[发明专利]一种压电式微型扑翼飞行器及其传动机构加工方法

说明书

本发明公开一种压电式微型扑翼飞行器及其传动机构加工方法，飞行器包括飞行器机身、压电驱动器固定板、传动机构、两个侧翼、尾翼、三个柔性铰链和双晶片压电驱动器；飞行器机身为空腔结构，压电驱动器固定板和传动机构设在空腔结构内，传动机构两端穿出飞行器机身两侧，两个双晶片压电驱动器一端与传动机构插接，另一端与压电驱动器固定板插接；一个双晶片压电驱动器一端与压电驱动器固定板插接，另一端伸出飞行器机身；两个侧翼和尾翼根部均粘附有柔性铰链，两个侧翼通过柔性铰链粘附在传动机构上，尾翼通过柔性铰链粘附在双晶片压电驱动器伸出飞行器机身部。本发明质量轻、尺寸小，飞行器具有优异的平衡性和稳定性，能实现多个姿态的控制。

技术领域

本发明涉及微型扑翼飞行器领域和微加工领域，具体涉及一种压电式微型扑翼飞行器及其传动机构加工方法。

背景技术

长久以来，人类就有一个飞天的梦想，为实现这一梦想，很多先驱们做了许多伟大的尝试和研究工作，直到1903年莱特兄弟发明了世界上第一架飞机，人们才实现了自己的飞天梦。在此后的时间里，固定翼飞机经历了双机翼时代、单翼螺旋桨时代和喷气式时代，但机翼始终无法扑动。直到1992年美国国防部高级研究计划局率先提出了有关仿生扑翼飞行器的概念，人们对于扑翼飞行器才逐渐进行了深入的探索。

1997年，美国国防部高级研究计划局宣布成立“微型飞行器计划”，要求微型飞行器最大线长小于15cm，可飞行10千米，最高速度15m/s，能持续飞行20分钟以上。在这一计划的推动下，许多优秀的微型无人机诞生，如2003年Keennon和Grasmeyer研发的黑寡妇和蝙蝠无人机。

通过对现有基础的探索，哈佛大学的R.J.Wood教授在“Design,fabrication andanalysis of a 3DOF,3cm flapping-wing MAV”一文中设计出了仿昆虫的扑翼飞行器，该飞行器利用双晶片压电陶瓷驱动传动机构，使连接在传动机构上的机翼实现拍打并可以被动扭转，成功实现了微型扑翼飞行器沿导轨攀升。

目前为止，世界上一些著名的学校和科研机构都研发出了性能优秀的微型无人机，如东京大学的“Butterfly-like ornithology”、加州大学伯克利分校的“Micromechanical Flying Inset”、以及哈佛大学的“RoboBee”等。但现有的技术都很难实现飞机的平衡，飞机在多自由度飞行中不易调节自身的姿态角。

同样地，国内也对微型扑翼飞行器进行了探索，西北工业大学、上海交通大学和南京航空航天大学在这一方面都有一定的研究，但所设计的飞行器尺寸和质量都较大，不利于克服自身的起飞重力，且采取了传统的机械结构，飞行不够灵活。

发明内容

发明目的：为克服现有技术不足，本发明旨于提供一种压电式微型扑翼飞行器及其传动机构加工方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种压电式微型扑翼飞行器，包括飞行器机身、压电驱动器固定板、传动机构、两个侧翼、一个尾翼、三个柔性铰链和双晶片压电驱动器；所述飞行器机身为立方体空腔结构，压电驱动器固定板和传动机构平行设置在空腔结构内，且传动机构两端穿出飞行器机身两侧，双晶片压电驱动器包括两个侧翼双晶片压电驱动器和一个尾翼双晶片压电驱动器，两个侧翼双晶片压电驱动器一端与传动机构插接，另一端与压电驱动器固定板插接；尾翼双晶片压电驱动器一端与压电驱动器固定板插接，另一端伸出飞行器机身；两个侧翼和尾翼根部均粘附有柔性铰链，两个侧翼通过柔性铰链对称地粘附在传动机构穿出飞行器机身部，尾翼通过柔性铰链粘附在尾翼双晶片压电驱动器伸出飞行器机身部。