一种仿蜻蜓扑翼飞行机器人的制作方法

1.本发明属于一种仿生飞行机器人，具体来说是一种仿蜻蜓扑翼飞行机器人。


背景技术：

2.自古以来，人类对飞行的向往一直没有停止，孔明灯和风筝是古人对飞行探索的有力产物。到了近代，飞行器的探索出现了大爆发，1809年，英国人乔治
·
凯利试制的一架滑翔机；1871年，法国人佩诺发明的“飘动者”号飞机模型；1890年，法国人阿代尔研制出安装了蒸汽发动机的蝙蝠形动力飞机；1903年12月17日美国人莱特兄弟操纵“飞行者1号”成功起飞。到了现代，随着新技术、新材料的出现，飞行产品也会如雨后春笋一样出现，开始飞入寻常百姓家。
3.现有技术：
4.消费飞行产品目前比较成熟的为四旋翼无人机，其原理通过控制四个电机的速度实现各种姿态的飞行，但是这种飞行器也存在先天缺陷，四个电机不停旋转只有一部分转换为有效飞行，由于飞行效率低，导致目前主流飞行产品飞行时间不足一个小时。
5.为了提高飞行效率，延长飞行时间，国内外一些企业及高校开始从鸟类再次获得灵感，2022年10月21日北京航空航天大学扑翼飞行器飞行91分钟，创造了新的飞行世界纪录；10月26日西北工业大学自主研制的“云鸮”仿生扑翼飞行器通过国家专业认证机构的现场检测，单次连续飞行时间达到123分钟；扑翼飞行器通过2个维度的周期性配合，在一定程度提高了飞行效率，延长了飞行时长，但目前公开的扑翼飞行器还存在不是最优飞行方案，产业化可能性低等缺陷。


技术实现要素：

6.针对现在存在的四旋翼飞行器飞行时间短，扑翼飞行器自由度不足、产业化可能性低等缺陷，本发明提出一种结构新颖、较为稳定的仿生飞行机器人。
7.本发明仿蜻蜓扑翼飞行机器人，包括机械骨架、仿生翅膀、主控系统、电池系统、电驱系统、电机系统、壳体、电动云台与摄像机。
8.所述外壳内部安装机械骨架，机械骨架上安装有主控系统、电池系统以及电驱系统。其中，电机系统包括四套结构相同的电机驱动组件，四套电机驱动组件均由三个具有定子与动子的电机及两个连接件组成，令三个电机分别为第一驱动电机、第二驱动电机与第三驱动电机；令两个连接件分别为第一连接件与第二连接件。其中，第一驱动电机、第二驱动电机输出轴相对且同轴设置；第三驱动电机位于第一驱动电机与第二驱动电机之间，输出轴竖直设置。三个电机通过两个连接件连接形成整体电机驱动组件；两个连接件均由两个垂直设计的电机安装盘构成，整体呈l形结构。第一连接件与第二连接件相对的电机安装盘外壁上分别同轴固定安装第一驱动电机与第三驱动电机的定子部分；另两个相对的电机安装盘间同轴固定安装第三驱动电机。
9.上述结构的电机系统中，四套电机驱动组件分别安装于机械骨架前端左右两侧前
部连接件的圆盘连接件上，以及机械骨架后端左右两侧后部连接件的圆盘连接件上；四套电机驱动组件中第一驱动电机的动子部分上安装有板状仿生翅膀。
10.摄像机通过电动云台安装于机械骨架上电动云台由云台连接件与两个具有动子与转子的云台电机构成。摄像机连接件为l形结构，一侧外壁固定安装于摄像机上，另一侧内壁与其中一个云台电机a的定子固定。云台连接件与前述电机驱动组件中的连接件结构相同，其一侧内壁同轴固定于云台电机a的动子上，另一侧外壁同轴固定安装于另一个云台电机b的定子上；上述云台电机b由外壳末端的云台连接通道插入前端与后端上的云台连接通道后，将云台电机b的动子部分同轴固定安装于末端连接件的圆盘连接件上；且云台连接通道端部与安装驱动电机b的云台连接件侧壁间固定，实现电机驱动组件的径向定位。
11.本发明仿生飞行机器人的控制策略设计为：
12.a、原点标定：
13.控制四套电机驱动组件中的第一驱动电机旋转，使第三驱动电机输出轴调整至垂直地面；进一步控制第三驱动电机，使第一驱动电机与第二驱动电机同轴；进一步控制第二驱动电机旋转，使各仿生翅膀平行于地面，完成标定。
14.b、起飞：
15.步骤1：控制四套电机驱动组件中的电机旋转，使飞行器达到a中形态。
16.步骤2：控制飞行器左侧两个第三驱动电机顺时针旋转90度，右侧两个第三驱动电机逆时针旋转90度，使各仿生翅膀呈向上竖直且平行于外壳轴线。
17.步骤3：控制飞行器左侧两个第三驱动电机逆时针旋转180度，右侧两个第三驱动电机顺时针旋转180度，使各仿生翅膀由步骤2状态转变为向下竖直且平行于外壳轴线。
18.步骤4：控制飞行器左侧两个第二驱动电机顺时针旋转90度，右侧两个第二驱动电机逆时针旋转90度，此时各仿生翅膀由步骤3状态转变为向下竖直且垂直于外壳轴线。
19.步骤5：控制飞行器左侧两个第三驱动电机顺时针旋转180度，右侧两个第三驱动电机逆时针旋转180度，使各仿生翅膀由步骤4状态转变为向上竖直且垂直于外壳轴线。
20.步骤6：控制飞行器左侧两个第二驱动电机逆时针旋转90度，右侧两个第二驱动电机顺时针旋转90度，此时各仿生翅膀2由步骤5状态转变为步骤2状态。
21.由此循环执行步骤2～6的控制，使飞行器达到指定飞行高度。
22.c、前进：
23.步骤1：控制四套电机驱动组件中的电机旋转，使飞行器达到a中形态。
24.步骤2：控制飞行器左侧两个第三驱动电机顺时针旋转45度，右侧两个第三驱动电机逆时针旋转45度，此时各仿生翅膀具有向前45度的转角。
25.步骤3：控制飞行器左侧两个第二驱动电机电机顺时针旋转90度，右侧两个第二驱动电机逆时针旋转90度，此时各仿生翅膀垂直于外壳横截面。
26.步骤4：控制飞行器左侧两个第三驱动电机逆时针旋转90度，右侧两个第三驱动电机顺时针旋转90度，此时各仿生翅膀垂直于外壳横截面并具有向后45度转角。
27.步骤5：控制飞行器左侧两个第二驱动电机逆时针旋转90度，右侧的第二驱动电机顺时针旋转90度，此时各仿生翅膀平行于外壳横截面并具有向后45度转角。
28.步骤6：控制飞行器左侧两个第三驱动电机逆时针旋转90度，右侧两个第三驱动电机顺时针旋转90度，此时各仿生翅膀返回步骤2状态。
29.重复执行步骤1到步骤4，实现飞行器向前飞行。
30.d、降落：
31.降落过程与起飞过程的控制策略相同，区别在于：起飞时各电机以最大速度运动，而降落时各电机运动速度需小于平衡速度，该平衡速度为在飞行器升力等于自身重力时的电机运动速度；由此使飞行器缓慢降落于底面；若需要飞行器快速降落，可通过与起飞过程相反的控制过程实现。
32.对于飞行器在飞行过程中的左右转向可通过控制电机使飞行器单侧仿生翅膀迎风产生阻力实现。
33.对于飞行器的俯仰飞行，其控制策略与飞行器上升下降的控制策略类似，上升过程中第三驱动电机控制仿生翅膀上下摆动，动力全部作为上升的升力。由此通过控制第一驱动电机使第三驱动电机控制各仿生翅膀的摆动方向与上下方向具有夹角，此时只有部分动力作为上升的动力，而另一部分转换为前进的动力了，由此实现俯仰飞行。
34.本发明的优点在于：
35.1、本发明仿蜻蜓扑翼飞行机器人，飞行效率高，通过多自由度飞行姿态控制，将电能最大化转化为有效飞行；
36.2、本发明仿蜻蜓扑翼飞行机器人，飞行时间久，高能量锂电池紧凑排布和高效的飞行带来长时间飞行体验；
37.3、本发明仿蜻蜓扑翼飞行机器人，出行携带方便，整机结构紧凑，抓取方便，便于单手携带出行；
38.4、本发明仿蜻蜓扑翼飞行机器人，便于批量生产，系统性架构，模块化布局，便于批量生产组装；
39.5、本发明仿蜻蜓扑翼飞行机器人，稳定性好，将复杂系统性分解为成熟可靠的子系统，通过对子系统技术和工艺的可靠性开发，保证整机系统的稳定性；
附图说明
40.图1为本发明仿蜻蜓扑翼飞行机器人整体结构示意图；
41.图2为本发明仿蜻蜓扑翼飞行机器人壳体局部剖视图；
42.图3为本发明仿蜻蜓扑翼飞行机器人壳体内部安装板结构示意图；
43.图4为本发明仿蜻蜓扑翼飞行机器人电机驱动组件结构示意图；
44.图5为本发明仿蜻蜓扑翼飞行机器人中仿生翅膀结构示意图；
45.图6为本发明仿蜻蜓扑翼飞行机器人中仿生翅膀的连接部分结构示意图；
46.图7为本发明仿蜻蜓扑翼飞行机器人中电动云台结构示意图。
47.1-机械骨架2-仿生翅膀3-主控系统
48.4-电池系统5-电驱系统6-电机系统
49.7-壳体8-电动云台9-摄像机
50.101-安装板102-前部连接件103-后部连接件
51.104-末端连接件201-连接夹紧件202-定位套筒
52.201a-中部连接部分201b-夹紧件601-第一驱动电机
53.602-第二驱动电机603-第三驱动电机604-第一连接件
54.605-第二连接件701-翅膀连接通道702-云台连接通道
55.801-云台连接件802-云台电机
具体实施方式
56.下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
57.本发明仿生飞行机器人，包括机械骨架1、仿生翅膀2、主控系统3、电池系统4、电驱系统5、电机系统6、壳体7、电动云台8与摄像机9，如图1所示。
58.如图2所示，所述外壳7材质采用高强度、高韧性的轻质塑料，为由上下两部分壳体对扣固定形成整体为矩形结构外壳7；且整体外壳7周向各棱角处均进行圆滑处理，使整体外壳7呈流线型，有效降低风阻。
59.上述外壳7前部与后部左右两侧设计有翅膀连接通道701，用于插接定位仿生翅膀2。外壳7末端端部具有云台连接通道702，用来插接定位安装电动云台8。外壳7内部安装有机械骨架1，由机械骨架1实现各系统的连接，将飞行器各系统集中安装于壳体7内，形成紧凑结构的飞行器。
60.如图3所示，所述机械骨架1包括水平设置的安装板101，以及安装板101前后位置安装的前部连接件102、后部连接件103与末端连接件104。其中，安装板101通过外壳7的下壳体内部设计的支撑柱支撑，并通过螺钉与支撑柱间连接，实现安装板101与下壳体1间的固定，且安装板101上表面与下壳体上表面齐平。安装板101上表面安装有主控系统3、电池系统4以及电驱系统5；其中，电池系统4固定安装于安装板101中部；电池系统4前后位置分别为电驱系统5与主控系统3。机械骨架1前端左右两侧对称安装有前部连接件102；机械骨架1后端左右两侧对称安装有后部连接件103；机械骨架1末端端部安装有末端连接件104。上述前部连接件102、后部连接件103与末端连接件104结构及安装方式相同。各连接件主体均为一个圆盘连接件，该圆盘连接件背侧设计有u形连接槽，且该u形连接槽的中分线沿圆盘半径设计。各个连接件通过u形连接槽与安装板101侧部插接定位后，通过螺钉固定，且各连接件中的圆盘所在平面垂直于安装板101。上述机械骨架1中安装板101为碳纤维材料，各连接件均为铝合金材质。
61.如图4所示，所述电机系统6用来接收电驱系统5发来的控制指令执行相应的动作，以驱动驱动仿生翅膀2运动。电机系统6包括四套结构相同的电机驱动组件，四套电机驱动组件均由三个具有定子与动子的电机及两个连接件组成，令三个电机分别为第一驱动电机601、第二驱动电机602与第三驱动电机603，可采用伺服或者步进等高精度电机；同时令两个连接件分别为第一连接件604与第二连接件605。其中，第一驱动电机601、第二驱动电机602输出轴相对且同轴设置；第三驱动电机603位于第一驱动电机601与第二驱动电机602之间，输出轴竖直设置。三个电机通过两个连接件连接形成整体电机驱动组件。两个连接件均由两个垂直设计的电机安装盘构成，整体呈l形结构。第一连接件604与第二连接件605相对的电机安装盘外壁上分别同轴固定安装第一驱动电机601与第三驱动电机605的定子部分；另两个相对的电机安装盘间同轴固定安装第三驱动电机604。
62.上述结构的电机系统6中，四套电机驱动组件分别安装于机械骨架1前端左右两侧前部连接件102的圆盘连接件上，以及机械骨架1后端左右两侧后部连接件103的圆盘连接件上，具体方式为：将电机驱动系统中第一驱动电机601由壳体7前部与后部上的翅膀连接
通道701插入后，进一步将第一驱动电机601的动子部分同轴固定安装于圆盘连接件上；同时翅膀连接通道701端部与安装第一驱动电机601的连接件侧壁间固定，实现仿生翅膀2与电机驱动组件间的连接。
63.上述四套电机驱动组件中，第一驱动电机601用于为飞行机器人提供飞行方向控制，其旋转角度为0～90
°
；第三驱动电机603旋转角度为-90
°
～+90
°
，通过往复运动带动仿生翅膀2运动，为飞行机器人提供飞行的动力。第二驱动电机602旋转角度为0～90
°
，第二驱动电机602与第三驱动电机603配合实现飞行机器人高效的飞行动作。
64.如图5所示，所述仿生翅膀2为炭纤维材料，厚度为0.5mm，既轻盈又有高韧性。其形状为矩形结构，末端中部设计有缺口，前端为圆弧形，四角处进行圆滑过度处。仿生翅膀2缺口处安装有连接夹紧件201与定位套筒202。其中，连接夹紧件201具有中部连接部分201a与中部件接部分201a两侧上下位置设计的加紧件201b，如图6所示。其中，中部连接部分201a上开有螺孔用来连接电机驱动组件。中部连接部分201a两侧上下两个加紧件201b用于实现连接加紧件201与仿生翅膀2间的连接固定，方式为：将连接加紧件201置于仿生翅膀2的缺口位置，使缺口两侧位于中部连接部分201a两侧的上下位置夹紧件201b之间，并通过螺钉配合上下位置夹紧件201b的螺孔拧紧固定，使两侧上下位置夹紧件201b夹紧仿生翅膀2，实现连接加紧件201与仿生翅膀2间的固定。定位套筒202为圆筒状结构，设置于仿生翅膀2的缺口内，侧面相对位置与仿生翅膀2缺口侧部间固定，且定位套筒202的一条直径位于仿生翅膀2的中截面内。
65.上述结构的仿生翅膀2为4个，分别通过定位套筒202套于4套电机驱动组件中的第二驱动电机602外部，通过螺钉配合中部连接部分201a上的螺孔与第二驱动电机602的动子部分固定；同时定位套筒202端部与安装第二驱动电机602的连接件侧壁间固定，实现仿生翅膀2与电机驱动组件间的连接，由电机驱动组件带动仿生翅膀2完成相应动作。
66.所述摄像机9通过电动云台8安装于机械骨架1上，具体方式为：如图7所示，电动云台8由云台连接件801与两个具有动子与转子的云台电机802构成。摄像机连接件802为l形结构，一侧外壁固定安装于摄像机上，另一侧内壁与其中一个云台电机a的定子固定。云台连接件801与前述电机驱动组件中的连接件结构相同，其一侧内壁同轴固定于云台电机a的动子上，另一侧外壁同轴固定安装于另一个云台电机b的定子上。上述云台电机b由外壳7末端的云台连接通道702插入前端与后端上的云台连接通道702后，将云台电机b的动子部分同轴固定安装于末端连接件104的圆盘连接件上；且云台连接通道702端部与安装驱动电机b的云台连接件801侧壁间固定，实现电机驱动组件的径向定位。上述摄像机9采集单目或双目摄像头，用于飞行器周围环境视频，由电动云台8控制摄像机9的拍摄方向，完成所需视频的采集；摄像机9采集的图像通过主控系统3运算后发送给后台(手机或ar设备)进一步处理。
67.所述电驱系统5将多电机相同驱动集成合并，用最少的驱动控制多路电机用来对收到的数据处理后发送给对应的电机；
68.所述主控系统3为多自由度控制系统，用来实现人机交互，完成相应的运算，并将运算结果发送电驱系统处理；通过优化调节使飞行器达到高效飞行的效果。
69.所述电池系统4由一组锂电池电池和控制电路组成，用来实现飞行器的充/放电，给整体飞行器提供电源。
70.上述各系统间的数据传输链路为：
71.链路1：用户将飞行需求发送给主控系统3，主控系统3将飞行器姿态控制指令转换成对应电机的旋转角度和旋转速度，通过rs485或者can通讯将控制数据下发给电驱系统5。电驱系统5通过数据处理将速度和角度信息发送给电机系统6，电机系统6收到后执行相应指令，进而带动仿生翅膀2完成相应飞行姿态。
72.链路2：摄像机9采集周围环境视频，将采集到的视频流发送给主控系统3，经主控系统3编码压缩成h.264或h.265后，通过4g/5g网络将数据发送给后台，接收设备经过对数据解码处理后用视频播放软件播放。
73.本发明仿生飞行机器人的控制策略设计为：
74.a、原点标定：
75.控制四套电机驱动组件中的第一驱动电机601旋转，使第三驱动电机603输出轴调整至垂直地面；进一步控制第三驱动电机603，使第一驱动电机601与第二驱动电机602同轴；进一步控制第二驱动电机602旋转，使各仿生翅膀2平行于地面，完成标定。
76.b、起飞：
77.步骤1：控制四套电机驱动组件中的电机旋转，使飞行器达到a中形态。
78.步骤2：控制飞行器左侧两个第三驱动电机603顺时针旋转90度，右侧两个第三驱动电机603逆时针旋转90度，使各仿生翅膀2呈向上竖直且平行于外壳7轴线。
79.步骤3：控制飞行器左侧两个第三驱动电机603逆时针旋转180度，右侧两个第三驱动电机603顺时针旋转180度，使各仿生翅膀2由步骤2状态转变为向下竖直且平行于外壳7轴线。
80.步骤4：控制飞行器左侧两个第二驱动电机602顺时针旋转90度，右侧两个第二驱动602电机逆时针旋转90度，此时各仿生翅膀2由步骤3状态转变为向下竖直且垂直于外壳7轴线。
81.步骤5：控制飞行器左侧两个第三驱动电机603顺时针旋转180度，右侧两个第三驱动电机603逆时针旋转180度，使各仿生翅膀2由步骤4状态转变为向上竖直且垂直于外壳7轴线。
82.步骤6：控制飞行器左侧两个第二驱动电机602逆时针旋转90度，右侧两个第二驱动电机602顺时针旋转90度，此时各仿生翅膀2由步骤5状态转变为步骤2状态。
83.由此循环执行步骤2～6的控制，使飞行器可以达到指定飞行高度。
84.为防止起飞过程中翅膀与地面间发生干涉，可通过对飞行器进行支撑，抬高飞行器与地面间间距。
85.c、前进：
86.步骤1：控制四套电机驱动组件中的电机旋转，使飞行器达到a中形态。
87.步骤2：控制飞行器左侧两个第三驱动电机603顺时针旋转45度，右侧两个第三驱动电机603逆时针旋转45度，此时各仿生翅膀2具有向前45度的转角。
88.步骤3：控制飞行器左侧两个第二驱动电机602电机顺时针旋转90度，右侧两个第二驱动电机逆时针旋转90度，此时各仿生翅膀2垂直于外壳7横截面。
89.步骤4：控制飞行器左侧两个第三驱动电机603逆时针旋转90度，右侧两个第三驱动电机603顺时针旋转90度，此时各仿生翅膀2垂直于外壳7横截面并具有向后45度转角。
90.步骤5：控制飞行器左侧两个第二驱动电机602逆时针旋转90度，右侧的第二驱动电机602顺时针旋转90度，此时各仿生翅膀2平行于外壳7横截面并具有向后45度转角。
91.步骤6：控制飞行器左侧两个第三驱动电机逆时针旋转90度，右侧两个第三驱动电机顺时针旋转90度，此时各仿生翅膀2返回步骤2状态。
92.重复执行步骤1到步骤4，飞行器可以一直往前飞行。
93.上述前进过程仅是说明前进控制原理，在飞行器实际飞行过程中基本不存在仿生翅膀2转到水平位置的控制策略，实现水平飞行时，步骤1中仿生翅膀2需要和水平有个夹角，使在前进控制过程中仿生翅膀2扇动一部分用来抵消重力，另一部分用来提供向前的动力
94.d、降落：
95.降落过程与起飞过程的控制策略相同，区别在于：起飞时各电机以最大速度运动，而降落时各电机运动速度需小于平衡速度，该平衡速度为在飞行器升力等于自身重力时的电机运动速度。由此可使飞行器缓慢降落于底面。若需要飞行器快速降落，可通过与起飞过程相反的控制过程实现，具体改变如下：
96.步骤2转变为：控制飞行器左侧两个第三驱动电机603逆时针旋转90度，右侧两个第三驱动电机603顺时针旋转90度，使各仿生翅膀2呈向下竖直且平行于外壳7轴线。
97.步骤3转变为：控制飞行器左侧两个第三驱动电机603顺时针旋转180度，右侧两个第三驱动电机603逆时针旋转180度，使各仿生翅膀2呈向上竖直且平行于外壳7轴线。
98.步骤5转变为：控制飞行器左侧两个第三驱动电机603逆时针旋转180度，右侧两个第三驱动电机603顺时针旋转180度，使各仿生翅膀2呈向下竖直且垂直于外壳7轴线。
99.对于飞行器在飞行过程中的左右转向可通过控制电机使飞行器单侧仿生翅膀2迎风产生阻力实现，如在飞行器向前飞行过程中，要实现左转，则可控制左侧的第二驱动电机602旋转90度使仿生翅膀2迎风，则飞行器左侧受到阻力，飞行器就会向左旋转实现左转。
100.对于飞行器的俯仰飞行，其控制策略与飞行器上升下降的控制策略类似，上升过程中第三驱动电机603控制仿生翅膀2上下摆动，动力全部作为上升的升力；由此可通过控制第一驱动电机601使第三驱动电机603控制各仿生翅膀2的摆动方向与上下方向具有夹角，此时只有部分动力作为上升的动力，而另一部分转换为前进的动力了，由此达到俯仰飞行。

技术特征：
1.一种仿蜻蜓扑翼飞行机器人，其特征在于：包括机械骨架、仿生翅膀、主控系统、电池系统、电驱系统、电机系统、壳体、电动云台与摄像机；所述外壳内部安装机械骨架，机械骨架上安装有主控系统、电池系统以及电驱系统；其中，电机系统包括四套结构相同的电机驱动组件，四套电机驱动组件均由三个具有定子与动子的电机及两个连接件组成，令三个电机分别为第一驱动电机、第二驱动电机与第三驱动电机；令两个连接件分别为第一连接件与第二连接件；其中，第一驱动电机、第二驱动电机输出轴相对且同轴设置；第三驱动电机位于第一驱动电机与第二驱动电机之间，输出轴竖直设置；三个电机通过两个连接件连接形成整体电机驱动组件；两个连接件均由两个垂直设计的电机安装盘构成，整体呈l形结构；第一连接件与第二连接件相对的电机安装盘外壁上分别同轴固定安装第一驱动电机601与第三驱动电机的定子部分；另两个相对的电机安装盘间同轴固定安装第三驱动电机；上述结构的电机系统中，四套电机驱动组件分别安装于机械骨架前端左右两侧前部连接件的圆盘连接件上，以及机械骨架后端左右两侧后部连接件的圆盘连接件上；四套电机驱动组件中第一驱动电机的动子部分上安装有板状仿生翅膀；摄像机通过电动云台安装于机械骨架上电动云台由云台连接件与两个具有动子与转子的云台电机构成；摄像机连接件为l形结构，一侧外壁固定安装于摄像机上，另一侧内壁与其中一个云台电机a的定子固定；云台连接件与前述电机驱动组件中的连接件结构相同，其一侧内壁同轴固定于云台电机a的动子上，另一侧外壁同轴固定安装于另一个云台电机b的定子上；上述云台电机b由外壳末端的云台连接通道插入前端与后端上的云台连接通道后，将云台电机b的动子部分同轴固定安装于末端连接件的圆盘连接件上；且云台连接通道端部与安装驱动电机b的云台连接件侧壁间固定，实现电机驱动组件的径向定位。2.如权利要求1所述一种仿蜻蜓扑翼飞行机器人，其特征在于：外壳为由上下两部分壳体对扣固定形成整体为矩形结构外壳，且周向各棱角处均进行圆滑处理，使整体外壳呈流线型。3.如权利要求1所述一种仿蜻蜓扑翼飞行机器人，其特征在于：机械骨架包括水平设置的安装板，以及安装板上安装的前部连接件、后部连接件与末端连接件；其中前部连接件安装于机械骨架前端左右两侧对称位置；后部连接件安装于机械骨架后端左右两侧对称位置；末端连接件安装于机械骨架末端端部；且前部连接件、后部连接件与末端连接件结构及安装方式相同；各连接件主体均为一个圆盘连接件，圆盘连接件背侧设计有u形连接槽；各个连接件通过u形连接槽与安装板侧部插接固定，且各连接件中的圆盘所在平面垂直于安装板。4.如权利要求1所述一种仿蜻蜓扑翼飞行机器人，其特征在于：电机系统用来接收电驱系统发来的控制指令执行相应的动作，以驱动驱动仿生翅膀运动。5.如权利要求1所述一种仿蜻蜓扑翼飞行机器人，其特征在于：电机驱动系统与机械骨架间的连接方式为：第一驱动电机由壳体上设计的连接通道插入壳体内部，并将第一驱动电机的动子部分同轴固定安装于圆盘连接件；同时连接通道端部与安装第一驱动电机的连接件侧壁间固定。6.如权利要求1所述一种仿蜻蜓扑翼飞行机器人，其特征在于：第一驱动电机用于为飞行机器人提供飞行方向控制，旋转角度为0～90
°
；第三驱动电机旋转角度为-90
°
～+90
°
，通
过往复运动带动仿生翅膀运动，为飞行机器人提供飞行的动力；第二驱动电机旋转角度为0～90
°
，第二驱动电机与第三驱动电机603配合实现飞行机器人高效的飞行动作。7.如权利要求1所述一种仿蜻蜓扑翼飞行机器人，其特征在于：仿生翅膀末端中部设计缺口，缺口处安装连接夹紧件与定位套筒；其中，连接夹紧件具有中部连接部分与中部件接部分两侧上下位置设计的加紧件；中部连接部分用来连接第一驱动电机；中部连接部分两侧上下两个加紧件用于实现连接加紧件与仿生翅膀间的连接固定；首先将连接加紧件置于仿生翅膀的缺口位置，使缺口两侧位于中部连接部分两侧的上下位置夹紧件之间，通过夹紧件夹紧仿生翅膀，实现连接加紧件与仿生翅膀间的固定；定位套筒为圆筒状结构，设置于仿生翅膀的缺口内，侧面相对位置与仿生翅膀缺口侧部间固定，且定位套筒的一条直径位于仿生翅膀的中截面内；定位套筒端部与安装第二驱动电机的连接件侧壁间固定，实现仿生翅膀与电机驱动组件间的连接。8.如权利要求1所述一种仿蜻蜓扑翼飞行机器人，其特征在于：具有两条数据传输链路，分别为：链路1：用户将飞行需求发送给主控系统，主控系统将飞行器姿态控制指令转换成对应电机的旋转角度和旋转速度，通过rs485或can通讯将控制数据下发给电驱系统；电驱系统通过数据处理将速度和角度信息发送给电机系统，电机系统收到后执行相应指令，进而带动仿生翅膀完成相应飞行姿态；链路2：摄像机采集周围环境视频，将采集到的视频流发送给主控系统，经主控系统编码压缩成h.264或h.265后，通过4g/5g网络将数据发送给后台，接收设备经过对数据解码处理后用视频播放软件播放。9.如权利要求1所述一种仿蜻蜓扑翼飞行机器人，其特征在于：控制策略设计为：a、原点标定：控制四套电机驱动组件中的第一驱动电机旋转，使第三驱动电机输出轴调整至垂直地面；进一步控制第三驱动电机，使第一驱动电机与第二驱动电机同轴；进一步控制第二驱动电机旋转，使各仿生翅膀平行于地面，完成标定；b、起飞：步骤1：控制四套电机驱动组件中的电机旋转，使飞行器达到a中形态。步骤2：控制飞行器左侧两个第三驱动电机顺时针旋转90度，右侧两个第三驱动电机逆时针旋转90度，使各仿生翅膀呈向上竖直且平行于外壳轴线；步骤3：控制飞行器左侧两个第三驱动电机逆时针旋转180度，右侧两个第三驱动电机顺时针旋转180度，使各仿生翅膀由步骤2状态转变为向下竖直且平行于外壳轴线；步骤4：控制飞行器左侧两个第二驱动电机顺时针旋转90度，右侧两个第二驱动电机逆时针旋转90度，此时各仿生翅膀由步骤3状态转变为向下竖直且垂直于外壳轴线；步骤5：控制飞行器左侧两个第三驱动电机顺时针旋转180度，右侧两个第三驱动电机逆时针旋转180度，使各仿生翅膀由步骤4状态转变为向上竖直且垂直于外壳轴线；步骤6：控制飞行器左侧两个第二驱动电机逆时针旋转90度，右侧两个第二驱动电机顺时针旋转90度，此时各仿生翅膀2由步骤5状态转变为步骤2状态；由此循环执行步骤2～6的控制，使飞行器达到指定飞行高度；c、前进：
步骤1：控制四套电机驱动组件中的电机旋转，使飞行器达到a中形态；步骤2：控制飞行器左侧两个第三驱动电机顺时针旋转45度，右侧两个第三驱动电机逆时针旋转45度，此时各仿生翅膀具有向前45度的转角；步骤3：控制飞行器左侧两个第二驱动电机电机顺时针旋转90度，右侧两个第二驱动电机逆时针旋转90度，此时各仿生翅膀垂直于外壳横截面；步骤4：控制飞行器左侧两个第三驱动电机逆时针旋转90度，右侧两个第三驱动电机顺时针旋转90度，此时各仿生翅膀垂直于外壳横截面并具有向后45度转角；步骤5：控制飞行器左侧两个第二驱动电机逆时针旋转90度，右侧的第二驱动电机顺时针旋转90度，此时各仿生翅膀平行于外壳横截面并具有向后45度转角；步骤6：控制飞行器左侧两个第三驱动电机逆时针旋转90度，右侧两个第三驱动电机顺时针旋转90度，此时各仿生翅膀返回步骤2状态；重复执行步骤1到步骤4，实现飞行器向前飞行；d、降落：降落过程与起飞过程的控制策略相同，区别在于：起飞时各电机以最大速度运动，而降落时各电机运动速度需小于平衡速度，该平衡速度为在飞行器升力等于自身重力时的电机运动速度；由此使飞行器缓慢降落于底面；若需要飞行器快速降落，可通过与起飞过程相反的控制过程实现；对于飞行器在飞行过程中的左右转向可通过控制电机使飞行器单侧仿生翅膀迎风产生阻力实现；对于飞行器的俯仰飞行，其控制策略与飞行器上升下降的控制策略类似，上升过程中第三驱动电机控制仿生翅膀上下摆动，动力全部作为上升的升力；由此通过控制第一驱动电机使第三驱动电机控制各仿生翅膀的摆动方向与上下方向具有夹角，此时只有部分动力作为上升的动力，而另一部分转换为前进的动力了，由此实现俯仰飞行。

技术总结
本发明公开一种仿蜻蜓扑翼飞行机器人，身部外壳内安装有机械骨架，机械骨架上表面安装主控系统、电池系统、电驱系统，前部与后部两侧安装有电机驱动组件，末端安装相机云台连接摄像机；由此将各系统部件集中设置于壳体内部，使整体飞行器结构紧凑。同时设计各个电机驱动组件以及电机云台均由多个电机通过连接件相连，具有多个自由度，分别用来驱动四个仿生扑翼与一个摄像机运动；由此通过多自由度飞行姿态控制，将电能最大化转化为有效飞行，有效提高飞行效率。高飞行效率。高飞行效率。


技术研发人员：刘金涛 胡金鹏 张少飞 张建龙 刘逸柠
受保护的技术使用者：奥引科技（上海）有限公司
技术研发日：2023.01.30
技术公布日：2023/5/30