動(其中球副是三個自由度的，應用時只取其中兩個；萬向聯(lián)軸節(jié)是兩個自由度的，應用時剛好可以滿足要求)。但是，這兩種關節(jié)存在一個共同點一一其所提供的兩個轉動副的轉軸是相交的:球副的球心是其所提供的兩個轉軸的交點，萬向聯(lián)軸節(jié)中間十字架的中心也是其所提供的兩個轉軸的交點。因為兩個軸相交，當外力驅動關節(jié)繞著某個轉軸轉動時，同時也必定存在有繞另一個軸轉動的趨勢，這種趨勢在沒有外界阻尼或者是限位的情況下就會造成關節(jié)發(fā)生不必要的偏轉。從而降低控制精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種可實現(xiàn)俯仰和偏航獨立調(diào)控的尾翼調(diào)節(jié)機構，可以實現(xiàn)俯仰和偏航調(diào)節(jié)的完全解耦，將尾翼的偏航調(diào)節(jié)與俯仰調(diào)節(jié)分成兩個互不關聯(lián)的步驟，有效的避免了二者之間的相互干擾，有助于提高控制精度，降低控制難度。
[0009]本發(fā)明還提供一種撲翼機。
[0010]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:
一種可實現(xiàn)俯仰和偏航獨立調(diào)控的尾翼調(diào)節(jié)機構，包括機架以及尾翼，尾翼包括水平翼片與豎直翼片，水平翼片通過一水平軸往復轉動以實現(xiàn)俯仰調(diào)控，豎直翼片通過一豎直軸往復轉動以實現(xiàn)偏航調(diào)控，還包括第一驅動組件與第二驅動組件，其中，水平軸與豎直軸為兩處獨立運動的結構，第一驅動組件用于驅動水平翼片或豎直翼片中的一個發(fā)生相應的調(diào)控運動，第二驅動組件用于驅動水平翼片或豎直翼片中的另一個發(fā)生相應的調(diào)控運動。
[0011]作為上述方案的進一步改進方式，豎直軸安裝于機架上，第二驅動組件與豎直軸連接，尾翼通過水平軸與第二驅動組件鉸接，其中
在第一驅動組件的驅動下，第二驅動組件可帶動尾翼通過豎直軸相對機架轉動；
在第二驅動組件的驅動下，尾翼可通過水平軸相對第二驅動組件轉動。
[0012]作為上述方案的進一步改進方式，第一驅動組件包括第一舵機與偏航調(diào)節(jié)拉桿，豎直軸上伸出有水平的連桿，偏航調(diào)節(jié)拉桿的兩端分別與第一舵機的搖臂以及連桿連接，且在對應的連接處形成球面副。
[0013]作為上述方案的進一步改進方式，偏航調(diào)節(jié)拉桿的兩端安裝有球頭，其通過球頭分別與搖臂、連桿連接。
[0014]作為上述方案的進一步改進方式，機架包括三根平行設置的支撐桿，以及固定在支撐桿兩端的支撐架，第一舵機通過第一舵機安裝座與支撐桿固接。
[0015]作為上述方案的進一步改進方式，第二驅動組件包括第二舵機、水平導桿、直線軸承、第一俯仰拉桿與第二俯仰拉桿，直線軸承可沿水平導桿滑動，第一俯仰拉桿的兩端分別與第二舵機的搖臂以及直線軸承鉸接，第二俯仰拉桿的兩端分別與尾翼以及直線軸承鉸接。
[0016]作為上述方案的進一步改進方式，水平導桿的一端通過導桿安裝座與豎直軸固接，二者的軸線相互垂直，第二舵機通過第二舵機安裝座與豎直軸固接。
[0017]作為上述方案的進一步改進方式，機架的尾端沿豎直方向設有第一軸承座，第二舵機安裝座的上方沿水平方向設有第二軸承座，第一軸承座與第二軸承座上均設有滾動軸承。
[0018]作為上述方案的進一步改進方式，水平軸安裝于機架上，第二驅動組件與水平軸連接，尾翼通過豎直軸與第二驅動組件鉸接，其中
在第一驅動組件的驅動下，第二驅動組件可帶動尾翼通過水平軸相對機架轉動； 在第二驅動組件的驅動下，尾翼可通過豎直軸相對第二驅動組件轉動。
[0019]—種撲翼機，包括上述的尾翼調(diào)節(jié)機構。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:
可以實現(xiàn)俯仰和偏航調(diào)節(jié)的完全解耦，將尾翼的偏航調(diào)節(jié)與俯仰調(diào)節(jié)分成兩個互不關聯(lián)的步驟，有效的避免了二者之間的相互干擾，有助于提高控制精度，降低控制難度。
【附圖說明】
[0021]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0022]圖1是本發(fā)明一個實施例整體機構示意圖；
圖2是本發(fā)明的一個方向分解示意圖；
圖3是本發(fā)明的另一個方向分解示意圖；
圖4是本發(fā)明偏航調(diào)節(jié)機構的機構運動簡圖；
圖5是本發(fā)明俯仰調(diào)節(jié)機構的機構運動簡圖；
圖6是本發(fā)明的整體機構運動簡圖；
圖7是本發(fā)明僅進行俯仰調(diào)節(jié)運動時的尾翼運動示意圖；
圖8是本發(fā)明僅進行偏航調(diào)節(jié)運動時的尾翼運動示意圖。
【具體實施方式】
[0023]以下將結合實施例和附圖對本發(fā)明的構思、具體結構及產(chǎn)生的技術效果進行清楚、完整地描述，以充分地理解本發(fā)明的目的、方案和效果。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0024]需要說明的是，如無特殊說明，當某一特征被稱為“固定”、“連接”在另一個特征，它可以直接固定、連接在另一個特征上，也可以間接地固定、連接在另一個特征上。此外，本發(fā)明中所使用的上、下、左、右等描述僅僅是相對于附圖中本發(fā)明各組成部分的相互位置關系來說的。
[0025]此外，除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與本技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例，而不是為了限制本發(fā)明。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的組合。
[0026]參照圖1至圖3，調(diào)節(jié)機構包括機架1、尾翼2、第一驅動組件3與第二驅動組件4，尾翼2包括水平翼片21與豎直翼片22，水平翼片21通過一水平軸6往復轉動以實現(xiàn)俯仰調(diào)控，豎直翼片22通過一豎直軸5往復轉動以實現(xiàn)偏航調(diào)控，其中，水平軸6與豎直軸5為兩處獨立運動的結構，優(yōu)選的，水平軸6與豎直軸5在空間上處于不相交的狀態(tài)，以使二者之間不存在偶合關系。第一驅動組件3用于驅動水平翼片或豎直翼片中的一個發(fā)生相應的調(diào)控運動，第二驅動組件4用于驅動水平翼片或豎直翼片中的另一個發(fā)生相應的調(diào)控運動，二者獨立運行，將尾翼的偏航調(diào)節(jié)與俯仰調(diào)節(jié)分成兩個互不關聯(lián)的步驟，避免因相互干涉而影響控制精度。
[0027]優(yōu)選的，本發(fā)明中的機架I包括三根平行設置的支撐桿11，以及固定在支撐桿11兩端的支撐架12，支撐桿11與支撐架12組成穩(wěn)固的三角形支架。
[0028]作為本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，豎直軸5為一豎直的支桿，其安裝于機架I上，第二驅動組件4與豎直軸5連接，尾翼2通過水平軸