CN115675832B - 一种多段式空间四边形机翼骨架及仿生飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及仿生飞行器技术领域，具体涉及一种多段式空间四边形机翼骨架及仿生飞行器，所述多段式空间四边形机翼骨架包括至少两段骨架节段，相邻骨架节段之间为可转动的连接，在相邻骨架节段之间还铰接有伸缩杆，在骨架节段中，与仿生飞行器的机身相连的为内段骨架，内段骨架上设置有驱动器；还涉及一种仿生飞行器，包括如上的多段式空间四边形机翼骨架，仿生飞行器还包括机身，机身上安装有驱动电机，驱动电机与多段式空间四边形机翼骨架之间为传动连接，驱动电机用于使多段式空间四边形机翼骨架扭转。在本申请中，通过控制机翼的折叠展开、偏转、扭转，使得该仿生飞行器在无需舵面时，能实现飞行器的转向和俯仰功能，且转向控制更加灵活。

Description

一种多段式空间四边形机翼骨架及仿生飞行器

技术领域

本发明涉及仿生飞行器技术领域，具体涉及一种多段式空间四边形机翼骨架及仿生飞行器。

背景技术

仿生飞行器是一种模仿借鉴自然生物的飞行方式和控制体系，以及结合流体力学、材料力学和微***控制学等技术手段研制的人造飞行器。

仿生飞行器的隐蔽性以及能耗方面通常要优于传统固定翼和旋翼飞行器，所以广泛应用于军事、畜牧业、安防监控、巡检和救灾等各个领域。

就仿生飞行器而且，其核心是在于模仿鸟类的外形和飞行姿态，目前，现有的仿生飞行器多为扑翼机和固定翼无人机，扑翼机其机翼上下活动进行扑打，以实现仿生飞行器的飞行，虽然是达到了一定的伪装效果，但是在进一步的研究中，发现其依然还存在着不足，具体在于：其是通过机翼向下扑打和向上复位实现飞行动作，机翼向上复位，即便是机翼有所折叠，但是因为扑打频次要求，其展开和折断时间需要控制在较短时间内，以及制造工艺的限制，致使机翼向上复位的折叠状态依然具有较大的迎风面，所以，在复位过程中需要克服较大的空气阻力，导致其耗能高、载重差、飞行时间短；

另一方面，也是由于扑翼机动力是依赖于机翼的扑打动作，为了降低设计难度，以及确保机翼的可靠性，所以，目前扑翼机的机翼上通常只具有局部折叠点，以满足其折叠和展开动作，即机翼部分仅负责扑翼机的动力，扑翼机的转向以及各种飞行姿态的调整需要通过尾翼等其他结构来实现，所以，扑翼机通常结构较为复杂，自身重量也较重，所以载重能力并不理想。

对于固定翼式无人机，其机翼不可折叠，其通过动力***提供推力，通过机翼部分的空气动力学设计实现无人机的升力，虽然其机翼结构部分相较于扑翼机而言，结构得到了大幅的简化，并且能够有优异的载重和续航能力，但是其转向等动作姿态的调节更加依赖于尾翼部分，对于仿生式的固定翼式无人机，其虽然能够模仿部分鸟类的滑翔动作。

但是，如上述的，由于无人机飞行对尾翼部分强烈依赖，致使尾翼部分的设计更多的要侧重于空气动力学的设计，而仿真设计被弱化，特别是，目前为了满足空气动力学设计的尾翼结构，其结构形状与鸟类尾部形状差距较大，所以，导致目前的固定翼式无人机，其仿真效果并不理想。

所以，如上述的，目前的仿生飞行器设计中，在飞行器仿生效果上与飞行器动载重与巡航能力等动力学设计上难以得到良好协调，致使仿生飞行器仿生效果不好或者续航、载重能力受限，目前亟需设计一种既具有优异仿真效果，又具有良好空气动力学性能，确保优异载重能力和续航能力的仿生飞行器。

发明内容

本发明的目的在于：针对目前仿生飞行器仿生效果与飞行器载重与续航能力等动力学设计难以得到良好协调的不足，提供一种既具有优异仿真效果，又具有良好空气动力学性能，确保优异载重能力和续航能力的机翼骨架及仿生飞行器。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种多段式空间四边形机翼骨架，具有展开姿态和折叠姿态，所述多段式空间四边形机翼骨架包括至少两段骨架节段，相邻骨架节段之间为可转动的连接，

在相邻骨架节段之间还铰接有伸缩杆，所述伸缩杆伸缩用于控制相邻所述骨架节段之间的夹角大小，实现所述多段式空间四边形机翼骨架的展开姿态和折叠姿态的调节，

在所述骨架节段中，与仿生飞行器的机身相连的为内段骨架，所述内段骨架为平行四边形框架结构，所述平行四边形结构的各根相邻杆件之间为可转动的连接，

所述内段骨架上设置有驱动器，所述驱动器用于控制所述内段骨架内的相邻两根杆件所形成的夹角大小，

所述伸缩杆为可控式伸缩杆，所述可控式伸缩杆为液压油缸或者直线电机或者步进电机进行伸缩控制的伸缩杆，

所述驱动器与所述伸缩杆相配合，实现对所述多段式空间四边形机翼骨架沿折叠-展开平面内的偏转角度的调整。

作为本申请优先的技术方案，所述骨架节段还包括与所述内段骨架转动连接的中段骨架和与所述中段骨架转动连接的外段骨架，

所述伸缩杆包括第一伸缩杆和第二伸缩杆，所述第一伸缩杆铰接在所述内段骨架与中段骨架之间，所述第二伸缩杆铰接在所述中段骨架与外段骨架之间，

所述外段骨架为平行四边形结构，所述外段骨架的所述平行四边形结构的各根相邻杆件之间为可转动的连接，

所述第一伸缩杆和第二伸缩杆缩短时，所述多段式空间四边形机翼骨架折叠，所述第一伸缩杆和第二伸缩杆伸长时，所述多段式空间四边形机翼骨架展开。

作为本申请优先的技术方案，所述内段骨架、中段骨架和外段骨架上的前后梁均为工字形截面骨形梁结构，骨形梁的结构仿骨骼三维曲线设计。

作为本申请优先的技术方案，所述内段骨架包括第一内段工字形截面骨形梁、第二内段工字形截面骨形梁、内段内侧连接件和内段外侧连接件，所述内段内侧连接件和内段外侧连接件相对立；

所述中段骨架包括第一中段工字形截面骨形梁、第二中段工字形截面骨形梁、中段内侧连接件和中段外侧连接件，所述中段内侧连接件和中段外侧连接件相对立；

所述外段骨架包括第一外段工字形截面骨形梁、第二外段工字形截面骨形梁、外段内侧连接件和外段外侧连接件，所述外段内侧连接件和外段外侧连接件相对立；

且所述内段内侧连接件用于与飞行器的机身相配合。

作为本申请优先的技术方案，所述驱动器为机翼驱动电机，所述机翼驱动电机固定在所述内段内侧连接件上，所述机翼驱动电机的输出轴上设置有驱动齿轮，所述第一内段工字形截面骨形梁或第二内段工字形截面骨形梁上设置有配合部，所述配合部用于与所述驱动齿轮相啮合或相固定，使得所述驱动电机的输出轴带动所述驱动齿轮转动时，能使所述第一内段工字形截面骨形梁相对所述内段内侧连接件偏转。

作为本申请另一种优先的技术方案，所述内段骨架的两条邻边或所述中段骨架的两条邻边或所述外段骨架的两条邻边通过第三伸缩杆连接，所述第三伸缩杆具有伸缩功能，且通过使所述第一伸缩杆、第二伸缩杆和第三伸缩杆相配合进行伸缩，用于使所述多段式空间四边形机翼骨架折叠和偏转，且所述多段式空间四边形机翼骨架折叠时的转动轴与所述内段骨架所形成的四边形平面相垂直。

作为本申请优先的技术方案，所述内段骨架、中段骨架和外段骨架上的前后梁的表面均安装有仿生羽毛或柔性蒙皮。

作为本申请优先的技术方案，所述内段骨架和外段骨架均呈平行四边形结构，且所述内段外侧连接件的长度大于所述外段内侧连接件的长度。

作为本申请优先的技术方案，在所述多段式空间四边形机翼骨架水平放置时，所述第一内段工字形截面骨形梁、第一中段工字形截面骨形梁和第一外段工字形截面骨形梁均位于前侧，且所述第一内段工字形截面骨形梁的上表面所处的高度低于所述第二内段工字形截面骨形梁的上表面所处的高度，所述第一中段工字形截面骨形梁的上表面所处的高度低于所述第二中段工字形截面骨形梁的上表面所处的高度，所述第一外段工字形截面骨形梁的上表面所处的高度低于所述第二外段工字形截面骨形梁的上表面所处的高度。

作为本申请优先的技术方案，所述第一中段工字形截面骨形梁的上表面上设置有第一固定位，所述第二中段工字形截面骨形梁的上表面设置有第二固定位，在所述多段式空间四边形机翼骨架上安装仿生羽毛时，单根羽毛同时与所述第一固定位和第二固定位相固定，且所述羽毛上的位于所述第一固定位和第二固定位之间的区域为具有弹性的弹性段，且在所述多段式空间四边形机翼骨架由展开状转变成收拢状的过程中，单根所述羽毛所对应的第一固定位和第二固定位之间的距离逐渐缩短，且所述弹性段弯曲程度加深。

作为本申请优先的技术方案，所述第一内段工字形截面骨形梁和第一外段工字形截面骨形梁上的上表面上均设置有所述第三固定位，所述第二内段工字形截面骨形梁和第二外段工字形截面骨形梁上的上表面上均设置有所述第四固定位，在所述多段式空间四边形机翼骨架上安装仿生羽毛时，单根羽毛同时与所述第三固定位和第四固定位相固定，且位于所述内段骨架上的第三固定位和与其相配对的第四固定位之间的连线相平行于所述内段内侧连接件的长度方向，位于所述外段骨架上的第三固定位和与其相配对的第四固定位之间的连线相平行于所述外段内侧连接件的长度方向。

作为本申请优先的技术方案，所述第一内段工字形截面骨形梁和第一中段工字形截面骨形梁相配合呈M型，所述第一中段工字形截面骨形梁和第一外段工字形截面骨形梁相配合呈M型；所述第二内段工字形截面骨形梁和第二中段工字形截面骨形梁相配合呈M型，所述第二中段工字形截面骨形梁和第二外段工字形截面骨形梁相配合呈M型。

作为本申请优先的技术方案，所述第一内段工字形截面骨形梁上的靠近端部的厚度大于其中部的厚度，所述第二内段工字形截面骨形梁上的靠近端部的厚度大于其中部的厚度；所述第一中段工字形截面骨形梁上的靠近端部的厚度大于其中部的厚度，所述第二中段工字形截面骨形梁上的靠近端部的厚度大于其中部的厚度；所述第一外段工字形截面骨形梁上的靠近端部的厚度大于其中部的厚度，所述第二外段工字形截面骨形梁上的靠近端部的厚度大于其中部的厚度。

作为本申请优先的技术方案，所述内段外侧连接件的端部被所述第一内段工字形截面骨形梁的端部和所述第二内段工字形截面骨形梁的端部夹持，所述中段外侧连接件的端部被所述第一中段工字形截面骨形梁的端部和所述第二中段工字形截面骨形梁的端部夹持，所述外段外侧连接件的端部被所述第一外段工字形截面骨形梁的端部和所述第二外段工字形截面骨形梁的端部夹持；

所述内段外侧连接件上的两端部的横截面积大于其中部的横截面积，和/或，所述中段外侧连接件上的两端部的截面面积大于其中部的截面面积，和/或，所述外段外侧连接件上的两端部的截面面积大于其中部的截面面积。

一种仿生飞行器，包括如上所述的多段式空间四边形机翼骨架，所述仿生飞行器还包括机身，所述机身上安装有驱动电机，所述驱动电机与所述多段式空间四边形机翼骨架之间为传动连接，所述驱动电机用于使所述多段式空间四边形机翼骨架扭转，所述多段式空间四边形机翼骨架扭转的所在平面与所述多段式空间四边形机翼骨架的收缩-展开平面相垂直。

作为本申请优先的技术方案，所述驱动电机通过减速机构与所述多段式空间四边形机翼骨架相连，所述减速机构包括一级减速齿轮和二级减速齿轮，所述一级减速齿轮与所述驱动电机的输出轴相连，所述二级减速齿轮连接有翼身连接杆，所述翼身连接杆与所述多段式空间四边形机翼骨架相连，且所述一级减速齿轮与所述二级减速齿轮相啮合，所述一级减速齿轮的直径小于所述二级减速齿轮的直径。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、在本申请中，相对于固定翼飞行器，本申请的机翼骨架能够提供折叠、扭转和沿折叠-展开平面内的偏转，显著提升了机翼部分对飞行器飞行姿态的控制能力，首先是提高了飞行的空气动力学性能，由于机翼姿态的调整形式更加丰富，也能够更好地实现对鸟类飞行姿态的模仿，进一步提高了仿生飞行器的仿生效果；

特别的，在本申请中，由于机翼部分对飞行器飞行姿态控制能力的显著增加，也弱化了对尾翼部分的空气动力学设计要求，首先是降低了飞行器尾翼部分的设计难度，特别的，在进行尾翼部分的结构设计时，能够降低尾翼部分的空气动力学设计要求，进而能够将设计重点更多的偏向于仿生方面，使得尾翼部分做得更像鸟类尾部，进而大幅提高飞行器的仿生效果；

2、进一步的，在本申请中，在利用气流和螺旋桨向仿生飞行器提供动力的作用下，便于使仿生飞行器同时完成机翼的折叠、偏转和扭转功能，其机翼的运动形式更接近真实鸟类翅膀的运动形式，使得整个机翼运行更加平顺，稳定可靠；同时，还能使仿生飞行器在无需舵面时，能实现飞行器的转向和俯仰功能，且转向控制更加灵活，相对传统转向方式其效率更高，使得其仿生飞行器的飞行方式和转弯方式与自然界真实中大型鸟类的飞行机理差异降低，其仿生飞行器的仿生程度更高，隐蔽性更好；并且由于使用本申请的多段式空间四边形机翼骨架的仿生飞行器在飞行过程中无需拍打机翼，使得本申请所对应的仿生飞行器的能耗更低，飞行更加平稳，其仿生飞行器的载重和飞行续航时间均能大幅提升；

并且本申请的机翼骨架不仅能进行收缩和展开，同时还能沿折叠展开平面进行偏转，这两个动作的结合，使得机翼骨架能形成多种姿态，并且这两个动作是基于可变形的四边形结构、伸缩杆以及驱动器来实现的，同时在机翼骨架相对仿生飞行器的机身发生扭转的情况下，进一步丰富了机翼骨架的姿态，在机翼骨架具有多种可控的姿态时，能进一步提高该仿生飞行器的仿生程度，使其具有更好的隐蔽性；

3、同时该仿生飞行器的扭转控制轴在带动四边形机翼骨架进行扭转时，该多段式空间四边形机翼骨架能自身折叠和偏转，如此，无需再设置额外的连接件将机身与机翼连接以达到机翼相对机身在水平方向上发生偏转的目的，在后续对仿生飞行器的机翼进行维修更换时，只需将内段骨架从仿生飞行器的扭转控制轴上拆卸即可，如此，能提高机翼更换和维修的便利性；

4、在飞行器需要进行转向时，如在飞行器需要右转时，在使机翼扭转且飞行器处于平衡的前提下，通过将右侧机翼收拢，其中右侧机翼的收拢状态可处于未到达极点的状态，并将左侧机翼展开，使得右侧机翼上的对应中段骨架上的羽毛的上表面的弧度增大，如此，在飞行器飞行时，能使右侧机翼所获得的升力低于左侧机翼所获得的升力，使得左侧机翼被抬高，进而使得飞行器朝右侧倾斜，同时，在右侧机翼收拢时，其所对应的羽毛的上表面的弧度增大，使得在飞行器的前进方向上，其右侧机翼所受到的空气阻力增大，使得飞行器更易向右侧转向，进而更利于飞行器的转向，且在转向时无需舵面，使得飞行器的转向更加灵活；

5、在本申请另一种方案中，驱动电机驱动多段式空间四边形机翼骨架扭转，并且多段式空间四边形机翼骨架能自身收缩展开并能相对机身偏转，如此，通过控制机翼的折叠展开、偏转和扭转，使得该仿生飞行器在无需舵面时，使得飞行器得机翼具有多种任意可控的姿态，能实现飞行器的转向和俯仰功能，且转向控制更加灵活，相对传统转向方式其效率更高，且仿生飞行器的仿生程度更高，隐蔽性更好，同时其能耗更低，飞行更加平稳，其仿生飞行器的载重和飞行续航时间均能大幅提升。

附图说明

图1为本申请一种多段式空间四边形机翼骨架其中一种实施方式的结构示意图；

图2为本申请一种多段式空间四边形机翼骨架其中一种实施方式的结构示意图；

图3为本申请一种多段式空间四边形机翼骨架其中一种实施方式中的驱动器的结构示意图；

图4为本申请一种多段式空间四边形机翼骨架其中一种实施方式的结构示意图；

图5为本申请一种多段式空间四边形机翼骨架其中一种实施方式的结构示意图；

图6为本申请一种多段式空间四边形机翼骨架其中一种实施方式的结构示意图；

图7为本申请一种仿生飞行器其中一种实施方式的结构示意图；

图8为本申请一种仿生飞行器图7中A部分的放大结构示意图；

图中标示：1-内段骨架，2-中段骨架，3-外段骨架，4-第一伸缩杆，5-第二伸缩杆，6-第三伸缩杆，7-第一内段工字形截面骨形梁，8-第二内段工字形截面骨形梁，9-内段内侧连接件，10-内段外侧连接件，11-第一中段工字形截面骨形梁，12-第二中段工字形截面骨形梁，13-中段内侧连接件，14-中段外侧连接件，15-第一外段工字形截面骨形梁，16-第二外段工字形截面骨形梁，17-外段内侧连接件，18-外段外侧连接件，19-第一固定位，20-第二固定位，21-第三固定位，22-第四固定位，23-机身，24-驱动电机，25-一级减速齿轮，26-二级减速齿轮，101-驱动器，102-驱动齿轮，103-配合部。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，这类术语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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例一：

本实施例提供的一种多段式空间四边形机翼骨架，参见图1-图3所示，其具有展开姿态和折叠姿态，所述多段式空间四边形机翼骨架包括至少两段骨架节段，相邻骨架节段之间为可转动的连接，

在相邻骨架节段之间还铰接有伸缩杆，所述伸缩杆伸缩用于控制相邻所述骨架节段之间的夹角大小，实现所述多段式空间四边形机翼骨架的展开姿态和折叠姿态的调节，

在所述骨架节段中，与仿生飞行器的机身相连的为内段骨架1，所述内段骨架1为平行四边形框架结构，所述平行四边形结构的各根相邻杆件之间为可转动的连接，

所述内段骨架1上设置有驱动器101，所述驱动器101用于控制所述内段骨架1内的相邻两根杆件所形成的夹角大小，

所述伸缩杆为可控式伸缩杆，所述可控式伸缩杆为液压油缸或者直线电机或者步进电机进行伸缩控制的伸缩杆，

所述驱动器101与所述伸缩杆相配合，实现对所述多段式空间四边形机翼骨架沿折叠-展开平面内的偏转角度的调整。

在本申请中，在该多段式空间四边形机翼骨架与仿生飞行器相配合后，通过控制伸缩杆的伸缩，能使该多段式空间四边形机翼骨架能够折叠和展开，在实现机翼的折叠和展开功能时，只需将该内段骨架1的一侧与该仿生飞行器的机身相配合，具体的，使该内段骨架1的一根杆件与仿生飞行器的扭转控制轴固定连接，使得仿生飞行器上的扭转控制轴能在电机的驱动下发生转动，进而带动该多段式空间四边形机翼骨架整体扭转，以此实现仿生飞行器的机翼的扭转和折叠展开功能；在本申请中，在利用气流和螺旋桨向仿生飞行器提供动力的作用下，便于使仿生飞行器同时完成机翼的折叠、偏转和扭转功能，其机翼的运动形式更接近真实鸟类翅膀的运动形式，使得整个机翼运行更加平顺，稳定可靠；同时，还能使仿生飞行器在无需舵面时，能实现飞行器的转向和俯仰功能，且转向控制更加灵活，相对传统转向方式其效率更高，使得其仿生飞行器的飞行方式和转弯方式与自然界真实中大型鸟类的飞行机理差异降低，其仿生飞行器的仿生程度更高，隐蔽性更好；并且由于使用本申请的多段式空间四边形机翼骨架的仿生飞行器在飞行过程中无需拍打机翼，使得本申请所对应的仿生飞行器的能耗更低，飞行更加平稳，其仿生飞行器的载重和飞行续航时间均能大幅提升；

并且本申请的机翼骨架不仅能进行收缩和展开，同时还能沿折叠展开平面进行偏转，这两个动作的结合，使得机翼骨架能形成多种姿态，并且这两个动作是基于可变形的四边形结构、伸缩杆以及驱动器101来实现的，同时在机翼骨架相对仿生飞行器的机身发生扭转的情况下，进一步丰富了机翼骨架的姿态，在机翼骨架具有多种可控的姿态时，能进一步提高该仿生飞行器的仿生程度，使其具有更好的隐蔽性；

同时该仿生飞行器的扭转控制轴在带动四边形机翼骨架进行扭转时，该多段式空间四边形机翼骨架能自身折叠和偏转，如此，无需再设置额外的连接件将机身与机翼连接以达到机翼相对机身在水平方向上发生偏转的目的，在后续对仿生飞行器的机翼进行维修更换时，只需将内段骨架1从仿生飞行器的扭转控制轴上拆卸即可，如此，能提高机翼更换和维修的便利性。

在本申请中，相对于固定翼飞行器，本申请的机翼骨架能够提供折叠、扭转和沿折叠-展开平面内的偏转，显著提升了机翼部分对飞行器飞行姿态的控制能力，首先是提高了飞行的空气动力学性能，由于机翼姿态的调整形式更加丰富，也能够更好地实现对鸟类飞行姿态的模仿，进一步提高了仿生飞行器的仿生效果；

特别的，在本申请中，由于机翼部分对飞行器飞行姿态控制能力的显著增加，也弱化了对尾翼部分的空气动力学设计要求，首先是降低了飞行器尾翼部分的设计难度，特别的，在进行尾翼部分的结构设计时，能够降低尾翼部分的空气动力学设计要求，进而能够将设计重点更多的偏向于仿生方面，使得尾翼部分做得更像鸟类尾部，进而大幅提高飞行器的仿生效果。

作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，所述骨架节段还包括与所述内段骨架1转动连接的中段骨架2和与所述中段骨架2转动连接的外段骨架3，

所述伸缩杆包括第一伸缩杆4和第二伸缩杆5，所述第一伸缩杆4铰接在所述内段骨架1与中段骨架2之间，所述第二伸缩杆5铰接在所述中段骨架2与外段骨架3之间，

所述外段骨架3为平行四边形结构，所述外段骨架3的所述平行四边形结构的各根相邻杆件之间为可转动的连接，

所述第一伸缩杆4和第二伸缩杆5缩短时，所述多段式空间四边形机翼骨架折叠，所述第一伸缩杆4和第二伸缩杆5伸长时，所述多段式空间四边形机翼骨架展开。

进一步的，通过控制驱动器101、第一伸缩杆4和第二伸缩杆5，在调节机翼骨架的收缩和展开时，便于调整机翼的掠角进行调整，在飞行过程中，以便使机翼处于更好的飞行姿态,并且提高了对机翼骨架姿态进行调节的便利性。

作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，所述内段骨架1、中段骨架2和外段骨架3上的前后梁均为工字形截面骨形梁结构，骨形梁的结构仿骨骼三维曲线设计。

进一步的，使内段骨架1、中段骨架2和外段骨架3上的前后梁均设置成工字形截面骨形梁结构，并且骨形梁的结构仿骨骼三维曲线设计，具体的，骨形梁在横截面上为工字形，骨形梁包括腹板、上缘条和下缘条，其中，上缘条和下缘条均以受拉和受压的方式承受弯矩载荷，腹板以受剪的方式传递切向载荷，以此提高骨形梁的结构强度。

作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，所述内段骨架1包括第一内段工字形截面骨形梁7、第二内段工字形截面骨形梁8、内段内侧连接件9和内段外侧连接件10，所述内段内侧连接件9和内段外侧连接件10相对立；

所述中段骨架2包括第一中段工字形截面骨形梁11、第二中段工字形截面骨形梁12、中段内侧连接件13和中段外侧连接件14，所述中段内侧连接件13和中段外侧连接件14相对立；

所述外段骨架3包括第一外段工字形截面骨形梁15、第二外段工字形截面骨形梁16、外段内侧连接件17和外段外侧连接件18，所述外段内侧连接件17和外段外侧连接件18相对立；

且所述内段内侧连接件9用于与飞行器的机身相配合。

进一步的，内段内侧连接件9与飞行器的机身相配合，在具体的实施过程中，内段内侧连接件9与机身上的扭转控制轴相连接，如此，以便在控制第一伸缩杆4、第二伸缩杆5和驱动器101时，使整个机翼在水平方向上相对机身偏移。

作为本申请优先的技术方案，所述驱动器101为机翼驱动电机，所述机翼驱动电机固定在所述内段内侧连接件9上，所述机翼驱动电机的输出轴上设置有驱动齿轮102，所述第一内段工字形截面骨形梁7或第二内段工字形截面骨形梁8上设置有配合部103，所述配合部103用于与所述驱动齿轮102相啮合或相固定，使得所述驱动电机的输出轴带动所述驱动齿轮102转动时，能使所述第一内段工字形截面骨形梁7相对所述内段内侧连接件9偏转。

实施例二：

在实施例一技术方案的基础上，进一步的，参见图4和图5所示，所述内段骨架1的两条邻边或所述中段骨架2的两条邻边或所述外段骨架3的两条邻边通过第三伸缩杆6连接，所述第三伸缩杆6具有伸缩功能，且通过使所述第一伸缩杆4、第二伸缩杆5和第三伸缩杆6相配合进行伸缩，用于使所述多段式空间四边形机翼骨架折叠和偏转，且所述多段式空间四边形机翼骨架折叠时的转动轴与所述内段骨架1所形成的四边形平面相垂直。

通过设置第三伸缩杆6，在第三伸缩杆6配合第一伸缩杆4和第二伸缩杆5对机翼进行折叠展开调节时，第三伸缩杆6还能加强机翼骨架的整体结构强度，从而能进一步提高机翼骨架的稳定性。

实施例三：

在实施例一技术方案的基础上，进一步的，参见图1、图2和图6所示，所述内段骨架1、中段骨架2和外段骨架3上的前后梁的表面均安装有仿生羽毛或柔性蒙皮。

在内段骨架1、中段骨架2和外段骨架3上的前后梁的表面均安装仿生羽毛或者柔性蒙皮，以此使机翼骨架带动仿生羽毛或柔性蒙皮活动，利于飞行器的飞行。

作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，所述内段外侧连接件10的长度大于所述外段内侧连接件17的长度。

进一步的，使内段外侧连接件10的长度大于外段内侧连接件17的长度，在本申请中，内段骨架1和外段骨架3均呈平行四边形结构，中段骨架2为非平行四边形结构，在机翼进行折叠或展开的过程中，呈非平行四边形结构的中段骨架2的各边也发生活动，在中段骨架2上，会出现第二中段工字形截面骨形梁12的一侧相抵于第二中段工字形截面骨形梁12的情况，从而能够限制中段骨架2的活动范围，进而限制整个机翼骨架的活动范围，以此能够提高整个机翼在飞行作业时的稳定性；并且在实际操作过程中，通过使内段外侧连接件10的长度与外段内侧连接件17的长度呈不同的比例，具体的，可通过对中段外侧连接件14、外段内侧连接件17和外段外侧连接件18的型号进行更换，以改变中段外侧连接件14、外段内侧连接件17和外段外侧连接件18的长度，以此调整机翼骨架的伸展收缩的活动范围，进而提高了飞行器飞行时的安全性。

作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，在所述多段式空间四边形机翼骨架水平放置时，所述第一内段工字形截面骨形梁7、第一中段工字形截面骨形梁11和第一外段工字形截面骨形梁15均位于前侧，且所述第一内段工字形截面骨形梁7的上表面所处的高度低于所述第二内段工字形截面骨形梁8的上表面所处的高度，所述第一中段工字形截面骨形梁11的上表面所处的高度低于所述第二中段工字形截面骨形梁12的上表面所处的高度，所述第一外段工字形截面骨形梁15的上表面所处的高度低于所述第二外段工字形截面骨形梁16的上表面所处的高度。

进一步的，在多段式空间四边形机翼骨架水平放置时，即内段骨架1和外段骨架3转动时的转动轴在竖直方向上，通过使机翼骨架的前梁上表面所处的高度低于各自所对应的后梁上表面所处的高度，在机翼骨架上安装仿生羽毛或柔性蒙皮后，能使机翼的上表面呈弧形面，在具体的实施过程中，通过对机翼骨架的前梁上表面所处的高度和其前梁所对应的后梁上表面所处的高度进行调节，以便机翼上表面的弧形面更符合空气动力学，在飞行器飞行过程中，能够减小风阻，利于飞行器获得更大的升力，以此降低飞行器飞行的能耗，提高飞行效率。

实施例四：

在实施例三技术方案的基础上，进一步的，所述第一中段工字形截面骨形梁11的上表面上设置有第一固定位19，参见图6所示，所述第二中段工字形截面骨形梁12的上表面设置有第二固定位20，在所述多段式空间四边形机翼骨架上安装仿生羽毛时，单根羽毛同时与所述第一固定位19和第二固定位20相固定，且所述羽毛上的位于所述第一固定位19和第二固定位20之间的区域为具有弹性的弹性段，且在所述多段式空间四边形机翼骨架由展开状转变成收拢状的过程中，单根所述羽毛所对应的第一固定位19和第二固定位20之间的距离逐渐缩短，且所述弹性段弯曲程度加深。

进一步的，通过设置第一固定位19和第二固定位20，在该多段式空间四边形机翼骨架上安装仿生羽毛时，使得单根羽毛同时固定在第一固定位19和第二固定位20上，提高了羽毛固定在机翼骨架上的稳固性；同时，由于第一固定位19和第二固定位20所处的高度不同，在羽毛被第一固定位19和第二固定位20固定时，羽毛上的处于第一固定位19和第二固定位20之间的部分呈弧形，在该多段式空间四边形机翼骨架展开时，其弧形的弧度能使飞行器具有较佳的飞行效果，具体的，可在飞行器的制造过程中对第一中段工字形截面骨形梁11上表面所处的高度和第二中段工字形截面骨形梁12上表面所处的高度进行限定，使得在机翼展开时，使位于中段骨架2上的羽毛的弧度更利于飞行器的飞行，在本申请中，在多段式空间四边形机翼骨架由展开状转变成收拢状的过程中，其单根羽毛所对应的第一固定位19和第二固定位20之间的距离逐渐缩短，同时羽毛上的位于第一固定位19和第二固定位20之间的区域为具有弹性的弹性段，在弹性段具有一定强度的同时，其羽毛上的弹性段的弯曲程度加深，使得羽毛所对应的第一固定位19和第二固定位20之间的区域的弧形弯曲程度进一步加深；

在飞行器需要进行转向时，例如在飞行器需要右转时，在使机翼扭转且飞行器处于平衡的前提下，通过将右侧机翼收拢，其中右侧机翼的收拢状态可处于未到达极点的状态，并将左侧机翼展开，使得右侧机翼上的对应中段骨架2上的羽毛的上表面的弧度增大，如此，在飞行器飞行时，能使右侧机翼所获得的升力低于左侧机翼所获得的升力，使得左侧机翼被抬高，进而使得飞行器朝右侧倾斜，同时，在右侧机翼收拢时，其所对应的羽毛的上表面的弧度增大，使得在飞行器的前进方向上，其右侧机翼所受到的空气阻力增大，使得飞行器更易向右侧转向，进而更利于飞行器的转向，且在转向时无需舵面，使得飞行器的转向更加灵活。

作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，所述第一内段工字形截面骨形梁7和第一外段工字形截面骨形梁15上的上表面上均设置有所述第三固定位21，所述第二内段工字形截面骨形梁8和第二外段工字形截面骨形梁16上的上表面上均设置有所述第四固定位22，在所述多段式空间四边形机翼骨架上安装仿生羽毛时，单根羽毛同时与所述第三固定位21和第四固定位22相固定，且位于所述内段骨架1上的第三固定位21和与其相配对的第四固定位22之间的连线相平行于所述内段内侧连接件9的长度方向，位于所述外段骨架3上的第三固定位21和与其相配对的第四固定位22之间的连线相平行于所述外段内侧连接件17的长度方向。

进一步的，通过设置第三固定位21和第四固定位22，使得在内段骨架1和外段骨架3上安装仿生羽毛时，其安装在内段骨架1上的仿生羽毛的长度方向与内段内侧连接件9的长度方向同向，其安装在外段骨架3上的仿生羽毛的长度方向与外段内侧连接件17的长度方向同向，使得在机翼骨架展开和折叠时，其内段骨架1上的第三固定位21和与之所对应的第四固定位22之间的距离不变，外段骨架3上的第三固定位21和与之所对应的第四固定位22之间的距离不变，使得位于内段骨架1上的和位于外段骨架3上的仿生羽毛弯曲弧度不变，如此能保障仿生羽毛的强度，并且，其弧度保持不变的仿生羽毛位于机翼的内侧和外侧，其弧度能变化的仿生羽毛位于机翼的中部，在利于飞行器飞行转向的同时，还提高了仿生羽毛设置的稳定性。

作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，所述第一内段工字形截面骨形梁7和第一中段工字形截面骨形梁11相配合呈M型，所述第一中段工字形截面骨形梁11和第一外段工字形截面骨形梁15相配合呈M型；所述第二内段工字形截面骨形梁8和第二中段工字形截面骨形梁12相配合呈M型，所述第二中段工字形截面骨形梁12和第二外段工字形截面骨形梁16相配合呈M型。

作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，所述第一内段工字形截面骨形梁7上的靠近端部的厚度大于其中部的厚度，所述第二内段工字形截面骨形梁8上的靠近端部的厚度大于其中部的厚度；所述第一中段工字形截面骨形梁11上的靠近端部的厚度大于其中部的厚度，所述第二中段工字形截面骨形梁12上的靠近端部的厚度大于其中部的厚度；所述第一外段工字形截面骨形梁15上的靠近端部的厚度大于其中部的厚度，所述第二外段工字形截面骨形梁16上的靠近端部的厚度大于其中部的厚度。

作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，所述内段外侧连接件10的端部被所述第一内段工字形截面骨形梁7的端部和所述第二内段工字形截面骨形梁8的端部夹持，所述中段外侧连接件14的端部被所述第一中段工字形截面骨形梁11的端部和所述第二中段工字形截面骨形梁12的端部夹持，所述外段外侧连接件18的端部被所述第一外段工字形截面骨形梁15的端部和所述第二外段工字形截面骨形梁16的端部夹持；

所述内段外侧连接件10上的两端部的横截面积大于其中部的横截面积，和/或，所述中段外侧连接件14上的两端部的截面面积大于其中部的截面面积，和/或，所述外段外侧连接件18上的两端部的截面面积大于其中部的截面面积。

使两空间四边形在相对转动过程中接触面积更大，通过关节来传递翼粱上的力矩，分散关节处的集中受力，同时内段外侧连接件10和中段外侧连接件14可支撑两相邻工字形截面骨形梁的关节，防止螺栓连接时或翼粱折叠时变形，从而增强该多段式空间四边形机翼骨架的关节处的结构强度。

实施例五：

一种仿生飞行器，包括如上所述的多段式空间四边形机翼骨架，参见图7和图8所示，所述仿生飞行器还包括机身23，所述机身23上安装有驱动电机24，所述驱动电机24与所述多段式空间四边形机翼骨架之间为传动连接，所述驱动电机24用于使所述多段式空间四边形机翼骨架扭转，所述多段式空间四边形机翼骨架扭转的所在平面与所述多段式空间四边形机翼骨架的收缩-展开平面相垂直。

在本申请中，驱动电机24驱动多段式空间四边形机翼骨架扭转，并且多段式空间四边形机翼骨架能自身收缩展开并能相对机身23偏转，如此，通过控制机翼的折叠展开、偏转和扭转，使得该仿生飞行器在无需舵面时，使得飞行器得机翼具有多种任意可控的姿态，能实现飞行器的转向和俯仰功能，且转向控制更加灵活，相对传统转向方式其效率更高，且仿生飞行器的仿生程度更高，隐蔽性更好，同时其能耗更低，飞行更加平稳，其仿生飞行器的载重和飞行续航时间均能大幅提升。

在本申请中，仿生飞行器的飞行动力是由气流和螺旋桨提供，其螺旋桨设置在仿生飞行器上的方式为现有技术，故不在此赘述。

作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，所述驱动电机24通过减速机构与所述多段式空间四边形机翼骨架相连，所述减速机构包括一级减速齿轮25和二级减速齿轮26，所述一级减速齿轮25与所述驱动电机24的输出轴相连，所述二级减速齿轮26连接有翼身连接杆，所述翼身连接杆与所述多段式空间四边形机翼骨架相连，且所述一级减速齿轮25与所述二级减速齿轮26相啮合，所述一级减速齿轮25的直径小于所述二级减速齿轮26的直径。

进一步的，通过设置减速机构，以降低从驱动电机24的输出轴传递到多段式空间四边形机翼骨架的转动速度，以此能通过驱动电机24更精准地控制整段机翼骨架地扭转，以便控制仿生飞行器的俯仰。

以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种多段式空间四边形机翼骨架，具有展开姿态和折叠姿态，其特征在于：所述多段式空间四边形机翼骨架包括至少两段骨架节段，相邻骨架节段之间为可转动的连接，

在相邻骨架节段之间还铰接有伸缩杆，所述伸缩杆伸缩用于控制相邻所述骨架节段之间的夹角大小，实现所述多段式空间四边形机翼骨架的展开姿态和折叠姿态的调节，

在所述骨架节段中，与仿生飞行器的机身相连的为内段骨架，所述内段骨架为平行四边形框架结构，平行四边形结构的各根相邻杆件之间为可转动的连接，

所述内段骨架上设置有驱动器，所述驱动器用于控制所述内段骨架内的相邻两根杆件所形成的夹角大小，

所述伸缩杆为可控式伸缩杆，所述可控式伸缩杆为液压油缸或者直线电机或者步进电机进行伸缩控制的伸缩杆，

所述驱动器与所述伸缩杆相配合，实现对所述多段式空间四边形机翼骨架沿折叠-展开平面内的偏转角度的调整；

所述骨架节段还包括与所述内段骨架转动连接的中段骨架和与所述中段骨架转动连接的外段骨架，

所述伸缩杆包括第一伸缩杆和第二伸缩杆，所述第一伸缩杆铰接在所述内段骨架与中段骨架之间，所述第二伸缩杆铰接在所述中段骨架与外段骨架之间，

所述外段骨架为平行四边形结构，所述外段骨架的所述平行四边形结构的各根相邻杆件之间为可转动的连接，

所述第一伸缩杆和第二伸缩杆缩短时，所述多段式空间四边形机翼骨架折叠，所述第一伸缩杆和第二伸缩杆伸长时，所述多段式空间四边形机翼骨架展开；

所述内段骨架、中段骨架和外段骨架上的前后梁均为工字形截面骨形梁结构，骨形梁的结构仿骨骼三维曲线设计；

所述内段骨架包括第一内段工字形截面骨形梁、第二内段工字形截面骨形梁、内段内侧连接件和内段外侧连接件，所述内段内侧连接件和内段外侧连接件相对立；

所述中段骨架包括第一中段工字形截面骨形梁、第二中段工字形截面骨形梁、中段内侧连接件和中段外侧连接件，所述中段内侧连接件和中段外侧连接件相对立；

所述外段骨架包括第一外段工字形截面骨形梁、第二外段工字形截面骨形梁、外段内侧连接件和外段外侧连接件，所述外段内侧连接件和外段外侧连接件相对立；

且所述内段内侧连接件用于与飞行器的机身相配合；

所述驱动器为机翼驱动电机，所述机翼驱动电机固定在所述内段内侧连接件上，所述机翼驱动电机的输出轴上设置有驱动齿轮，所述第一内段工字形截面骨形梁或第二内段工字形截面骨形梁上设置有配合部，所述配合部用于与所述驱动齿轮相啮合或相固定，使得所述驱动电机的输出轴带动所述驱动齿轮转动时，能使所述第一内段工字形截面骨形梁相对所述内段内侧连接件偏转。

2.如权利要求1所述的一种多段式空间四边形机翼骨架，其特征在于：所述内段骨架、中段骨架和外段骨架上的前后梁的表面均安装有仿生羽毛或柔性蒙皮。

3.如权利要求2所述的一种多段式空间四边形机翼骨架，其特征在于：所述内段外侧连接件的长度大于所述外段内侧连接件的长度。

4.如权利要求3所述的一种多段式空间四边形机翼骨架，其特征在于：在所述多段式空间四边形机翼骨架水平放置时，所述第一内段工字形截面骨形梁、第一中段工字形截面骨形梁和第一外段工字形截面骨形梁均位于前侧，且所述第一内段工字形截面骨形梁的上表面所处的高度低于所述第二内段工字形截面骨形梁的上表面所处的高度，所述第一中段工字形截面骨形梁的上表面所处的高度低于所述第二中段工字形截面骨形梁的上表面所处的高度，所述第一外段工字形截面骨形梁的上表面所处的高度低于所述第二外段工字形截面骨形梁的上表面所处的高度。

5.如权利要求4所述的一种多段式空间四边形机翼骨架，其特征在于：所述第一中段工字形截面骨形梁的上表面上设置有第一固定位，所述第二中段工字形截面骨形梁的上表面设置有第二固定位，在所述多段式空间四边形机翼骨架上安装仿生羽毛时，单根羽毛同时与所述第一固定位和第二固定位相固定，且所述羽毛上的位于所述第一固定位和第二固定位之间的区域为具有弹性的弹性段，且在所述多段式空间四边形机翼骨架由展开状转变成收拢状的过程中，单根所述羽毛所对应的第一固定位和第二固定位之间的距离逐渐缩短，且所述弹性段弯曲程度加深。

6.如权利要求5所述的一种多段式空间四边形机翼骨架，其特征在于：所述第一内段工字形截面骨形梁上的靠近端部的厚度大于其中部的厚度，所述第二内段工字形截面骨形梁上的靠近端部的厚度大于其中部的厚度；所述第一中段工字形截面骨形梁上的靠近端部的厚度大于其中部的厚度，所述第二中段工字形截面骨形梁上的靠近端部的厚度大于其中部的厚度；所述第一外段工字形截面骨形梁上的靠近端部的厚度大于其中部的厚度，所述第二外段工字形截面骨形梁上的靠近端部的厚度大于其中部的厚度。

7.一种仿生飞行器，其特征在于：包括如权利要求1-6任一项所述的多段式空间四边形机翼骨架，所述仿生飞行器还包括机身，所述机身上安装有驱动电机，所述驱动电机与所述多段式空间四边形机翼骨架之间为传动连接，所述驱动电机用于使所述多段式空间四边形机翼骨架扭转，所述多段式空间四边形机翼骨架扭转的所在平面与所述多段式空间四边形机翼骨架的收缩-展开平面相垂直。

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