一种带有降落伞功能的扑翼飞行器

1.本实用新型涉及扑翼机器人领域，尤其涉及一种带有降落伞功能的扑翼飞行器。


背景技术：

2.目前研究设计的飞行器按机翼运动方式区别为：固定翼、旋翼和扑翼。扑翼飞行器主要利用双翅上下扑动产生升力和推力，因为在空气中飞行灵活性高，飞行效率高，所以扑翼飞行器在各领域都有着广阔的应用前景。
3.传统的扑翼飞行器不具备降落伞功能，因而在发生飞行故障的情况下，会出现摔落的情况，从而造成很大的经济损失。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本实用新型提供了一种具有降落伞功能的扑翼飞行器。
5.所述一种具有降落伞功能的扑翼飞行器，包括降落伞装置，导航模块、控制模块、通信模块、红外测距模块、驱动模块、扑翼、三角形尾翼、频率传感器、电源模块。
6.其中，所述控制模块与降落伞装置、导航模块、通信模块、红外测距模块、驱动模块、频率传感器、电源模块电性连接。
7.其中，所述扑翼、三角形尾翼由碳纤维杆和航模面料构成。
8.其中，所述驱动模块包括扑翼驱动机构和尾翼驱动机构。所述扑翼驱动机构接收由单片机发送的pwm信号控制电机转动，扑翼在电机驱动下上下扑动，获得飞行所需升力；所述尾翼驱动机构包括升降舵机和方向舵机，实现三角形尾翼的上下左右摆动。
9.其中，所述降落伞装置包括壳体、线圈、弹簧、舵机装置、降落伞，所述线圈和弹簧组成弹射机构；弹簧两端分别与一个线圈连接，线圈在壳体未打开时通有相同方向的电流，弹簧因两个通电线圈之间的吸引力和空间的限制处于压缩状态；壳体包括由舵机控制的上板，在收到控制模块的信号后控制壳体上板打开。
10.其中，所述频率传感器安装在扑翼上，实时检测扑翼飞行器的扑动频率，信号由放大电路放大后传给控制模块。当频率传感器检测到扑动频率小于预设阈值时，飞行器通过控制模块关闭驱动模块，并控制舵机装置打开壳体上板，同时两个线圈接通相反方向的电流，使弹簧两端磁性相同，通电线圈之间的斥力和弹簧的弹力使降落伞弹射而出。
11.其中，所述控制模块包括mpu6050传感器、stm32处理器。所述mpu6050 传感器与导航模块电性连接，可以快速、方便地对飞行器所在位置进行姿态运算，包括扑翼飞行器飞行时的俯仰角、偏航角、旋转角。所述俯仰角为扑翼飞行器机体轴与水平面之间的夹角，飞行器抬头为正；所述偏航角为扑翼飞行器机体轴在水平面上的投影与地轴之间的夹角，以机头右偏为正；所述旋转角为扑翼飞行器对称平面与通过飞行器机体纵轴的铅垂平面间的夹角，右旋为正。
12.其中，所述导航模块包括加速度计、陀螺仪和磁力计、gps定位系统、导航天线，用于惯性测量和记录飞行器所在位置的经纬度、高度信息，方便控制飞行器飞行姿态。
13.其中，所述通信模块包括通讯接口、esp8266芯片，用于与终端控制设备通信，无线传输控制命令。
14.其中，所述红外测距模块包括红外发射机构、红外接收结构、放大电路；在扑翼飞行器飞行过程中，若红外测距模块测得前方障碍物距离小于所设阈值，将信号经过放大后发送给控制模块，控制模块控制驱动模块改变飞行方向，自行避开障碍物，保护扑翼飞行器飞行安全。
15.其中，所述电源模块由稳压装置和锂电池组成，为其他模块提供稳定电能。
16.本实用新型的有益效果：当频率传感器检测到的扑动频率小于预设阈值或 mpu6050分析出计算飞行器飞行时的旋转角和俯仰角大于预设阈值，飞行器通过控制模块关闭驱动模块，并控制舵机装置打开壳体上板。同时两个线圈接通相反方向的电流，使弹簧两端磁性相同，通电线圈之间的斥力和弹簧的弹力使降落伞弹射而出，利用扑翼飞行器下降时的风力作用带动降落伞张开，从而达到降落目的。本实用新型有效解决了扑翼飞行器发生飞行故障时的飞行安全问题，减少经济损失。
附图说明
17.图1为本实用新型的总体结构示意图；
18.图2为本实用新型的降落伞装置结构示意图；
具体实施方式
19.下面结合附图对本实用新型各个方面的具体实施方式做进一步地详细说明。
20.如图1所示的一种带有降落伞功能的扑翼飞行器，包括降落伞装置1、导航模块2、控制模块3、通信模块4、红外测距模块5、驱动模块6、扑翼7、三角形尾翼8、频率传感器9、电源模块10。降落伞装置1、导航模块2、通信模块 4、红外测距模块5、驱动模块6、频率传感器9、电源模块10均与控制模块3 电性连接。
21.如图2所示的降落伞装置1包括壳体101、线圈102、弹簧103、舵机装置 104和降落伞105。下方的线圈固定在壳体底部，上面依次连接弹簧103、另一个线圈、伞绳和降落伞105。所述线圈102缠绕在铁芯上，且两个线圈缠绕方向一致。在正常飞行过程时，弹簧两端线圈接通相同方向的电流，弹簧因两个通电线圈之间的吸引力和空间的限制处于压缩状态。
22.预设俯仰角和旋转角阈值为
±
75
°
，频率阈值为1hz，所设阈值可根据飞行器情况调整。在飞行过程中导航模块不断将扑翼飞行器的飞行姿态信息传送给控制模块，由控制模块分析计算后通过通信模块传输给终端控制系统，方便使用者根据这些信息调整控制飞行器姿态。频率传感器会实时发送扑翼扑动频率给控制模块。当飞行器发生例如驱动模块损坏、扑翼受损等故障时，飞行器的飞行俯仰角和旋转角会大于所设阈值或频率传感器所传回的频率小于所设扑动频率阈值。此时，飞行器通过控制模块关闭驱动模块，并控制舵机装置打开壳体上板。同时两个线圈接通相反方向的电流，使弹簧两端磁性相同，通电线圈之间的斥力和弹簧的弹力使降落伞弹射而出，在扑翼飞行器下降时的风力作用下带动降落伞张开，达到降落目的，保护扑翼飞行器不受损害。
23.上述为本实用新型的一个导向实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于
此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于对本实用新型所保护范围的侵权行为。


技术特征：
1.一种带有降落伞功能的扑翼飞行器，其特征在于，包括降落伞装置(1)、导航模块(2)、控制模块(3)、通信模块(4)、红外测距模块(5)、驱动模块(6)、扑翼(7)、三角形尾翼(8)、频率传感器(9)、电源模块(10)；所述控制模块(3)与降落伞装置(1)、导航模块(2)、通信模块(4)、红外测距模块(5)、驱动模块(6)、频率传感器(9)、电源模块(10)电性连接；所述扑翼(7)、三角形尾翼(8)由碳纤维杆和航模面料构成；所述驱动模块(6)包括扑翼驱动机构和尾翼驱动机构，扑翼驱动机构接收由单片机发送的pwm信号控制电机转动，扑翼在电机驱动下上下扑动，获得飞行所需升力；尾翼驱动机构包括升降舵机和方向舵机，实现三角形尾翼的上下左右摆动。2.根据权利要求1所述的一种带有降落伞功能的扑翼飞行器，其特征在于，所述降落伞装置(1)包括壳体(101)、线圈(102)、弹簧(103)、舵机装置(104)、降落伞(105)；所述两个线圈(102)和弹簧(103)组成弹射机构；弹簧(103)两端分别与一个线圈(102)连接，所述弹簧在壳体上板未打开的情况下处于压缩状态；所述壳体包括由舵机控制的上板，在收到控制模块(3)的信号后控制壳体上板打开。3.根据权利要求1所述的一种带有降落伞功能的扑翼飞行器，其特征在于，所述频率传感器(9)安装在扑翼(7)上，实时检测扑翼飞行器的扑动频率，信号由放大电路放大后传给控制模块(3)。4.根据权利要求1所述的一种带有降落伞功能的扑翼飞行器，其特征在于，所述控制模块(3)包括mpu6050传感器、stm32处理器；所述mpu6050传感器与导航模块(2)电性连接，可以快速、方便地对飞行器所在位置进行姿态运算，包括扑翼飞行器飞行时的俯仰角、偏航角、旋转角。5.根据权利要求1或4所述的一种带有降落伞功能的扑翼飞行器，其特征在于，当频率传感器(9)检测到扑动频率小于预设阈值时，飞行器通过控制模块(3)关闭驱动模块(6)，并控制舵机装置(104)打开壳体上板；同时两个线圈(102)接通相反方向的电流，使弹簧两端磁性相同，通电线圈之间的斥力和弹簧的弹力使降落伞弹射而出。

技术总结
本实用新型公开了一种带有降落伞功能的扑翼飞行器，包括降落伞装置、导航模块、控制模块、通信模块、红外测距模块、驱动模块、扑翼、三角形尾翼、频率传感器和电源模块；所述降落伞装置包括壳体、线圈、弹簧、降落伞和舵机装置。当飞行器发生驱动模块损坏、扑翼受损等意外故障时，本实用新型通过控制舵机装置使壳体上板打开，随即降落伞弹射而出。并利用扑翼飞行器下降时的风力作用带动降落伞张开，从而达到安全降落目的，减少因飞行故障导致扑翼飞行器摔落造成的经济损失。落造成的经济损失。落造成的经济损失。


技术研发人员：张振亮 刘梅 蔡海凤
受保护的技术使用者：兰州大学
技术研发日：2020.12.18
技术公布日：2021/10/26