本发明涉及飞行器控制技术领域，尤其涉及一种扑翼装置和扑翼机。
背景技术：
扑翼机又称振翼机，是指机翼能像鸟和昆虫翅膀那样上下扑动的重于空气的飞行器，扑动的机翼不仅产生升力，还产生向前的推动力。基于仿生学原理的扑翼机和常规飞行器相比，仅用一套扑翼系统就可代替螺旋桨或者喷气式发动机提供推力。同时，由于扑翼机具有小巧、灵活以及飞行效率高的特点，并且可以实现垂直起落、悬停、前飞、后飞、俯冲、急转等特技，得到了国内外研究学者的重点关注。随着现代材料、动力、加工技术的进步，已经能够制造出接近实用的扑翼飞行器。
以仿鸟类扑翼机为例，其不仅在动作和外形上与真实鸟类相似，而且在飞翔原理以及机翼扑动方式方面与真实鸟类也很接近，因此可以高水准的模拟真实鸟类的飞行。仿鸟扑翼机的机翼包括主翼和副翼，通过在机身内设置动力齿轮，动力齿轮旋转时，通过同一个传动机构带动主翼和副翼上下扑动。
但是，上述的扑翼机，其主翼和副翼是耦合控制的，不能实现主翼和副翼的单独扑动控制，例如：不能实现只扑动主翼，或者只扑动副翼。
技术实现要素：
本发明提供一种扑翼装置和扑翼机，能够实现扑翼机的主翼和副翼的解耦控制，以解决现有的扑翼机的主翼和副翼无法单独扑动控制的问题。
第一方面，本发明提供的扑翼装置，包括：曲柄组件、第一连杆机构、第二连杆机构、主翼和副翼；
所述主翼与所述扑翼机的机身通过机身铰接点铰接，所述副翼的根部与所述主翼的末梢铰接；
所述曲柄组件包括至少一个曲柄，所述曲柄的轴线固定在所述扑翼机的机身上，所述第一连杆机构连接在所述曲柄的作用端和所述主翼之间，以通过所述曲柄组件驱动所述主翼扑动；所述第二连杆机构连接在所述曲柄的作用端和所述副翼之间，以通过所述曲柄组件驱动所述副翼扑动。
可选的，所述第一连杆机构包括第一连杆，所述第一连杆的第一端与所述曲柄的作用端连接，所述第一连杆的第二端与所述主翼的根部连接，所述机身铰接点位于所述主翼的根部和所述主翼的末梢之间。
可选的，所述第二连杆机构包括第一转动结构、第二连杆和第三连杆；
所述第二连杆的第一端与所述曲柄的作用端连接，所述第二连杆的第二端铰接于所述第一转动结构的第一铰接点上，所述第三连杆的第一端铰接于所述第一转动结构的第二铰接点上，所述第三连杆的第二端和所述副翼铰接，所述第一转动结构通过第三铰接点和所述扑翼机的机身铰接，且所述第一铰接点、所述第二铰接点和所述第三铰接点位于所述第一转动结构的不同位置。
可选的，所述机身铰接点相对于所述主翼的长度方向上的位置可变。
可选的，所述第一连杆的第二端与所述机身铰接点之间的距离等于所述第一铰接点和所述第三铰接点之间的距离。
可选的，所述扑翼装置还包括锁定机构；
所述锁定机构设置在所述扑翼机的机身上，用于固定所述主翼的根部与所述机身之间的相对位置，以及断开所述主翼和所述第一连杆之间的连接。
可选的，所述曲柄组件包括第一曲柄，所述第一连杆机构和所述第二连杆机构中的至少一个与所述第一曲柄的作用端连接。
可选的，所述曲柄组件还包括第二曲柄，所述第一连杆机构和所述第二连杆机构中的一个与所述第一曲柄的作用端连接，另一个与所述第二曲柄的作用端连接。
第二方面，本发明提供的扑翼机，包括：机身以及两个如第一方面任一项所述的扑翼装置，两个所述扑翼装置相对于所述机身的中轴线对称设置。
可选的，所述机身上设置有两个主动轮，两个所述主动轮相对于所述中轴线对称设置；
所述主动轮用于带动所述机身同一侧的所述扑翼装置的所述曲柄的作用端旋转。
本发明提供的扑翼装置和扑翼机，扑翼装置包括曲柄组件、第一连杆机构、第二连杆机构、主翼和副翼，曲柄组件包括至少一个曲柄，通过将第一连杆机构连接在曲柄的作用端与主翼之间，将第二连杆机构连接在曲柄的作用端与副翼之间，当曲柄的作用端进行旋转时，通过第一连杆机构带动主翼进行扑动，通过第二连杆机构带动副翼进行扑动，从而实现了主翼和副翼的解耦控制；进一步的，通过调节第一连杆机构和/或第二连杆机构，可以实现对主翼和副翼的扑动进行分别控制，即可以实现下述任一种情况：只扑动主翼，只扑动副翼，调整主翼的扑动幅度，调整副翼的扑动幅度等，从而扑翼机可以支持多种飞行模式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为扑翼机的结构示意图；
图2a为本发明提供的扑翼装置实施例一在上抬状态的结构示意图；
图2b为本发明提供的扑翼装置实施例一在下扑状态的结构示意图；
图3a为本发明提供的扑翼装置实施例二的主翼扑动的运动简图；
图3b为本发明提供的扑翼装置实施例二的副翼扑动的运动简图；
图3c为本发明提供的扑翼装置实施例二的主翼和副翼扑动的运动简图；
图4a-图4b为本发明提供的扑翼装置实施例二在双段翼飞行模式下的飞行状态示意图；
图5a-图5b为本发明提供的扑翼装置实施例二在单段翼飞行模式下的飞行状态示意图；
图6a-图6b为本发明提供的扑翼装置实施例二在滑翔机+扑翼机飞行模式下的飞行状态示意图；
图7a为本发明提供的扑翼装置实施例三在下扑状态的结构示意图；
图7b为本发明提供的扑翼装置实施例三在上抬状态的结构示意图；
图7c为本发明提供的扑翼装置实施例三的曲柄组件的细节图；
图8为本发明提供的扑翼机实施例的结构示意图。
附图标记说明：
10：扑翼装置；
11：曲柄组件；
12：第一连杆机构；
13：第二连杆机构；
14：主翼；
15：副翼；
20：机身；
21：主动轮；
111：第一曲柄；
112：第二曲柄；
121：第一连杆；
131：第一转动结构；
132：第二连杆；
133：第三连杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
扑翼机又称振翼机，是指机翼能像鸟和昆虫翅膀那样上下扑动的重于空气的飞行器，扑动的机翼不仅产生升力，还产生向前的推动力。基于仿生学原理的扑翼机和常规飞行器相比，仅用一套扑翼系统就可代替螺旋桨或者喷气式发动机提供推力。同时，由于扑翼机具有小巧、灵活以及飞行效率高的特点，并且可以实现垂直起落、悬停、前飞、后飞、俯冲、急转等特技，得到了国内外研究学者的重点关注。随着现代材料、动力、加工技术的进步，已经能够制造出接近实用的扑翼飞行器。
以仿鸟类扑翼机为例，其不仅在动作和外形上与真实鸟类相似，而且在飞翔原理以及机翼扑动方式方面与真实鸟类也很接近，因此可以高水准的模拟真实鸟类的飞行。图1为扑翼机的结构示意图，如图1所示，扑翼机包括机身20和两个机翼，其中，每个机翼包括主翼14和副翼15，通过在机身内设置动力齿轮，动力齿轮旋转时，通过同一个传动机构带动主翼和副翼上下扑动。
但是，上述的扑翼机，其主翼和副翼是耦合控制的，不能实现主翼和副翼的单独扑动控制，例如：不能实现只扑动主翼，或者只扑动副翼
本发明提供的扑翼装置和扑翼机，能够实现扑翼机的主翼和副翼的解耦控制，以解决现有的扑翼机的主翼和副翼无法单独扑动控制的问题。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
首先需要说明的是，本发明提供的扑翼装置和扑翼机适用于多段翼扑翼机，包括双段翼扑翼机和两段以上的多段翼扑翼机，为了描述方便，本发明提供的后续实施例均以双段翼扑翼机为例进行说明。
图2a为本发明提供的扑翼装置实施例一在上抬状态的结构示意图，图2b为本发明提供的扑翼装置实施例一在下扑状态的结构示意图，如图2a和图2b所示，本实施例的扑翼装置，包括：曲柄组件11、第一连杆机构12、第二连杆机构13、主翼14和副翼15。
主翼14与所述扑翼机的机身20通过机身铰接点a铰接，副翼15的根部与主翼14的末梢铰接。
曲柄组件11包括至少一个曲柄，所述曲柄的轴线固定在所述扑翼机的机身20上，第一连杆机构12连接在所述曲柄的作用端和主翼14之间，以通过曲柄组件11驱动主翼14扑动；第二连杆机构13连接在所述曲柄的作用端和副翼15之间，以通过曲柄组件11驱动副翼15扑动。
需要说明的是，曲柄的作用端，通常指曲柄的远离轴线的一端，该作用端可以与连杆等其它机构连接，并在曲柄转动时带动连杆等机构进行移动。
具体的，扑翼机的机身20上设置有动力齿轮，曲柄的轴线固定在扑翼机的机身20上，曲柄的作用端可以在动力齿轮的带动下进行旋转。当曲柄的作用端旋转时，通过第一连杆机构12带动主翼14扑动，并且，通过第二连杆机构13带动副翼15扑动。
其中，第一连杆机构12和第二连杆机构13可以有多种实施方式，本实施例不作具体限定，其中一种可选的实施方式可参考实施例二的详细描述，此处不再赘述。
本实施例中的曲柄组件11中包含的曲柄数量不作具体限定，可以有一个也可以有多个。也就是说，主翼14和副翼15可以在同一个曲柄的驱动下进行扑动，也可以分别在不同的曲柄的驱动下进行扑动。
本实施例中，通过将第一连杆机构12连接在曲柄的作用端与主翼14之间，将第二连杆机构13连接在曲柄的作用端与副翼15之间，当曲柄的作用端进行旋转时，通过第一连杆机构12带动主翼14进行扑动，通过第二连杆机构13带动副翼15进行扑动，从而实现了主翼14和副翼15的解耦控制；进一步的，通过调节第一连杆机构12和/或第二连杆机构13，可以实现对主翼14和副翼15的扑动进行分别控制，即可以实现下述任一种情况：只扑动主翼，只扑动副翼，调整主翼的扑动幅度，调整副翼的扑动幅度等，从而扑翼机可以支持多种飞行模式。
可选的，曲柄组件11包括第一曲柄111，第一连杆机构12和第二连杆机构13中的至少一个与第一曲柄111的作用端连接。
如图2a和图2b所示，示出了第一连杆机构12和第二连杆机构13均与第一曲柄111的作用端连接的情况，本实施例中，采用同一个曲柄分别带动第一连杆机构12和第二连杆机构13，从而实现主翼14和副翼15扑动的解耦控制，由于只需要一个曲柄，结构简单，易于实现。
图3a为本发明提供的扑翼装置实施例二的主翼扑动的运动简图，图3b为本发明提供的扑翼装置实施例二的副翼扑动的运动简图，图3c为本发明提供的扑翼装置实施例二的主翼和副翼扑动的运动简图。在上述实施例的基础上，本实施例分别对第一连杆机构12和第二连杆机构13的可选的实施方式进行详细描述。
如图3a所示，第一连杆机构12包括第一连杆121，第一连杆121的第一端与第一曲柄111的作用端b连接，第一连杆121的第二端与主翼14的根部f连接，机身铰接点a位于主翼14的根部f和主翼14的末梢g之间。
具体的，当第一曲柄111的作用端b在主动齿轮的带动作用下进行旋转时，作用端b带动第一连杆121运动，从而第一连杆121带动主翼14的根部f运动。由于机身铰接点a位于主翼14的中部的预设位置，主翼14的根部f运动时带动主翼14以机身铰接点a为枢轴进行转动，从而实现了主翼14的上下扑动。
其中，本发明对于第一连杆121的长度并不作具体限定，可以理解的，可以根据主翼14的预设扑动幅度进行合理设置。当然，也可以通过调节第一连杆121的长度，实现对主翼14的扑动幅度的控制。
本实施例中的第一连杆机构12，只需要通过第一连杆121即可实现主翼14的扑动控制，结构简单，易于实现。
可选的，如图3b所示，第二连杆机构13包括第一转动结构131、第二连杆132和第三连杆133。
其中，第二连杆132的第一端与第一曲柄111的作用端b连接，第二连杆132的第二端铰接于第一转动结构131的第一铰接点c上，第三连杆133的第一端铰接于第一转动结构131的第二铰接点d上，第三连杆133的第二端和副翼15铰接，第一转动结构131通过第三铰接点e和所述扑翼机的机身20铰接，且第一铰接点c、第二铰接点d和第三铰接点e位于第一转动结构131的不同位置。
具体的，当第一曲柄111的作用端b在主动齿轮的带动作用下进行旋转时，作用端b带动第二连杆132运动，第二连杆132运动过程中，会带动第一转动结构131的第一铰接点c运动，由于第一转动结构131通过第三铰接点e与机身20铰接，当第一铰接点c运动时，带动第一转动结构131以第三铰接点e为枢轴进行转动，同时，第二铰接点d随之发生运动。由于第三连杆133的两端分别与第二铰接点和副翼15铰接，当第三连杆133在第二铰接点d的带动下运动时，第三连杆133也会带动副翼15运动，从而可以实现副翼15的上下扑动。
其中，对于第二连杆132和第三连杆133的长度，本发明并不做具体限定，可以根据副翼15的预设扑动幅度进行合理设置。当然，也可以通过调节第二连杆132和第三连杆133的长度，实现对副翼15的扑动幅度的控制。
需要说明的是，第一转动结构131的具体实施方式可以有多种，本发明对此并不作具体限定，只要包括上述的第一铰接点c、第二铰接点d和第三铰接点e，并可实现上述的转动功能即可。其中一种可选的实施方式为，第一转动结构131为由3根连杆组成的三角形状的转动结构，具体的，如图3b所示，第一转动结构包括连杆cd、连杆ce和连杆de。其中，连杆cd、连杆ce和连杆de的长度均不作具体限定，可以根据副翼15的预设扑动幅度进行合理设置，也可以通过调节连杆cd、连杆ce和连杆de的长度，实现对副翼15的扑动幅度的控制。
另外，第三连杆133与副翼15的铰接方式也可以有多种，本发明并不做具体限定。其中一种可选的实施方式为，第三连连杆133的第二端直接与副翼15的中部铰接。另一种可选的实施方式为，如图3b所示，第三连杆133通过三角状的桁架与副翼15铰接，其中，桁架可采用图3b中的δghl所示的三角形桁架。
将图3a所示的由第一连杆机构带动主翼扑动的运动简图，和图3b所示的由第二连杆机构带动副翼扑动的运动简图进行叠加，得到图3c所示的主翼和副翼扑动的运动简图，其实现原理与图3a和图3b一致，此处不再赘述。
可选的，如图3c所示，第三铰接点e与机身铰接点a与机身20的相对位置相同。
可选的，机身铰接点a相对于主翼14的长度方向上的位置可变。
具体的，主翼14上可以设置滑动控制结构，使得机身铰接点a相对于主翼14的长度方向上的位置可以调整，即图3c中主翼14上的af段的长度可变。
可选的，第一连杆121的第二端f与机身铰接点a之间的距离不等于第一铰接点c和第三铰接点e之间的距离，即图3c中的af段的距离不等于ce的距离。
可以理解的，当af不等于ce时，主翼14的扑动幅度和副翼15的扑动幅度不相等，从而主翼14和副翼15可以实现双段翼扑翼机的飞行模式。在该模式下，扑翼装置的飞行状态示意图如图4a和4b所示。
可选的，第一连杆121的第二端f与机身铰接点a之间的距离等于第一铰接点c和第三铰接点e之间的距离，即图3c中af段的距离等于ce的距离。
可以理解的，当af等于ce时，主翼14的扑动幅度和副翼15的扑动幅度相等，整体感觉像是单段翼，从而双段翼扑翼机实现了单段翼飞行模式，也就是说，相当于实现了主翼14扑动，副翼15不扑动的模式。在该模式下，扑翼装置的飞行状态示意图如图5a和5b所示。
本实施例中，通过调整机身铰接点a在主翼14上的位置，使得图3c中af段的长度可调整，从而可以实现扑翼机的双段翼飞行模式和单段翼飞行模式的切换，例如，可以在扑翼机飞行前选择设置不同的飞行模式，也可以在扑翼机飞行过程切换扑翼机的飞行模式，从双段翼飞行模式切换到单段翼飞行模式，或者从单段翼飞行模式切换到双段翼飞行模式。
可选的，本实施例的扑翼装置，还包括锁定机构，所述锁定机构设置在所述扑翼机的机身20上，用于固定主翼14的根部f与机身20之间的相对位置，以及断开主翼14和第一连杆121之间的连接。
具体的，可以在扑翼机的机身20上设置锁定结构，锁定结构包括解锁状态和锁定状态。当锁定结构处于解锁状态时，如上述实施例所述，主翼14的根部f与第一连杆121的第二端连接，并且，主翼14的根部f与机身20之间的相对位置并不固定；当锁定结构处于锁定状态时，该锁定结构可以使主翼14的根部f与机身20之间的相对位置固定，并且断开主翼14与第一连杆121之间的连杆。
可以理解的，当锁定结构处于锁定状态时，相当于图3c中的f点固定，并且bf之间未连接，由于主翼14上的f点和a点均与机身20固定，使得主翼14无法上下扑动，但是副翼15依然可以在曲柄组件的驱动下进行扑动，因此，扑翼机可以实现主翼14不扑动，副翼15扑动的模式。在该模式下，主翼14可以作为滑翔机的机翼来使用，从而扑翼机还可以实现滑翔机+扑翼机的飞行模式。在该模式下，扑翼装置的飞行状态示意图如图6a和6b所示。
因此，通过调节机身铰接点a的位置以及改变锁定结构的状态，可以使得扑翼机在不同的飞行模式之间进行切换，例如：将锁定结构设置为解锁状态后，调节机身铰接点a的位置，当af等于ce时，可以实现扑翼机的单段翼飞行模式，即主翼14扑动，副翼15不扑动的模式；当af不等于ce时，可以实现扑翼机的双段翼飞行模式，即主翼14和副翼15同时进行不同幅度的扑动；将锁定结构设置为锁定状态后，扑翼机可以实现滑翔机+扑翼机的飞行模式，即主翼14不扑动，副翼15扑动的模式。
图7a为本发明提供的扑翼装置实施例三在下扑状态的结构示意图，图7b为本发明提供的扑翼装置实施例三在上抬状态的结构示意图，图7c为本发明提供的扑翼装置实施例三的曲柄组件的细节图。在上述实施例的基础上，本实施例的扑翼装置，曲柄组件11还包括第二曲柄112，第一连杆机构12和第二连杆机构13中的一个与第一曲柄111的作用端连接，另一个与第二曲柄112的作用端连接。
如图7a-图7c所示，示出了第一连杆机构12与第一曲柄111的作用端连接，第二连杆机构13与第二曲柄112的作用端连接的情况。
其中，本发明对于第一曲柄111和第二曲柄112的曲柄长度不作限定，可以理解的，在实施过程中，可以通过调节第一曲柄111的曲柄长度，实现对主翼14的扑动幅度的控制，通过调节第二曲柄112的曲柄长度，实现对副翼15的扑动幅度的控制。
需要说明的是，采用两个曲柄实现主翼14和副翼15扑动的解耦控制的原理和具体实施方式与图3a-图3c所示的实施例二是类似的，并且，同样可以实现图4a-图6b所示的三种飞行模式，此处不再赘述。
本实施例中，采用第一曲柄111带动第一连杆机构12运动，采用第二曲柄112带动第二连杆机构13运动，从而实现主翼14和副翼15扑动的解耦控制。与上述实施例中采用同一个曲柄同时带动第一连杆机构12和第二连杆机构13相比，本实施例中，由于采用了两个曲柄，实现了主翼14和副翼15扑动的完全解耦控制。另外，还可以通过调节第一曲柄111和/或第二曲柄112的曲柄长度，实现主翼14和/或副翼15的扑动幅度的控制，使得主翼14和副翼15的扑动控制更加灵活。
图8为本发明提供的扑翼机实施例的结构示意图。如图8所示，本实施例的扑翼机，包括机身20以及两个扑翼装置10，两个扑翼装置10相对于机身20的中轴线对称设置，其中，扑翼装置10可以采用上述任一扑翼装置实施例的结构，其技术原理和实现效果类似，此处不再赘述。
可选的，机身20上设置有两个主动轮21，两个主动轮21相对于所述中轴线对称设置；主动轮21用于带动机身20同一侧的扑翼装置10的所述曲柄的作用端旋转。
本实施例中，在机身20内设置了两个主动轮21，如图8所示，由于两个主动轮21和两个扑翼装置10均相对于机身20的中轴线对称设置，并且，每个主动轮21带动机身20同一侧的扑翼装置10的曲柄的作用端旋转，可以使得两个扑翼装置10的扑动精确对称。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。