一种仿生扑翼式无人飞行器的尾翼调节机构

1.本发明属于飞行器技术领域，具体涉及一种仿生扑翼式无人飞行器的尾翼调节机构。


背景技术：

2.目前广泛研究的无人飞行器有三种，分别是：固定翼式无人飞行器、旋翼式无人飞行器和扑翼式无人飞行器。固定翼式无人飞行器和旋翼式无人飞行器研究的时间较长，当前已有较为完善的理论基础，在军用和民用领域中应用较为广泛。扑翼式无人飞行器是一种仿照鸟类、蝙蝠、昆虫等动物的飞行方式，通过扑动机翼产生升力和推力来实现飞行的无人机。与其它两种无人机飞行器相比，扑翼式无人飞行器在空气动力学、能源利用等方面更具优势，可以在窄小空间和复杂环境下飞行，具有良好的机动性能。但是，当前扑翼式无人飞行器理论基础尚不成熟，还处于研究阶段，在扑翼式无人飞行器样机的机械机构设计中，尾翼驱动结构部分是仿生扑翼式无人飞行器非常重要的设计部分，尾翼驱动机构的好坏直接影响到扑翼式无人飞行器的性能，甚至决定着设计的扑翼式无人飞行器能否正常飞行。
3.现有的扑翼式无人飞行器的尾翼驱动机构有单自由度和双自由度两种，单自由度的尾翼驱动机构只能控制偏航运动，不能控制俯仰运动，导致机构的灵活性较差；而双自由度尾翼驱动机构可以控制偏航运动，还可以控制俯仰运动，有效的解决了单自由度尾翼驱动机构的灵活性问题。但是，现有的双自由度尾翼驱动机构偏航调节和俯仰调节互相关联，需要通过特殊的软件算法来进行解耦，出现了解耦效率低、反应速度慢等问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，针对背景技术存在的问题，提出了一种仿生扑翼式无人飞行器的尾翼调节机构。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
6.一种仿生扑翼式无人飞行器的尾翼调节机构，包括方向控制部分、骨架部分和尾翼部分；其中，所述方向控制部分包括俯仰舵机11、俯仰舵机的舵机臂12、舵机转向拉杆13、直角连接件14、偏航舵机耳的固定板15、偏航舵机的主体16、偏航舵机的后盖17和偏航舵机的舵机臂18；所述骨架部分包括机身骨架21、俯仰舵机耳的螺丝套筒22、第一螺丝套筒23、第二螺丝套筒24和偏航舵机固定板25；
7.俯仰舵机11背面与机身骨架21贴合，通过设置于俯仰舵机11上下两侧的两个俯仰舵机耳的螺丝套筒22，实现俯仰舵机11与机身骨架21的固定连接；
8.在机身骨架21的一侧设置一个不规则四边形的偏航舵机固定板25，通过位于偏航舵机固定板25上、下两个角以及靠近俯仰舵机11一侧的角上的共三个第一螺丝套筒23，实现偏航舵机固定板25与机身骨架21的固定连接；
9.偏航舵机的主体16与偏航舵机的后盖17通过螺丝固定连接；偏航舵机的后盖17包括固定于偏航舵机的主体一侧的后盖以及与后盖固定连接的半圆形凸起结构，凸起结构的
中心开设通孔，并在通孔内采用弹性挡圈172固定微型轴承171；位于偏航舵机固定板25靠近偏航舵机的主体16一侧的角上的第二螺丝套筒24，实现偏航舵机固定板25与偏航舵机的后盖17中的微型轴承171的连接；
10.俯仰舵机的舵机臂12位于俯仰舵机11输出轴一端，舵机转向拉杆13的一端通过螺丝螺母实现与俯仰舵机的舵机臂12的连接，另一端通过螺丝螺母实现与直角连接件14一侧的连接；直角连接件14的另一侧通过螺丝螺母实现与长条形偏航舵机耳的固定板15的一端连接，偏航舵机耳的固定板15的中间通过螺丝螺母实现与偏航舵机的主体16的固定连接；偏航舵机的舵机臂18固定设置于偏航舵机的主体16的输出轴上，尾翼部分与偏航舵机的舵机臂18固定连接；
11.以机身骨架21和偏航舵机的主体16形成的直线作为对称轴，在机身骨架和偏航舵机的主体的另一侧对称设置俯仰舵机11、俯仰舵机的舵机臂12、舵机转向拉杆13、直角连接件14、俯仰舵机耳的螺丝套筒22、第一螺丝套筒23、第二螺丝套筒24和偏航舵机固定板25；所述尾翼调节机构为轴对称结构；
12.当偏航舵机的主体16的输出轴左右转动时，带动偏航舵机的舵机臂18左右转动，进而带动尾翼部分左右转动，实现仿生扑翼式无人飞行器的偏航运动；
13.当俯仰舵机11的输出轴左右转动时，带动俯仰舵机的舵机臂12左右转动，进而带动舵机转向拉杆13转动、偏航舵机的主体16的上下转动，并通过偏航舵机的主体16的上下转动带动尾翼部分上下转动，实现仿生扑翼式无人飞行器的俯仰运动。
14.进一步的，所述尾翼部分包括尾翼连接器31、尾翼第一翅脉32、尾翼第二翅脉33、尾翼第三翅脉35和尾翼薄膜34；尾翼第一翅脉32、尾翼第二翅脉33、尾翼第三翅脉35分别固定于尾翼连接器31的一侧、中间、另一侧的圆柱孔中，尾翼连接器31通过螺丝螺母实现与偏航舵机的舵机臂18的固定连接；尾翼薄膜34为梯形结构，尾翼薄膜的上底面贴合尾翼连接器中间的圆柱孔上底面，尾翼薄膜与尾翼第一翅脉、尾翼第二翅脉和尾翼第三翅脉相切，且固定于三个翅脉上。
15.进一步的，所述偏航舵机固定板25的四个角进行倒角处理，偏航舵机固定板设置多个三角形镂空结构，以减轻尾翼调节机构的重量。
16.进一步的，所述机身骨架的末端为内凹结构，该内凹结构与偏航舵机的后盖17中的凸起结构配合，实现尾翼部分
±
45
°
的转动范围。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
18.本发明提供的一种仿生扑翼式无人飞行器的尾翼调节机构，将俯仰舵机和偏航舵机分开固定在机身骨架上，通过舵机拉杆相连接，可以实现俯仰和偏航调节的刚性解耦，无需软件的解耦，将尾翼的俯仰调节和偏航调节分成了两个互不关联的步骤，有效的避免了二者相互干扰，提高了系统的可靠性、稳定性和精准性。
附图说明
19.图1为本发明提供的一种仿生扑翼式无人飞行器的尾翼调节机构的侧面结构图；
20.图2为本发明提供的一种仿生扑翼式无人飞行器的尾翼调节机构的仰视结构图；
21.图3为本发明提供的一种仿生扑翼式无人飞行器的尾翼调节机构中，偏航舵机的主体和偏航舵机的后盖的示意图。
具体实施方式
22.以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以便充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
23.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
24.需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。总而言之，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
25.实施例
26.一种仿生扑翼式无人飞行器的尾翼调节机构，如图1～2所示，包括方向控制部分、骨架部分和尾翼部分；其中，所述方向控制部分包括俯仰舵机11、俯仰舵机的舵机臂12、舵机转向拉杆13、直角连接件14、偏航舵机耳的固定板15、偏航舵机的主体16、偏航舵机的后盖17和偏航舵机的舵机臂18；所述骨架部分包括机身骨架21、俯仰舵机耳的螺丝套筒22、第一螺丝套筒23、第二螺丝套筒24和偏航舵机固定板25；
27.俯仰舵机11背面与机身骨架21贴合，通过设置于俯仰舵机11上下两侧的两个俯仰舵机耳的螺丝套筒22，实现俯仰舵机11与机身骨架21的固定连接；
28.在机身骨架21的一侧设置一个不规则四边形的偏航舵机固定板25，通过位于偏航舵机固定板25上、下两个角以及靠近俯仰舵机11一侧的角上的共三个第一螺丝套筒23，实现偏航舵机固定板25与机身骨架21的固定连接；
29.偏航舵机的主体16与偏航舵机的后盖17通过螺丝固定连接；偏航舵机的后盖17包括固定于偏航舵机的主体一侧的后盖以及与后盖固定连接的半圆形凸起结构，凸起结构的中心开设通孔，并在通孔内采用弹性挡圈172固定微型轴承171，如图3所示；位于偏航舵机固定板25靠近偏航舵机的主体16一侧的角上的第二螺丝套筒24，实现偏航舵机固定板25与偏航舵机的后盖17中的微型轴承171的连接；
30.俯仰舵机的舵机臂12位于俯仰舵机11输出轴一端，舵机转向拉杆13的一端通过螺丝螺母实现与俯仰舵机的舵机臂12的连接，另一端通过螺丝螺母实现与直角连接件14一侧的连接；直角连接件14的另一侧通过螺丝螺母实现与长条形偏航舵机耳的固定板15的一端连接，偏航舵机耳的固定板15的中间通过螺丝螺母实现与偏航舵机的主体16的固定连接；偏航舵机的舵机臂18采用螺丝固定在偏航舵机的主体16的输出轴上，尾翼部分与偏航舵机的舵机臂18固定连接；
31.以机身骨架21和偏航舵机的主体16形成的直线作为对称轴，在机身骨架和偏航舵机的主体的另一侧对称设置俯仰舵机11、俯仰舵机的舵机臂12、舵机转向拉杆13、直角连接
件14、俯仰舵机耳的螺丝套筒22、第一螺丝套筒23、第二螺丝套筒24和偏航舵机固定板25；所述尾翼调节机构为轴对称结构；
32.当偏航舵机的主体16的输出轴左右转动时，带动偏航舵机的舵机臂18左右转动，进而带动尾翼部分左右转动，实现仿生扑翼式无人飞行器的偏航运动；
33.当俯仰舵机11的输出轴左右转动时，带动俯仰舵机的舵机臂12左右转动，进而带动舵机转向拉杆13转动、偏航舵机的主体16的上下转动，并通过偏航舵机的主体16的上下转动带动尾翼部分上下转动，实现仿生扑翼式无人飞行器的俯仰运动；
34.俯仰运动和偏航运动互不影响，实现了俯仰运动和偏航运动的刚性解耦。
35.其中，所述尾翼部分包括尾翼连接器31、尾翼第一翅脉32、尾翼第二翅脉33、尾翼第三翅脉35和尾翼薄膜34；尾翼第一翅脉32、尾翼第二翅脉33、尾翼第三翅脉35分别固定于尾翼连接器31的一侧、中间、另一侧的圆柱孔中，尾翼连接器31通过螺丝螺母实现与偏航舵机的舵机臂18的固定连接；尾翼薄膜34为梯形结构，尾翼薄膜的上底面贴合尾翼连接器中间的圆柱孔上底面，尾翼薄膜与尾翼第一翅脉、尾翼第二翅脉和尾翼第三翅脉相切，且固定于三个翅脉上。
36.其中，所述偏航舵机固定板25的四个角进行倒角处理，偏航舵机固定板设置多个三角形镂空结构，以减轻尾翼调节机构的重量。
37.其中，所述机身骨架的末端为内凹结构，该内凹结构与偏航舵机的后盖17中的凸起结构配合，实现尾翼部分
±
45
°
的转动范围。
38.其中，位于机身骨架21两侧的六个第一螺丝套筒23是为了固定偏航舵机固定板25，机身骨架21两侧的两个第二螺丝套筒24是为了限制偏航舵机的后盖17横向移动。
39.本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种仿生扑翼式无人飞行器的尾翼调节机构，其特征在于，包括方向控制部分、骨架部分和尾翼部分；其中，所述方向控制部分包括俯仰舵机(11)、俯仰舵机的舵机臂(12)、舵机转向拉杆(13)、直角连接件(14)、偏航舵机耳的固定板(15)、偏航舵机的主体(16)、偏航舵机的后盖(17)和偏航舵机的舵机臂(18)；所述骨架部分包括机身骨架(21)、俯仰舵机耳的螺丝套筒(22)、第一螺丝套筒(23)、第二螺丝套筒(24)和偏航舵机固定板(25)；通过设置于俯仰舵机上下两侧的两个俯仰舵机耳的螺丝套筒，实现俯仰舵机与机身骨架的固定连接；在机身骨架的一侧设置一个不规则四边形的偏航舵机固定板，通过位于偏航舵机固定板上、下两个角以及靠近俯仰舵机一侧的角上的三个第一螺丝套筒，实现偏航舵机固定板与机身骨架的固定连接；偏航舵机的主体与偏航舵机的后盖固定连接；偏航舵机的后盖包括固定于偏航舵机的主体一侧的后盖以及与后盖固定连接的半圆形凸起结构，凸起结构的中心开设通孔，并在通孔内采用弹性挡圈固定微型轴承；位于偏航舵机固定板靠近偏航舵机的主体一侧的角上的第二螺丝套筒，实现偏航舵机固定板与微型轴承的连接；俯仰舵机的舵机臂位于俯仰舵机输出轴一端，舵机转向拉杆的一端与俯仰舵机的舵机臂连接，另一端与直角连接件的一侧连接；直角连接件的另一侧与长条形偏航舵机耳的固定板的一端连接，偏航舵机耳的固定板的中间与偏航舵机的主体固定连接；偏航舵机的舵机臂设置于偏航舵机的主体的输出轴上，尾翼部分与偏航舵机的舵机臂固定连接；以机身骨架和偏航舵机的主体形成的直线作为对称轴，在机身骨架和偏航舵机的主体的另一侧对称设置俯仰舵机、俯仰舵机的舵机臂、舵机转向拉杆、直角连接件、俯仰舵机耳的螺丝套筒、第一螺丝套筒、第二螺丝套筒和偏航舵机固定板；当偏航舵机的主体的输出轴左右转动时，带动偏航舵机的舵机臂左右转动，进而带动尾翼部分左右转动，实现仿生扑翼式无人飞行器的偏航运动；当俯仰舵机的输出轴左右转动时，带动俯仰舵机的舵机臂左右转动，进而带动舵机转向拉杆转动、偏航舵机的主体上下转动，并通过偏航舵机的主体的上下转动带动尾翼部分上下转动，实现仿生扑翼式无人飞行器的俯仰运动。2.根据权利要求1所述的仿生扑翼式无人飞行器的尾翼调节机构，其特征在于，所述尾翼部分包括尾翼连接器(31)、尾翼第一翅脉(32)、尾翼第二翅脉(33)、尾翼第三翅脉(35)和尾翼薄膜(34)；尾翼第一翅脉、尾翼第二翅脉、尾翼第三翅脉分别固定于尾翼连接器的一侧、中间、另一侧的圆柱孔中，尾翼连接器与偏航舵机的舵机臂固定连接；尾翼薄膜为梯形结构，尾翼薄膜的上底面贴合尾翼连接器中间的圆柱孔上底面，尾翼薄膜与尾翼第一翅脉、尾翼第二翅脉和尾翼第三翅脉相切，且固定于三个翅脉上。3.根据权利要求1所述的仿生扑翼式无人飞行器的尾翼调节机构，其特征在于，所述偏航舵机固定板的四个角进行倒角处理，偏航舵机固定板上设置多个三角形镂空结构。4.根据权利要求1所述的仿生扑翼式无人飞行器的尾翼调节机构，其特征在于，所述机身骨架的末端为内凹结构。

技术总结
一种仿生扑翼式无人飞行器的尾翼调节机构，属于飞行器技术领域。包括方向控制部分、骨架部分和尾翼部分；其中，方向控制部分包括俯仰舵机、俯仰舵机的舵机臂、舵机转向拉杆、直角连接件、偏航舵机耳的固定板、偏航舵机的主体、偏航舵机的后盖和偏航舵机的舵机臂，骨架部分包括机身骨架、俯仰舵机耳的螺丝套筒、第一螺丝套筒、第二螺丝套筒和偏航舵机固定板。本发明将俯仰舵机和偏航舵机分开固定在机身骨架上，通过舵机拉杆相连接，可以实现俯仰和偏航调节的刚性解耦，无需软件的解耦，将尾翼的俯仰调节和偏航调节分成了两个互不关联的步骤，有效的避免了二者相互干扰，提高了系统的可靠性、稳定性和精准性。稳定性和精准性。稳定性和精准性。


技术研发人员：贾春阳 杨文俊
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：2023.03.28
技术公布日：2023/6/28