仿生扑翼飞行器

1.本实用新型属于飞行器技术领域，具体涉及一种仿生扑翼飞行器。


背景技术：

2.随着微型飞行器的不断发展，飞行器越来越多的向着小型化、运动灵活的方向发展。微型飞行器按运动机构的不同分为固定翼飞行器、旋翼飞行器和仿生扑翼飞行器，从仿生学角度来看，在微小尺寸下，扑翼飞行器相对于固定翼飞行器和旋翼飞行器有着更好的飞行性能。因此，目前扑翼飞行器以其体积小巧、便携、灵活的飞行以及优良的隐蔽性等优点，在微型飞行器技术领域得到了广泛的关注。
3.现有扑翼飞行器由于需要模拟复杂的扑翼动作，往往在结构设计的实现上比较复杂，导致扑翼飞行器在运动过程中的稳定性、连贯性实际上难以得到保证，在一定程度上限制了扑翼飞行器的应用和使用性能。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种仿生扑翼飞行器，能够解决扑翼飞行器在运动过程中存在的稳定性、动作连贯性的问题，能够实现对扑翼动作更好的仿生模拟。
5.本实用新型通过下述技术方案实现：
6.仿生扑翼飞行器，包括机架和设置在机架两侧的两个前翼；
7.所述前翼包括主翼和副翼，所述主翼一侧分别与机架铰链连接，所述副翼与主翼另一侧铰链连接；
8.所述机架上设置有第一驱动机构，所述第一驱动机构包括第一驱动件、第一传动机构和第二传动机构，所述第一驱动件通过第一传动机构分别连接两个主翼，并驱动两个主翼沿其与机架之间的铰接点上下摆动，所述第二传动机构分别连接第一传动机构和两个副翼，第一传动机构动作时带动第二传动机构动作，并通过第二传动机构驱动两个副翼沿其与主翼之间的铰接点上下摆动。
9.作为对上述技术方案的进一步改进，所述第一传动机构包括两组分别与两个主翼连接的第一传动组件；
10.所述第一传动组件包括传动组件和连杆组件，所述传动组件与连杆组件之间形成曲柄连杆机构，所述传动组件包括与机架之间转动连接的第一传动轮和设置在第一传动轮上的第一传动轴，第一传动轴设置于远离第一传动轮轴心的位置，所述第一驱动件驱动第一传动轮转动，所述连杆组件一端与第一传动轴之间铰链连接，另一端与主翼之间铰链连接，所述第一传动轮转动时驱动连杆组件与主翼之间的连接端做上下往复运动；
11.所述第一传动轴与第一传动轮之间滑动配合连接，使第一传动轴可沿其轴线转动的同时，能够沿其轴线方向在第一传动轮上滑动。
12.作为对上述技术方案的进一步改进，所述连杆组件包括连接第一转动轴的第一从动杆和连接主翼的第一驱动杆，所述第一从动杆与第一驱动杆之间通过十字万向节连接。
13.作为对上述技术方案的进一步改进，所述第二传动机构包括第二连杆和固定连接在副翼上的第二传动杆，所述第二连杆一端与连杆组件的输出端铰链连接，另一端与第二传动杆之间铰链连接，第二传动杆、第二连杆、主翼与连杆组件之间形成四连杆机构。
14.作为对上述技术方案的进一步改进，在主翼与副翼之间设置有辅助传动机构，所述辅助传动机构与第二传动机构沿机架纵向方向相对间隔设置；
15.所述辅助传动机构包括与主翼铰链连接的辅助摆杆、辅助连杆和固定连接在副翼上的辅助传动杆，所述辅助连杆两端分别与辅助摆杆和辅助传动杆之间铰链连接，辅助摆杆、辅助连杆、辅助传动杆与主翼之间形成四连杆机构。
16.作为对上述技术方案的进一步改进，所述第一驱动件采用双轴输出电机，第一驱动件的两个输出轴同时驱动两组第一传动组件动作。
17.作为对上述技术方案的进一步改进，所述第一驱动件与第一传动轮之间分别通过第三传动机构连接，所述第三传动机构包括与第一驱动件输出轴连接的减速组件和第三传动件，所述第三传动件与机架之间转动连接，第三传动件连接减速组件的输出轴，第三传动件与第一传动轮之间啮合连接。
18.作为对上述技术方案的进一步改进，所述减速组件包括主动轮和从动轮，所述主动轮连接第一驱动件的输出轴，从动轮与主动轮之间通过同步带轮连接。
19.作为对上述技术方案的进一步改进，所述机架尾部设置有尾翼和尾翼驱动机构；
20.所述尾翼驱动机构包括俯仰驱动组件和转向驱动组件，所述俯仰驱动组件用于驱动尾翼在竖直方向上下摆动，所述转向驱动组件用于驱动尾翼左右摆动。
21.作为对上述技术方案的进一步改进，所述转向驱动组件包括设置在机架上的第一舵机和连接第一舵机输出端的转向驱动杆；
22.所述俯仰驱动组件包括与机架铰链连接且可在水平方向上转动的支撑摆杆、设置在支撑摆杆上的第二舵机和连接第二舵机输出端的俯仰驱动杆；
23.所述转向驱动杆与第一舵机输出端之间铰链连接，另一端与支撑摆杆之间铰链连接，所述俯仰驱动杆一端与第二舵机输出端之间铰链连接，另一端与尾翼之间铰链连接，所述尾翼与支撑摆杆之间铰链连接且尾翼可沿铰接点上下转动。
24.本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
25.1）通过对扑翼飞行器结构以及动作驱动进行设计，使其在飞行时能够最大程度地仿生还原鸟类飞行的扑翼动作，使飞行器在飞行过程中的动作更加连贯，并能够发挥最大的动作效能，并能够实现各种不同的飞行动作，满足飞行器的飞行控制要求。
26.2）通过对扑翼飞行器中前翼驱动机构的结构进行设计，使其在实现前翼仿生动作的同时，结构更加简单，具有更好的可靠性和稳定性。
附图说明
27.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
28.图1为本实用新型仿生扑翼飞行器结构示意图。
29.图2为图1中a处局部示意图。
30.图3为图1中b处局部示意图。
31.图4为本实用新型仿生扑翼飞行器结构主视图。
32.图5为本实用新型仿生扑翼飞行器结构俯视图。
33.图6为本实用新型仿生扑翼飞行器结构右视图。
34.图7为图6中c处局部示意图。
35.图8为图6中d处局部示意图。
36.图9为本实用新型仿生扑翼飞行器中辅助传动机构结构示意图。
37.其中：
38.11、主翼，12、副翼，13、尾翼，14、机架，15、电源仓；
39.201、第一驱动件，202、第一传动轮，203、第一传动轴，204、第一从动杆，205、第一驱动杆，206、十字万向节，207、第二连杆，208、第二传动杆，209、辅助摆杆，210、辅助连杆，211、辅助传动杆，212、第三传动件，213、主动轮，214、从动轮，215、同步带轮，216、第一舵机，217、转动驱动杆，218、支撑摆杆，219、第二舵机，220、俯仰驱动杆。
具体实施方式
40.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
41.参照图1、4和5，本实施例中的仿生扑翼飞行器，包括机架14和设置在机架14两侧的两个前翼，其中前翼包括主翼11和副翼12，两个主翼11在一侧分别与机架铰链连接，副翼12分别设置于主翼11外侧，并与主翼另一侧通过铰链连接，形成主翼能够沿其与机架之间的铰接点相对机架上下摆动，副翼能够沿其与主翼之间的铰接点相对主翼上下摆动的前翼结构。
42.在机架14上设置有第一驱动机构，本实施例中所采用的第一驱动机构包括第一驱动件201、第一传动机构和第二传动机构。
43.其中第一驱动件201通过第一传动机构分别连接两个主翼11，并通过第一传动机构来驱动两个主翼沿其与机架之间的铰接点作上下摆动运动。
44.作为一种具体可实施的结构，第一传动机构包括有两组分别与两个主翼连接的第一传动组件，第一传动组件包括传动组件和连杆组件，传动组件与连杆组件之间形成曲柄连杆机构；如图2和4，传动组件包括与机架之间转动连接的第一传动轮202和设置在第一传动轮上的第一传动轴203，第一传动轴203设置于远离第一传动轮轴心的位置，当第一传动轮转动时，驱动第一传动轴转动，形成曲柄驱动结构；第一驱动件201连接第一传动轮202，驱动第一传动轮202转动；连杆组件一端与第一传动轴之间铰链连接，另一端与主翼之间铰链连接；第一传动轮转动时，通过连杆组件驱动连杆组件与主翼之间的连接端做上下往复运动，从而驱动主翼的上下往复摆动的动作。
45.由于主翼在上下摆动运动时，连杆组件与主翼之间的连接端位置相对机架的间距实际上会发生改变，因此这里将第一传动轴203与第一传动轮202之间设置为滑动配合连接，使第一传动轴203可沿其轴线转动的同时，能够沿其轴向方向在第一传动轮上滑动，使
连杆组件与第一传动轴之间的连接位置能够沿第一传动轴轴向方向运动，以适应主翼上下摆动的需要。或者将第一传动轴203固定设置在第一传动轮202上，而将连杆组件与第一转动轴之间的连接设置为滑动配合连接，即连杆组件在第一传动轴上铰链转动连接的同时，连杆组件可在第一传动轴上沿第一传动轴滑动，以实现上述同样的功能。
46.这里连杆组件包括连接第一传动轴的第一从动杆204和连接主翼的第一驱动杆205，第一从动杆204与第一驱动杆205之间通过十字万向节206连接，以适应主翼驱动过程中复杂动作的实现。
47.第一驱动杆201与主翼11之间的连接位置处可设置框架结构，以增加第一驱动杆与主翼之间连接、运动的稳定性。
48.这里的第二传动机构分别连接第一传动机构和两个副翼，第一传动机构动作时带动第二传动机构动作，并通过第二传动机构驱动两个副翼沿其与主翼之间的铰接点上下摆动运动，并且能够实现在同一时刻主翼摆动的方向与副翼摆动的方向正好相反，实现对扑翼动作的仿生模拟。
49.作为一种具体可实施的结构，如图2和4，第二传动机构包括第二连杆207和固定连接在副翼上的第二传动杆208，其中第二连杆207一端连接到连杆组件的第一驱动杆205上，与第一驱动杆205之间铰链连接，第二连杆207的另一端与第二传动杆208一端铰链连接，第二传动杆208、第二连杆207、主翼11与连杆组件的第一驱动杆205之间形成四连杆机构。当第一驱动杆做上下往复运动时，驱动第二连杆动作，在第二连杆的作用下驱动第二传动杆动作，通过第二传动杆带动副翼沿其与主翼之间的铰接点上下摆动。第二传动杆连接设置在副翼与主翼铰接点的位置上，以更好地方便对副翼的驱动。
50.为提高副翼动作的稳定性，在主翼与副翼之间设置辅助传动机构，辅助传动机构与第二传动机构沿机架纵向方向相对间隔设置，即第二传动机构设置于靠副翼前端的位置，辅助传动机构则设置在机架上靠副翼后端的位置上，两组共同形成对副翼的传动与支撑。
51.如图9，辅助传动机构包括与主翼铰链连接的辅助摆杆209、辅助连杆210和固定连接在副翼上的辅助传动杆211，辅助摆杆与主翼之间的连接位置以及第一驱动杆与主翼之间的连接位置，在主翼上沿机架纵向方向上基本位于同一对应位置，辅助连杆210两端分别与辅助摆杆209和辅助传动杆211之间铰链连接，辅助摆杆209、辅助连杆210、辅助传动杆211与主翼11之间形成四连杆机构，实现对副翼的稳定支撑，同时能够避免主翼在摆动过程中与辅助传动机构之间发生干涉。
52.这里第一驱动件201采用双轴输出电机，第一驱动件201的两个输出轴同时驱动两组第一传动组件动作，实现对两侧前翼的同时驱动，保证两侧前翼动作的同步性。
53.如图6和7第一驱动件201与第一传动组件中的第一传动轮202之间分别通过第三传动机构连接，实现对第一传动轮的驱动，第三传动机构包括与第一驱动件输出轴连接的减速组件和第三传动件212，第三传动件212与机架14之间转动连接，第三传动件212连接减速组件的输出轴，即第一驱动件通过减速组件驱动第三传动件转动，第三传动件与第一传动轮之间啮合连接，实现对第一传动轮的驱动。
54.这里减速组件包括主动轮213和从动轮214，其中主动轮213连接第一驱动件201的输出轴，从动轮214与机架14之间转动连接，从动轮214与主动轮213之间通过同步带轮215
连接，在减速的同时实现第一驱动件与第一传动轮之间的柔性传动，以达到更好的动作仿生模拟效果。
55.在机架14尾部设置有尾翼13和尾翼驱动机构；尾翼驱动机构用于驱动尾翼动作来控制飞行器的转向等动作，包括俯仰驱动组件和转向驱动组件，其中俯仰驱动组件用于驱动尾翼在竖直方向上上下摆动，转向驱动组件用于驱动尾翼左右摆动。
56.具体地，如图3和8，转向驱动组件包括设置在机架上的第一舵机216和连接在第一舵机输出端的转向驱动杆217。
57.俯仰驱动组件包括与机架铰链连接且可在水平方向上转动的支撑摆杆218、设置在支撑摆杆上的第二舵机219和连接第二舵机输出端的俯仰驱动杆220。
58.转动驱动杆217与第一舵机216输出端之间铰链连接，另一端与支撑摆杆218之间铰链连接，第一舵机动作时可驱动支撑摆杆在水平方向上左右摆动；俯仰驱动杆220一端与第二舵机219输出端之间铰链连接，另一端与尾翼13之间铰链连接，尾翼13与支撑摆杆218之间铰链连接且使尾翼可沿铰接点上下转动，第二舵机动作时可驱动尾翼作上下摆动运动，从而实现对飞行器飞行方向的控制。
59.位于机架14尾部设置有用于设置电源的电源仓15，电源仓15内安装电源为第一驱动件、第一舵机、第二舵机提供工作所需电能。将电源仓设置在机架尾部用于平衡飞行器前后的重量，使飞行器重心位于靠近中部的位置，保证飞行的稳定性。
60.在本实用新型的描述中，需要说明的是，所采用的术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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，因此不能理解为对本实用新型的限制。
61.此外，本实用新型的描述中若出现“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
62.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
63.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.仿生扑翼飞行器，其特征在于，包括机架和设置在机架两侧的两个前翼；所述前翼包括主翼和副翼，所述主翼一侧分别与机架铰链连接，所述副翼与主翼另一侧铰链连接；所述机架上设置有第一驱动机构，所述第一驱动机构包括第一驱动件、第一传动机构和第二传动机构，所述第一驱动件通过第一传动机构分别连接两个主翼，并驱动两个主翼沿其与机架之间的铰接点上下摆动，所述第二传动机构分别连接第一传动机构和两个副翼，第一传动机构动作时带动第二传动机构动作，并通过第二传动机构驱动两个副翼沿其与主翼之间的铰接点上下摆动。2.根据权利要求1所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于，所述第一传动机构包括两组分别与两个主翼连接的第一传动组件；所述第一传动组件包括传动组件和连杆组件，所述传动组件与连杆组件之间形成曲柄连杆机构，所述传动组件包括与机架之间转动连接的第一传动轮和设置在第一传动轮上的第一传动轴，第一传动轴设置于远离第一传动轮轴心的位置，所述第一驱动件驱动第一传动轮转动，所述连杆组件一端与第一传动轴之间铰链连接，另一端与主翼之间铰链连接，所述第一传动轮转动时驱动连杆组件与主翼之间的连接端做上下往复运动；所述第一传动轴与第一传动轮之间滑动配合连接，使第一传动轴可沿其轴线转动的同时，能够沿其轴线方向在第一传动轮上滑动。3.根据权利要求2所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于，所述连杆组件包括连接第一转动轴的第一从动杆和连接主翼的第一驱动杆，所述第一从动杆与第一驱动杆之间通过十字万向节连接。4.根据权利要求2或3所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于，所述第二传动机构包括第二连杆和固定连接在副翼上的第二传动杆，所述第二连杆一端与连杆组件的输出端铰链连接，另一端与第二传动杆之间铰链连接，第二传动杆、第二连杆、主翼与连杆组件之间形成四连杆机构。5.根据权利要求4所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于，在主翼与副翼之间设置有辅助传动机构，所述辅助传动机构与第二传动机构沿机架纵向方向相对间隔设置；所述辅助传动机构包括与主翼铰链连接的辅助摆杆、辅助连杆和固定连接在副翼上的辅助传动杆，所述辅助连杆两端分别与辅助摆杆和辅助传动杆之间铰链连接，辅助摆杆、辅助连杆、辅助传动杆与主翼之间形成四连杆机构。6.根据权利要求2所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于，所述第一驱动件采用双轴输出电机，第一驱动件的两个输出轴同时驱动两组第一传动组件动作。7.根据权利要求1所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于，所述第一驱动件与第一传动轮之间分别通过第三传动机构连接，所述第三传动机构包括与第一驱动件输出轴连接的减速组件和第三传动件，所述第三传动件与机架之间转动连接，第三传动件连接减速组件的输出轴，第三传动件与第一传动轮之间啮合连接。8.根据权利要求7所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于，所述减速组件包括主动轮和从动轮，所述主动轮连接第一驱动件的输出轴，从动轮与主动轮之间通过同步带轮连接。9.根据权利要求1所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于，所述机架尾部设置有尾翼和尾翼驱动机构；
所述尾翼驱动机构包括俯仰驱动组件和转向驱动组件，所述俯仰驱动组件用于驱动尾翼在竖直方向上下摆动，所述转向驱动组件用于驱动尾翼左右摆动。10.根据权利要求9所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于，所述转向驱动组件包括设置在机架上的第一舵机和连接第一舵机输出端的转向驱动杆；所述俯仰驱动组件包括与机架铰链连接且可在水平方向上转动的支撑摆杆、设置在支撑摆杆上的第二舵机和连接第二舵机输出端的俯仰驱动杆；所述转向驱动杆与第一舵机输出端之间铰链连接，另一端与支撑摆杆之间铰链连接，所述俯仰驱动杆一端与第二舵机输出端之间铰链连接，另一端与尾翼之间铰链连接，所述尾翼与支撑摆杆之间铰链连接且尾翼可沿铰接点上下转动。

技术总结
本实用新型公开了一种仿生扑翼飞行器，包括机架和设置在机架两侧的两个前翼；前翼包括主翼和副翼，主翼一侧分别与机架铰链连接，副翼与主翼另一侧铰链连接；机架上设置有第一驱动机构，第一驱动机构包括第一驱动件、第一传动机构和第二传动机构，第一驱动件通过第一传动机构分别连接两个主翼，并驱动两个主翼沿其与机架之间的铰接点上下摆动，第二传动机构分别连接第一传动机构和两个副翼，第一传动机构动作时带动第二传动机构动作，并通过第二传动机构驱动两个副翼沿其与主翼之间的铰接点上下摆动。通过对扑翼飞行器结构以及动作驱动进行设计，使其在飞行时能够最大程度地仿生还原鸟类飞行的扑翼动作。鸟类飞行的扑翼动作。鸟类飞行的扑翼动作。


技术研发人员：冯奥然 钟斌 曾楷 王禹 刘卓雄 谢根
受保护的技术使用者：成都大学
技术研发日：2022.11.09
技术公布日：2023/3/23