[发明专利]一种四自由度扑翼飞行器装置

说明书

本发明涉及一种四自由度扑翼飞行器装置，属于飞行器领域。机架为左右两侧对称的单机架结构，右扑动机构和左扑动机构结构相同，它们分别对称布置于机架主体的左右两侧，并与机架1连接，右扑翼和左扑翼结构相同，分别和右扑动机构和左扑动机构连接，尾翼固连在机架的尾部、且与水平机身具有一定的倾斜角度，控制系统固连在机架的内部，动力系统固连在机架主体内。优点是结构新颖、紧凑，可实现完全对称的扑翼运动，具有机动性强、灵活度高的优点；产生的四种运动形式通过相互耦合的作用为扑翼飞行器提供所需的推升力，两翼翼尖运动轨迹均为空间“椭圆形”，具有气动效率高和机动性强的优势。

技术领域

本发明属于飞行器技术领域，特别是涉及一种多自由度扑翼飞行器。

背景技术

扑翼飞行器是一种模仿鸟类或昆虫扑翼飞行的新型飞行器，与传统的飞行器相比，扑翼同时产生升力与推力，举升、悬停和推进功能集成于一个扑翼系统，具有较强的机动性与灵活性，并且通过调整扑翼系统的扑动参数就可以灵活的改变飞行状态，大大简化整体结构，减轻飞行器重量；

自然界的飞行生物翅膀的运动形式一般为：具有一定角度的上下拍动、扭转运动、扫掠运动、弯曲折叠运动，这四种运动方式。根据仿生学原理设计制作的扑翼飞行器根据其运动形式可分为单自由度扑翼飞行器和多自由度扑翼飞行器，单自由度扑翼飞行器仅需要通过翅膀单纯的上下扑动来获取推升力，然而多自由度扑翼飞行器是在翅膀单纯的上下扑动的基础上，同时进行扭转、扫掠与弯曲折叠运动的一种或几种组合运动。

已有的扑翼飞行器大多数只是单纯的模仿飞行生物的基础运动模式，只能实现简单自由度的挥拍运动。中国专利《一种四翼片平拍扑翼飞行器》CN 104477388 B采用四翼片平拍扑翼，四片扑翼由四个独立的伺服电机同时控制，虽然四个翼片在上下拍动的过程中不会在横向产生水平分力，但由于伺服电机的增加使机体自生的重量也随之增加，这将导致气动效率低，续航时间短，进而严重影响了飞行器的性能，而多自由度扑翼飞行器则不然，因此仿生程度更高的多自由度扑翼飞行器已经成为研究热点；实用新型专利《一种两自由度扑翼飞行器》CN 205113712 U和中国专利《昆虫仿真扑翼飞行器》ZL201210437699.9等为代表的多自由度飞行器具有扑动和扭转翅膀的两自由度运动形式，而实际上飞行生物飞行时翅膀还具有扫掠的这种运动模式，因此扑动与扭转运动模式带来的推力较为有限；中国专利《一种可前后扫掠式的扑翼飞行器装置》CN 108058825 A同时具有了扫掠和扑动的两种运动模式，但这种模式下的扫掠为翅膀的前后扫掠不同于飞行生物的翅膀围绕翅根这一点进行扫掠运动，因此该种情况下其飞行器产生的推升力同样较为有限；中国专利《一种翅翼可主动变形的多自由度微型扑翼飞行器》CN 105691615 A，同样只是实现了扑动和扭转的两种运动形式，扭转动作是通过采用偏心球结构与曲柄摇杆机构的复合运动来实现，这种复合结构通过偏心球实现上下扑动运动，通过曲柄摇杆机构实现翅膀的主动扭转，但扑动和扭转的实现是两种主动的运动模式需要附加的齿轮传递力及力矩，这将不可避免的增加驱动机构能源的消耗，降低飞行效率；同时，两种主动运动形式的耦合将会产生干涉和卡顿现象。上述所述的飞行器在一定程度上都存在着一定的缺陷，不足以完成未来各种复杂的任务。因此，设计出一种结构相对简单、传递效率高、低能源消耗，并且同时具有扑动、扭转及扫掠三种运动形式的高度仿生扑翼飞行器将会是未来微型扑翼飞行器的发展方向。

发明内容

本发明提供一种四自由度扑翼飞行器装置，以解决目前扑翼飞行器存在的传递效率低、能源消耗高，不足以完成各种复杂的任务和问题。

本发明采取的技术方案是：包括机架、右扑动机构、右扑翼、尾翼、右转向机构、控制系统、动力系统、左转向机构、左扑翼、左扑动机构；机架为左右两侧对称的单机架结构，右扑动机构和左扑动机构结构相同，它们分别对称布置于机架主体的左右两侧，并与机架1连接，右扑翼和左扑翼结构相同，分别和右扑动机构和左扑动机构连接，尾翼固连在机架的尾部、且与水平机身具有一定的倾斜角度，控制系统固连在机架的内部，动力系统固连在机架主体内。