CN114560084B - 一种仿生扑翼飞行机器人的自主折展变形翼 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿生扑翼飞行机器人的自主折展变形翼，包括：机身；两根摆杆，分别连接于机身的左右两侧，摆杆能够相对于机身上下摆动，两根摆杆分别从机身向着机身的左侧和右侧延伸；两个机翼，分别安装在两个摆杆上；机翼包括：固定组件，连接摆杆；斜杆，与固定组件转动连接，斜杆上转动连接有羽***；第一转动组件，用于驱动斜杆相对于固定组件转动；第二转动组件，用于驱动羽***相对于斜杆转动；应用上述变形翼能够有效提高扑翼飞行器对于不同飞行工况的适应性。

Description

一种仿生扑翼飞行机器人的自主折展变形翼

技术领域

本发明涉及航空技术领域，别是涉及一种仿生扑翼飞行机器人的自主折展变形翼。

背景技术

随着科学技术的发展，扑翼飞行器无论是在军用领域还是在民用领域均具有广泛的应用场景；在军用领域，扑翼飞行器可以在特殊环境下进行伪装侦查、追踪目标、近距离电子干扰等；在民用领域，扑翼飞行器可以进行狭小空间救援、森林野生动物检测、空中视频拍摄等；目前很多的国家和科研单位都开展专项研究，试图研制能在特殊环境下使用的扑翼飞行器。

现有的扑翼飞行器，一般是用电机等驱动机构，驱动固定形状的机翼上下扑动，来带动整个飞行器的飞行；然而对于复杂环境的机动飞行和快速巡航飞行而言，其对于机翼的翼形要求是不一致的，因而固定形状的机翼无法充分兼顾这两种不同的飞行工况，只能在较小的操作调节范围内表现出较好的气动性能。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种仿生扑翼飞行机器人的自主折展变形翼，能够提高扑翼飞行器对于不同飞行工况的适应性。

本发明的仿生扑翼飞行机器人的自主折展变形翼，包括：机身；两根摆杆，分别连接于机身的左右两侧，摆杆能够相对于机身上下摆动，两根摆杆分别从机身向着机身的左侧和右侧延伸；两个机翼，分别安装在两个摆杆上；机翼包括：固定组件，连接摆杆；斜杆，与固定组件转动连接，斜杆上转动连接有羽***；第一转动组件，用于驱动斜杆相对于固定组件转动；第二转动组件，用于驱动羽***相对于斜杆转动。

根据本发明的一些实施例，第一转动组件包括：一级传动连杆，与摆杆转动连接；一级传动摇杆，两端分别与一级传动连杆和斜杆转动连接；动力输出组件，设置在机身上，动力输出组件用于驱动一级传动连杆相对于摆杆转动。

根据本发明的一些实施例，动力输出组件包括：驱动滑块，设置在机身上；平移组件，设置在机身上，平移组件用于驱动驱动滑块前后移动；输出连杆，两端分别与驱动滑块以及一级传动连杆转动连接。

根据本发明的一些实施例，平移组件包括：驱动电机，设置在机身上；驱动丝杆，转动连接于机身上，驱动丝杆沿前后方向延伸，驱动电机用于驱动驱动丝杆转动，驱动丝杆与驱动滑块螺纹配合。

根据本发明的一些实施例，平移组件还包括：滑块连接件，与驱动滑块转动连接，滑块连接件与驱动丝杆同轴，滑块连接件与输出连杆转动连接。

根据本发明的一些实施例，平移组件还包括：滑块导杆，设置在机身上，滑块导杆沿前后方向延伸，滑块导杆与驱动滑块滑动配合。

根据本发明的一些实施例，第二转动组件还包括：第一连杆，与斜杆转动连接，第一连杆与羽***固定连接；二级传动摇杆，两端分别于第一连杆和固定组件。

根据本发明的一些实施例，第二转动组件还包括第二连杆，第一连杆有两根，每根第一连杆均固定连接有一个羽***，两个第一连杆，第二连杆和斜杆构成平面四杆机构。

根据本发明的一些实施例，第二连杆有多根，多根第一连杆、多根第二连杆和斜杆构成多个依次串联的平面四杆机构。

根据本发明的一些实施例，固定组件包括：主杆，连接摆杆，斜杆与主杆转动连接；翼面，与主杆固定连接。

应用上述仿生扑翼飞行机器人的自主折展变形翼，在飞行机器人飞行的过程当中，当需要飞行器在复杂环境当中进行机动飞行时，可以控制第一转动组件将斜杆朝向远离固定组件的方向转动，同时控制第二转动组件，将羽***朝向与斜杆夹角增大的方向转动，使得机翼在飞行过程当中能够获得较大的空气动力学力矩，增加飞行机器人的转向灵活性；而当需要飞行器进行高速巡航飞行时，可以控制第一转动组件带动斜杆朝向靠近固定组件的方向转动，同时控制第二转动组件将羽***朝向与斜杆夹角减小的方向转动，使得整个机翼的面积减小，有效减小了飞行阻力，提高高速巡航性能；无论是在复杂环境当中的机动飞行，还是高速巡航飞行，采用上述仿生扑翼飞行机器人的自主折展变形翼均能够良好适应上述飞行工况，提高飞行性能。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例中仿生扑翼飞行机器人的自主折展变形翼的展开示意图；

图2为本发明实施例中仿生扑翼飞行机器人的自主折展变形翼的折叠示意图；

图3为图1中固定组件的示意图；

图4为图1中折叠组件和二级传动组件的部分放大示意图；

图5为本发明实施例中仿生扑翼飞行机器人的自主折展变形翼的动力输出部分的示意图；

图6为图1中一级传动组件的示意图；

上述附图包含以下附图标记。

标号	名称	标号	名称
				1	固定组件	3	动力输出组件
101	前摆杆	301	驱动电机
				102	球头	302	电机固定板
103	主杆	303	电机轴固定板
				104	背杆	304	驱动滑块
105	弦向支撑杆	305	滑块轴承
				106	支撑连接件	306	电机转动轴承
107	主传动连接件	307	滑块连接件
				108	翼面	308	滑块导杆
2	折叠组件	309	动力输出连杆
				201	转动曲柄	310	动力输出摇杆
202	斜杆	311	摇杆连接轴承
				2031	第一连杆	4	一级传动组件
2032	第二连杆	401	一级传动连杆
				204	羽***	402	一级传动摇杆
2051	第一羽毛连杆	5	二级传动组件
				2052	第二羽毛连杆	501	二级传动摇杆

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个及两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1至图6，本实施例的仿生扑翼飞行机器人的自主折展变形翼，包括：机身；两根摆杆，分别连接于机身的左右两侧，摆杆能够相对于机身上下摆动，两根摆杆分别从机身向着机身的左侧和右侧延伸；两个机翼，分别安装在两个摆杆上；机翼包括：固定组件1，连接摆杆；斜杆202，与固定组件1转动连接，斜杆202上转动连接有羽***204；第一转动组件，用于驱动斜杆202相对于固定组件1转动；第二转动组件，用于驱动羽***204相对于斜杆202转动。

应用上述仿生扑翼飞行机器人的自主折展变形翼，在飞行机器人飞行的过程当中，当需要飞行器在复杂环境当中进行机动飞行时，可以如图1所示，控制第一转动组件将斜杆202朝向远离固定组件1的方向转动，同时控制第二转动组件，将羽***204朝向与斜杆202夹角增大的方向转动，使得机翼在飞行过程当中能够获得较大的空气动力学力矩，增加飞行机器人的转向灵活性；而当需要飞行器进行高速巡航飞行时，可以如图2所示控制第一转动组件带动斜杆202朝向靠近固定组件1的方向转动，同时控制第二转动组件将羽***204朝向与斜杆202夹角减小的方向转动，使得整个机翼的面积减小，有效减小了飞行阻力，提高高速巡航性能；无论是在复杂环境当中的机动飞行，还是高速巡航飞行，采用上述仿生扑翼飞行机器人的自主折展变形翼均能够良好适应上述飞行工况，提高飞行性能。

传统的变后掠翼飞行器，只能改变后掠角，不能改变翼展面积，而本实施例当中的变形翼，可以在空中飞行时实现机翼的动态折叠与展开。提高了飞行器的飞行性能。同时在飞行任务完成后可以降低翼展和面积，减小飞行器的存放空间，也易于携带。

其中，第一转动组件可以采用多种方式，带动斜杆202相对于固定组件1转动，例如通过舵机带动斜杆202转动，也可以通过绳索牵引等方式驱动斜杆202相对于固定组件1转动；类似的，第二转动组件也可以通过多种方式驱动羽***204相对于斜杆202转动。

如图4至图6所示，第一转动组件包括：一级传动连杆401，与摆杆转动连接；一级传动摇杆402，两端分别与一级传动连杆401和斜杆202转动连接；动力输出组件3，设置在机身上，动力输出组件3用于驱动一级传动连杆401相对于摆杆转动；具体地，第一转动组件包括一级传动组件4，一级传动组件4包括一级传动连杆401和以及传动摇杆；其中动力输出组件3带动和以及传动连杆转动，以及传动连杆带动一级传动摇杆402运动，继而一级传动摇杆402带动斜杆202相对于固定组件1转动。

如图4所示，动力输出组件3包括：驱动滑块304，设置在机身上；平移组件，设置在机身上，平移组件用于驱动驱动滑块304前后移动；输出连杆，两端分别与驱动滑块304以及一级传动连杆401转动连接；其中，平移组件带动滑块向后运动时，驱动力通过输出连杆、以及传动连杆和以及转动摇杆后传递给斜杆202，驱动斜杆202朝向远离固定组件1的方向转动，使得机翼展开；而当驱动滑块304在平移组件的驱动下向前滑动时，斜杆202朝向靠近固定组件1的方向转动，机翼处于折叠状态。

如图4所示，平移组件包括：驱动电机301，设置在机身上；驱动丝杆，转动连接于机身上，驱动丝杆沿前后方向延伸，驱动电机301用于驱动驱动丝杆转动，驱动丝杆与驱动滑块304螺纹配合；其中，驱动电机301通过驱动丝杆转动，带动驱动滑块304前后运动，以此来控制机翼的展开与折叠。

具体地，平移组件还包括：滑块连接件307，与驱动滑块304转动连接，滑块连接件307与驱动丝杆同轴，滑块连接件307与输出连杆转动连接；当摆杆上下摆动的过程当中，摆杆带动一级传动连杆401和滑块连接件307上下转动，滑块连接件307在驱动滑块304带动下前后滑动，在摆杆上下摆动的同时能够正常控制机翼的展开与折叠，使得机翼的扑动不会影响到机翼展开与折叠的控制。

其中，平移组件还包括：滑块导杆308，设置在机身上，滑块导杆308沿前后方向延伸，滑块导杆308与驱动滑块304滑动配合；具体地，动力输出组件3主要包括驱动电机301、电机固定板302、电机轴固定板303、驱动滑块304、滑块轴承305、电机转动轴承306、滑块连接件307、滑块导杆308、动力输出连杆309、动力输出摇杆310以及摇杆连接轴承311组成；其中驱动电机301固定在电机固定板302上，电机固定板302和电机轴固定板303都固定在机身上，驱动电机301为减速电机，包括有减速机构，滑块轴承305固定在驱动滑块304上，滑块连接件307通过滑块轴承305与驱动滑块304连接，电机转动轴承306固定在电机轴固定板303上，能够有效减少电机轴转动过程当中与电机轴固定板303之间的摩擦，滑块连接件307的一端与动力输出连杆309铰接，动力输出摇杆310一端与动力输出连杆309铰接，另一端与一级传动连杆401铰接；动力输出摇杆310通过摇杆连接轴承311与摆杆转动连接。

如图3至图6，第二转动组件还包括：第一连杆2031，与斜杆202转动连接，第一连杆2031与羽***204固定连接；二级传动摇杆501，两端分别于第一连杆2031和固定组件1；其中，羽***204通过第二羽毛连杆2052与第一连杆2031固定连接，第一连杆2031与第二羽毛连杆2052呈一定角度，当斜杆202朝向远离固定组件1的方向转动时，包括二级传动摇杆501在内的二级传动组件5，能够带动第一连杆2031转动，使得第一连杆2031带动羽***204转动，使得机翼展开；另一方面，当斜杆202朝向靠近固定组件1的方向转动时，二级传动摇杆501能够带动第一连杆2031转动，使得第一连杆2031带动第二羽毛连杆2052朝向靠近斜杆202的方向转动，做到了仅驱动斜杆202转动，就能够使得机翼自动展开或折叠。

如图4所示，第二连杆2032有多根，多根第一连杆2031、多根第二连杆2032和斜杆202构成多个依次串联的平面四杆机构；其中，折叠组件2作为整个机翼的可折叠部分，包括转动曲柄201、斜杆202，第一连杆2031、第二连杆2032、羽***204、第一羽毛连杆2051和第二羽毛连杆2052，其中转动曲柄201和斜杆202固定连接，一级传动摇杆402通过驱动转动曲柄201转动，来带动斜杆202转动；最靠近固定组件1的羽***204通过第一羽毛连杆2051与斜杆202固定连接，多根第一连杆2031、多根第二连杆2032和斜杆202构成多个依次串联的平面四杆机构，其中每一根第一连杆2031都通过一根第二羽毛连杆2052连接一个羽***204；当斜杆202远离固定组件1转动时，二级传动摇杆501带动由多根第二连杆2032连接起来的所有第一连杆2031一同转动，带动多个羽***204一同展开；同时当斜杆202朝向靠近固定组件1的方向转动时，二级传动摇杆501带动所有第一连杆2031一同转动，带动多个羽***204一同收缩。

如图3所示，固定组件1包括：主杆103，连接摆杆，斜杆202与主杆103转动连接；翼面108，与主杆103固定连接；具体地，固定组件1主要包括前摆杆101、球头102、主杆103、背杆104、弦向支撑杆105、支撑连接件106、主传动连接件107和翼面108等组成；其中前摆杆101与摆杆连接，球头102与机身后缘转动连接，主杆103一端与前摆杆101连接，一端与主传动连接件107连接，机身动力***带动摆杆上下摆动，驱动翼面108上下扑动；背杆104一端与球头102连接，另一端与支撑连接件106连接，起到支撑翼面108的类似骨架的作用；弦向支撑杆105一端与主传动连接件107相连接，中间穿过支撑连接件106，也起到了支撑翼面108的类似骨架的作用，保证了翼面108在扑动过程当中的稳定，为飞行器提供起飞和前进过程当中所需的升力和推力等。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (8)

1.一种仿生扑翼飞行机器人的自主折展变形翼，其特征在于，包括：

机身；

两根摆杆，分别连接于所述机身的左右两侧，所述摆杆能够相对于所述机身上下摆动，两根所述摆杆分别从所述机身向着所述机身的左侧和右侧延伸；

两个机翼，分别安装在两个所述摆杆上；

所述机翼包括：

固定组件(1)，连接所述摆杆；

斜杆(202)，与所述固定组件(1)转动连接，所述斜杆(202)上转动连接有羽***(204)；

第一转动组件，包括一级传动连杆(401)、一级传动摇杆(402)和动力输出组件(3)，所述一级传动连杆(401)与所述摆杆转动连接，所述一级传动摇杆(402)的两端分别与所述一级传动连杆(401)和所述斜杆(202)转动连接，所述动力输出组件(3)设置在所述机身上，所述动力输出组件(3)用于驱动所述一级传动连杆(401)相对于所述摆杆转动，所述第一转动组件用于驱动所述斜杆(202)相对于所述固定组件(1)转动；

第二转动组件，包括第一连杆(2031)和二级传动摇杆(501)，所述第一连杆(2031)与所述斜杆(202)转动连接，所述第一连杆(2031)与所述羽***(204)固定连接，所述二级传动摇杆(501)两端分别与所述第一连杆(2031)和所述固定组件(1)连接，所述第二转动组件用于驱动所述羽***(204)相对于所述斜杆(202)转动。

2.根据权利要求1所述的仿生扑翼飞行机器人的自主折展变形翼，其特征在于，所述动力输出组件(3)包括：

驱动滑块(304)，设置在所述机身上；

平移组件，设置在所述机身上，所述平移组件用于驱动所述驱动滑块(304)前后移动；

输出连杆，两端分别与所述驱动滑块(304)以及所述一级传动连杆(401)转动连接。

3.根据权利要求2所述的仿生扑翼飞行机器人的自主折展变形翼，其特征在于，所述平移组件包括：

驱动电机(301)，设置在所述机身上；

驱动丝杆，转动连接于所述机身上，所述驱动丝杆沿前后方向延伸，所述驱动电机(301)用于驱动所述驱动丝杆转动，所述驱动丝杆与所述驱动滑块(304)螺纹配合。

4.根据权利要求3所述的仿生扑翼飞行机器人的自主折展变形翼，其特征在于，所述平移组件还包括：

滑块连接件(307)，与所述驱动滑块(304)转动连接，所述滑块连接件(307)与所述驱动丝杆同轴，所述滑块连接件(307)与所述输出连杆转动连接。

5.根据权利要求3所述的仿生扑翼飞行机器人的自主折展变形翼，其特征在于，所述平移组件还包括：

滑块导杆(308)，设置在所述机身上，所述滑块导杆(308)沿前后方向延伸，所述滑块导杆(308)与所述驱动滑块(304)滑动配合。

6.根据权利要求1所述的仿生扑翼飞行机器人的自主折展变形翼，其特征在于，所述第二转动组件还包括第二连杆(2032)，所述第一连杆(2031)有两根，每根所述第一连杆(2031)均固定连接有一个羽***(204)，两个所述第一连杆(2031)，所述第二连杆(2032)和所述斜杆(202)构成平面四杆机构。

7.根据权利要求6所述的仿生扑翼飞行机器人的自主折展变形翼，其特征在于，所述第二连杆(2032)有多根，多根所述第一连杆(2031)、多根所述第二连杆(2032)和所述斜杆(202)构成多个依次串联的平面四杆机构。

8.根据权利要求7所述的仿生扑翼飞行机器人的自主折展变形翼，其特征在于，所述固定组件(1)包括：

主杆(103)，连接所述摆杆，所述斜杆(202)与所述主杆(103)转动连接；

翼面(108)，与所述主杆(103)固定连接。

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