CN117585211A - 一种仿鸟扑翼飞行器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种仿鸟扑翼飞行器,包括机械爪、尾翼机构、驱动结构、机架机构、两个扭转机构、两个扑动翼和两个主翼变形机构。本发明采用扭转机构来改变扑翼的迎角,在空气动力学上,符合上扑阻力小于下扑阻力。扑动翼上扑时,主翼变形机构中两连杆夹角为150°,主翼面积最小,受风面积最小,从而降低上扑过程中产生的负升力;扑动翼下扑时,主翼变形机构中两连杆夹角为90°,主翼面积最大,受风面积最大,增加下扑过程中产生的升力。并且,利用尾翼结构控制尾翼的偏转,使扑翼飞行器飞行姿态更利于操作和控制。此外本发明提供的仿鸟扑翼飞行器,结构简单紧密,可以实现完全对称的扑翼运动。
Description
技术领域
本发明涉及扑翼飞行器技术领域,具体为一种仿鸟扑翼飞行器。
背景技术
仿生扑翼飞行器是一种基于仿生学原理、模仿自然界飞行生物的飞行器。与传统的固定翼和旋翼飞行器相比,扑翼飞行器具有更高的机动性和灵活性,可以在狭小的空间内进行良好的飞行,并且具有更高的推进效率和更好的安全性。此外,扑翼飞行器在飞行时噪音较小,具有更好的隐蔽性,并且具有更广泛的应用场景。因此,扑翼飞行器已成为未来无人机飞行器领域研究的热点。
目前,国内外对扑翼飞行器的研究正在有序进行。然而,这些研究大多数停留在实验室阶段,或者没有进行完整的测试和研究,现有的扑翼飞行器结构复杂,不利于推广使用,而且大多数机构都是单自由度,运动形式单一,无法保证飞行的稳定性和灵活性。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足,本发明提供了一种仿鸟扑翼飞行器,解决了上述背景技术中提出的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:一种仿鸟扑翼飞行器,包括驱动机构、机架机构、扭转机构、扑动翼和主翼变形机构;
其中,所述机架架构包括前置台、右机臂、左机臂、前机身、尾翼固定板,所述前置台、前机身和尾翼固定板在轴线上依次连接且呈一体结构,与轴线的垂直方向上,所述右机臂和左机臂与所述前机身连接且呈一体结构,所述右机臂和左机臂在远离轴线的方向上依次设有摇杆安装槽口和圆锥孔;
所述驱动机构包括无刷电机、齿轮减速组、固定板和凸轮,两个所述固定板固定在所述前机身上,所述无刷电机的后端通过电机固定机架固定在一侧的固定板上,所述无刷电机的输出端通过齿轮减速组与所述凸轮连接;
两个所述扭转机构分别固定在所述驱动机构的两侧,所述扭转机构包括舵机、舵机臂、同步杆、连杆、扭转连杆和扑动杆,所述扑动杆的一端设有与所述扑动杆垂直的圆柱块,在远离所述扑动杆的一端,所述圆柱块的一端通过拉力弹簧与所述固定板连接,在靠近所述扑动杆的一端,所述圆柱块通过凸轮推杆与所述凸轮接触,所述舵机通过舵机固定支架固定在所述前机身上,所述舵机的输出端设有所述舵机臂,所述同步杆贯穿所述舵机臂与所述连杆连接,所述连杆与所述扭动连杆铰接,所述扭动连杆贯穿所述扑动杆上的凹槽抵接在所述圆锥孔内;
所述扑动翼包括主翼支杆、次翼支杆和摇杆,所述主翼支杆的一端与所述扑动杆连接,所述主翼支杆的另一端与所述次翼支杆铰接,所述次翼支杆上设有与所述次翼支杆呈一定角度的摇杆支架,所述摇杆的一端设有与轴线平行的凸起且与所述摇杆安装槽口滑动连接,所述摇杆的另一端和所述摇杆支架铰接;
所述主翼变形机构固定在所述主翼支杆上。
优选的,所述齿轮减速组包括电机齿轮、三联齿轮和双联齿轮,所述三联齿轮包括大齿轮、左侧小齿轮和右侧小齿轮,所述大齿轮、左侧小齿轮和右侧小齿轮通过连接轴同轴连接,所述双联齿轮包括左侧大齿轮和右侧大齿轮,所述左侧大齿轮和右侧大齿轮通过固定轴同轴连接,所述电极齿轮与所述无刷电机的输出端连接,所述电极齿轮与所述三联齿轮的大齿轮啮合,所述左侧小齿轮与所述左侧大齿轮啮合,所述右侧小齿轮与所述右侧大齿轮啮合,所述左侧大齿轮和右侧大齿轮上分别与所述凸轮固定。
优选的,所述左侧小齿轮与所述右侧小齿轮的齿数相同。
优选的,所述左侧大齿轮与所述右侧大齿轮的齿数相同。
优选的,所述仿鸟扑翼飞行器还包括机械爪,所述机械抓包括六角螺栓、缓冲块、上调整件、弹簧、中心杆、下调整件和爪头,缓冲块上设有贯穿的两个接孔,所述缓冲块的一端通过所述六角螺栓与所述前机身铰接,所述缓冲块的另一端与所述上连接件连接,所述弹簧的两端分别与所述上调整件和下调整件连接,所述中心杆位于所述弹簧的内部且与所述下调整件连接,所述下调整件上设有均匀分布的凸片,所述爪头与所述凸片连接。
优选的,所述仿鸟扑翼飞行器还包括尾翼机构,所述尾翼机构包括尾翼前舵机、尾翼连杆、尾翼后舵机、尾翼板、尾翼后舵机板和尾翼前舵机板,所述尾翼前舵机通过所述尾翼前舵机板固定在所述尾翼固定板上,所述尾翼后舵机固定在所述尾翼后舵机板上,所述尾翼前舵机的舵机臂通过所述尾翼连杆与所述尾翼后舵机板连接,所述尾翼后舵机的舵机臂与所述尾翼板连接。
优选的,所述主翼变形机构包括电机和依次铰接的第一连杆、第二连杆和第三连杆,所述电机固定在所述主翼支杆上,所述第一连杆与所述电机铰接,所述第三连杆与所述主翼支杆铰接。
(三)有益效果
本发明提供了一种仿鸟扑翼飞行器,具备以下有益效果:
1、本方案提供的仿鸟扑翼飞行器,采用舵机控制扭转连杆来改变扑翼的迎角,在空气动力学上,符合上扑阻力小于下扑阻力。扑动翼上扑时,主翼变形机构中两连杆夹角为150度,主翼面积最小,受风面积最小,从而降低上扑过程中产生的负升力;扑动翼下扑时,主翼变形机构中两连杆夹角为90度,主翼面积最大,受风面积最大,增加下扑过程中产生的升力。并且,利用两台舵机控制尾翼的偏转,使扑翼飞行器飞行姿态更利于操作和控制。此外,本方案提供的仿鸟扑翼飞行器,结构简单紧密,可以实现完全对称的扑翼运动。
2、本方案提供的仿鸟扑翼飞行器可在模型、航拍监控、情报搜集、灾难搜救、机场驱鸟等领域使用。
附图说明
图1为本发明的仿鸟扑翼飞行器总体结构示意图;
图2为本发明的仿鸟扑翼飞行器的机械爪结构示意图;
图3为本发明的仿鸟扑翼飞行器的尾翼机构结构示意图;
图4为本发明的仿鸟扑翼飞行器的驱动机构结构示意图;
图5为本发明的仿鸟扑翼飞行器的机架机构结构示意图;
图6为本发明的仿鸟扑翼飞行器的扭转机构结构示意图;
图7为本发明的扭转机构的扑动杆结构示意图;
图8为本发明的仿鸟扑翼飞行器的单侧扑动翼结构示意图;
图9为本发明的仿鸟扑翼飞行器的单侧主翼变形机构结构示意图。
图中:1、机械爪;2、尾翼机构;3、驱动结构;4、机架机构;5、扭转机构;6、扑动翼;7、主翼变形机构;101、六角螺栓;102、缓冲块;103、上调整件;104、弹簧;105、中心杆;106、下调整件;107、爪头;108、凸片;201、尾翼前舵机;202、尾翼连杆;203、尾翼后舵机;204、尾翼板、205、尾翼后舵机板、206、尾翼前舵机板;301、固定板;302、连接轴;303、左侧小齿轮;304、凸轮;305、固定轴;306、右侧大齿轮;307、大齿轮;308、左侧大齿轮;309、无刷电机;310、右侧小齿轮;311、电机固定机架;312、电机齿轮;401、前置台;402、右机臂;403、左机臂;404、机前身;405、尾翼固定板;406、摇杆安装槽口;407、圆锥孔;408、尾翼后舵机板安装孔;409、机械爪安装孔;501、舵机固定支架;502、舵机;503、舵机臂;504、同步杆;505、连杆;506、扭转连杆;507、扑动杆;5071、圆柱块、5072、凹槽;5073、固定孔;5074、***孔;508、凸轮推杆;509、开口销;510、拉力弹簧;601、主翼支杆;602、次翼支杆;603、摇杆;604、摇杆支架;701、电机;702、第一连杆;703、第二连杆、704、第三连杆。
具体实施方式
本发明实施例提供一种仿鸟扑翼飞行器,如图1所示,包括机械爪1、尾翼机构2、驱动结构3、机架机构4、两个扭转机构5、两个扑动翼6和两个主翼变形机构7。
如图2所示,机械爪1包括六角螺栓101、缓冲块102、上调整件103、弹簧104、中心杆105、下调整件106和爪头107,缓冲块102上设有贯穿的两个接孔,缓冲块102的一端通过六角螺栓101与机架机构4的前机身404铰接,缓冲块102的另一端与上连接件103连接,上连接件103的上方设有与机架机构4平行的凸起,用于支撑机架机构4,保证仿鸟扑翼飞行器的稳定性,弹簧104的两端分别与上调整件103和下调整件106连接,中心杆105位于弹簧104的内部且与下调整件106连接,下调整件106上设有均匀分布的凸片108,爪头107与凸片108连接。通过设置机械爪1,使仿鸟扑翼飞行器在降落或停靠时,缓冲块102能起到减缓冲击力的作用,同时冲击力还能通过上调整件103、弹簧104和下调整件106再次进行吸收,在弹簧104的内部设有中心杆105是为了防止冲击力过大致使弹簧变形,与下调整件106连接的爪头107能够增大与地面的接触面积,减少下落产生的冲击力,在配合弹簧收缩保证仿鸟扑翼飞行器具备稳定降落的功能,提高仿鸟扑翼飞行器的稳定性和安全性。
如图3所示,尾翼机构2包括尾翼前舵机201、尾翼连杆202、尾翼后舵机203、尾翼板204、尾翼后舵机板205和尾翼前舵机板206,尾翼前舵机201通过尾翼前舵机板206固定在机架机构4的尾翼固定板405上,尾翼后舵机203固定在尾翼后舵机板205上,尾翼前舵机201的舵机臂通过尾翼连杆202与尾翼后舵机板205连接,尾翼后舵机203的舵机臂与尾翼板204连接。本实施例的尾翼结构2通过尾翼前舵机201可实现尾翼板204的上下摆动,从而灵活调整飞行器的俯仰姿态,通过尾翼后舵机203可实现尾翼板204的左右偏转,实现飞行器的偏转和转向。同时为了模仿鸟类的生理结构,减小风阻,灵活转向,尾翼板204采用镂空结构并加上一层覆膜,能较好的减小风阻,便于飞行器姿态的灵活调整。
如图4所示,驱动机构3包括无刷电机309、齿轮减速组、两个固定板301和凸轮304,两个固定板301固定在前机身404上,无刷电机309的后端通过电机固定机架311固定在一侧的固定板301上,齿轮减组包括电机齿轮312、三联齿轮和双联齿轮,三联齿轮包括大齿轮307、左侧小齿轮303和右侧小齿轮310,大齿轮307、左侧小齿轮303和右侧小齿轮310通过连接轴302同轴连接,双联齿轮包括左侧大齿轮308和右侧大齿轮306,左侧大齿轮308和右侧大齿轮306通过固定轴305同轴连接,电极齿轮312与无刷电机309的输出端连接,电极齿轮312与三联齿轮的大齿轮307啮合,左侧小齿轮303与左侧大齿轮308啮合,右侧小齿轮310与右侧大齿轮306啮合,左侧大齿轮308和右侧大齿轮306上分别与凸轮304固定。
需要说明的是,左侧大齿轮308与右侧大齿轮306的齿数相同,左侧小齿轮303与右侧小齿轮310的齿数相同。
如图5所示,机架机构4包括前置台401、右机臂402、左机臂403、前机身404、尾翼固定板405,前置台401、前机身404和尾翼固定板405在轴线上依次连接且呈一体结构,与轴线的垂直方向上,右机臂402和左机臂403与前机身404连接且呈一体结构,右机臂402和左机臂403在远离轴线的方向上依次设有摇杆安装槽口406和圆锥孔407,本实施例中的前置台401用于放置摄像头,右机臂402与左机臂403分别与右主翼和左主翼连接,在前机身404内放置驱动机构3,在尾翼固定板405的前部设有尾翼前舵机板206,在尾翼固定板405的后部设有尾翼后舵机板安装孔408,在前机身404的中部设有机械爪安装孔409,用于与机械爪1的缓冲块102连接,本实施例的机架结构4结构安排紧密,能更好的节约空间。
两个扭转机构5分别固定在驱动机构3的两侧,以其中的一个扭转机构5为例,结合如图6和图7所示,包括舵机502、舵机臂503、同步杆504、连杆505、扭转连杆506和扑动杆507,扑动杆507的一端设有与扑动杆507垂直的圆柱块5071,在远离扑动杆507的一端,圆柱块5071的一端通过拉力弹簧510与固定板301连接,在靠近扑动杆507的一端,圆柱块5071通过凸轮推杆508与凸轮304接触,舵机502通过舵机固定支架501固定在前机身404上,舵机502的输出端设有舵机臂503,同步杆504贯穿舵机臂503与连杆505连接,连杆505与扭动连杆506铰接,扭动连杆506贯穿扑动杆507上的凹槽5072抵接在圆锥孔407内,需要说明的是,同步杆504贯穿左右两侧舵机的舵机臂,并于两侧的连杆连接,使两侧的扭转机构5同步转动,扭转连杆506以圆锥孔407为定点,在舵机502的作用下上下移动,上下移动的角度即为攻角,攻角的范围为5°~8°,为了防止扑动杆507由于扭转连杆506上的转动而出现滑动,在扭转连杆506上还设有贯穿的圆孔,通过开口销509进行限定。
根据图7可知,扑动杆507的一端还设有固定孔5073和***孔5074。
如图8可知,扑动翼6包括主翼支杆601、次翼支杆602、摇杆603和摇杆支架604,主翼支杆601的一端与扑动杆507连接,具体的,主翼支杆601穿入***孔5074,并且通过螺栓***固定孔5073与主翼支杆601接触固定,主翼支杆601的另一端与次翼支杆602铰接,次翼支杆602上设有与次翼支杆602呈一定角度的摇杆支架604,摇杆603的一端设有与轴线平行的凸起且与摇杆安装槽口406滑动连接,摇杆603的另一端和摇杆支架604铰接。本实施例中,主翼支杆601、摇杆603、摇杆支架604和右机臂402形成对称四连杆机构,以实现扑动翼6实现40°~50°的拍动幅度。
如图9所示,主翼变形机构7包括电机701和依次铰接的第一连杆702、第二连杆703和第三连杆704,电机701固定在主翼支杆601上,第一连杆702与电机701铰接,第三连杆704与主翼支杆601铰接,通过电机701可以实现主翼支杆601与第一连杆702之间的夹角在90°~150°内变化,上扑时,主翼变形机构中第一连杆702与主翼支杆601之间的夹角增大为150°,主翼面积最小,受风面积最小,从而降低上扑过程中产生的负升力;扑动翼下扑时,主翼变形机构中第一连杆702与主翼支杆601之间夹角为90°,主翼面积最大,受风面积最大,增加下扑过程中产生的升力。
下面将结合上述实施例的仿鸟飞行器进行工作原理阐述:
首先启动无刷电机309,通过电极齿轮312带动三联齿轮中的大齿轮307转动,由于三联齿轮中的左侧小齿轮303和右侧小齿轮310与大齿轮307同轴,且左侧小齿轮303与双联齿轮的左侧大齿轮308相啮合,右侧小齿轮310与双联齿轮的右侧大齿轮306相啮合,此时固定在左侧大齿轮308和右侧大齿轮306上的凸轮304随着双联齿轮进行圆周运动,并分别通过凸轮推杆508和拉力弹簧510共同带动扑动杆507上下扑动,进行带动扑动翼7进行上下扑动,舵机502可在飞行过程中工作,由此带动舵机臂503及同步杆504转动,同步杆504再带动连杆505上下移动,与连杆505相铰接的扭转连杆506转过一定角度,以改变扑翼攻角。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种仿鸟扑翼飞行器,其特征在于:包括驱动机构(3)、机架机构(4)、扭转机构(5)、扑动翼(6)和主翼变形机构(7);
其中,所述机架架构(4)包括前置台(401)、右机臂(402)、左机臂(403)、前机身(404)、尾翼固定板(405),所述前置台(401)、前机身(404)和尾翼固定板(405)在轴线上依次连接且呈一体结构,与轴线的垂直方向上,所述右机臂(402)和左机臂(403)与所述前机身(404)连接且呈一体结构,所述右机臂(402)和左机臂(403)在远离轴线的方向上依次设有摇杆安装槽口(406)和圆锥孔(407);
所述驱动机构(3)包括无刷电机(309)、齿轮减速组、固定板(301)和凸轮(304),两个所述固定板(301)固定在所述前机身(404)上,所述无刷电机(309)的后端通过电机固定机架(311)固定在一侧的固定板(301)上,所述无刷电机(309)的输出端通过齿轮减速组与所述凸轮(304)连接;
两个所述扭转机构(5)分别固定在所述驱动机构(3)的两侧,所述扭转机构(5)包括舵机(502)、舵机臂(503)、同步杆(504)、连杆(505)、扭转连杆(506)和扑动杆(507),所述扑动杆(507)的一端设有与所述扑动杆(507)垂直的圆柱块(5071),在远离所述扑动杆(507)的一端,所述圆柱块(5071)的一端通过拉力弹簧(510)与所述固定板(301)连接,在靠近所述扑动杆(507)的一端,所述圆柱块(5071)通过凸轮推杆(508)与所述凸轮(304)接触,所述舵机(502)通过舵机固定支架(501)固定在所述前机身(404)上,所述舵机(502)的输出端设有所述舵机臂(503),所述同步杆(504)贯穿所述舵机臂(503)与所述连杆(505)连接,所述连杆(505)与所述扭动连杆(506)铰接,所述扭动连杆(506)贯穿所述扑动杆(507)上的凹槽(5072)抵接在所述圆锥孔(407)内;
所述扑动翼(6)包括主翼支杆(601)、次翼支杆(602)和摇杆(603),所述主翼支杆(601)的一端与所述扑动杆(507)连接,所述主翼支杆(601)的另一端与所述次翼支杆(602)铰接,所述次翼支杆(602)上设有与所述次翼支杆(602)呈一定角度的摇杆支架(604),所述摇杆(603)的一端设有与轴线平行的凸起且与所述摇杆安装槽口(406)滑动连接,所述摇杆(603)的另一端和所述摇杆支架(604)铰接;
所述主翼变形机构(7)固定在所述主翼支杆(601)上。
2.根据权利要求1所述的一种仿鸟扑翼飞行器,其特征在于:所述齿轮减速组包括电机齿轮(312)、三联齿轮和双联齿轮,所述三联齿轮包括大齿轮(307)、左侧小齿轮(303)和右侧小齿轮(310),所述大齿轮(307)、左侧小齿轮(303)和右侧小齿轮(310)通过连接轴(302)同轴连接,所述双联齿轮包括左侧大齿轮(308)和右侧大齿轮(306),所述左侧大齿轮(308)和右侧大齿轮(306)通过固定轴(305)同轴连接,所述电极齿轮(312)与所述无刷电机(309)的输出端连接,所述电极齿轮(312)与所述三联齿轮的大齿轮(307)啮合,所述左侧小齿轮(303)与所述左侧大齿轮(308)啮合,所述右侧小齿轮(310)与所述右侧大齿轮(306)啮合,所述左侧大齿轮(308)和右侧大齿轮(306)上分别与所述凸轮(304)固定。
3.根据权利要求2所述的一种仿鸟扑翼飞行器,其特征在于:所述左侧小齿轮(303)与所述右侧小齿轮(310)的齿数相同。
4.根据权利要求2所述的一种仿鸟扑翼飞行器,其特征在于:所述左侧大齿轮(308)与所述右侧大齿轮(306)的齿数相同。
5.根据权利要求1所述的一种仿鸟扑翼飞行器,其特征在于:所述仿鸟扑翼飞行器还包括机械爪(1),所述机械抓(1)包括六角螺栓(101)、缓冲块(102)、上调整件(103)、弹簧(104)、中心杆(105)、下调整件(106)和爪头(107),缓冲块(102)上设有贯穿的两个接孔,所述缓冲块(102)的一端通过所述六角螺栓(101)与所述前机身(404)铰接,所述缓冲块(102)的另一端与所述上连接件(103)连接,所述弹簧(104)的两端分别与所述上调整件(103)和下调整件(106)连接,所述中心杆(105)位于所述弹簧(104)的内部且与所述下调整件(106)连接,所述下调整件(106)上设有均匀分布的凸片(108),所述爪头(107)与所述凸片(108)连接。
6.根据权利要求1所述的一种仿鸟扑翼飞行器,其特征在于:所述仿鸟扑翼飞行器还包括尾翼机构(2),所述尾翼机构(2)包括尾翼前舵机(201)、尾翼连杆(202)、尾翼后舵机(203)、尾翼板(204)、尾翼后舵机板(205)和尾翼前舵机板(206),所述尾翼前舵机(201)通过所述尾翼前舵机板(206)固定在所述尾翼固定板(405)上,所述尾翼后舵机(203)固定在所述尾翼后舵机板(205)上,所述尾翼前舵机(201)的舵机臂通过所述尾翼连杆(202)与所述尾翼后舵机板(205)连接,所述尾翼后舵机(203)的舵机臂与所述尾翼板(204)连接。
7.根据权利要求1所述的一种仿鸟扑翼飞行器,其特征在于:所述主翼变形机构(7)包括电机(701)和依次铰接的第一连杆(702)、第二连杆(703)和第三连杆(704),所述电机(701)固定在所述主翼支杆(601)上,所述第一连杆(702)与所述电机(701)铰接,所述第三连杆(704)与所述主翼支杆(601)铰接。
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---|---|---|---|
CN202311489853.1A CN117585211A (zh) | 2023-11-10 | 2023-11-10 | 一种仿鸟扑翼飞行器 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CN202311489853.1A CN117585211A (zh) | 2023-11-10 | 2023-11-10 | 一种仿鸟扑翼飞行器 |
Publications (1)
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CN117585211A true CN117585211A (zh) | 2024-02-23 |
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ID=89909131
Family Applications (1)
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Country Status (1)
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CN (1) | CN117585211A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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2023
- 2023-11-10 CN CN202311489853.1A patent/CN117585211A/zh active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN118163945A (zh) * | 2024-05-14 | 2024-06-11 | 吉林大学 | 一种以曲面空间凸轮控制双翼扑动的可变体扑翼飞行器 |
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