本发明涉及飞行设备技术领域，具体涉及一种多飞行姿态扑翼微型飞行器。
背景技术
上世纪九十年代以来，随着传统飞行器设计技术的不断成熟和微电子技术的大幅进步，微型飞行器被提出并快速发展。
微型飞行器由于具有体积小、重量轻和机动性强等特征，在国家安全和国民经济建设方面具有广泛的应用前景，未来可应用于狭小空间、危险条件下的执行侦察、探测等救援辅助任务。
随着人们对自然生物飞行的不断探索，仿生学设计被越来越多的应用于微型飞行器领域，开始出现模仿鸟类、昆虫飞行的扑翼微型飞行器。
现有拍动翼布局的机构设计，大多数采用多连杆机构以实现电机旋转运动转化为拍动运动。连杆机构制造简单、较容易获得较高的运动精度，也容易实现复杂的运动规律和轨迹设计。对于扑翼微型飞行器布局设计，一方面，结构对称、运动对称对于提高扑翼飞行稳定性至关重要；另一方面，现有的采用尾舵的扑翼微型飞行器设计方案大多数只能实现水平方向前飞，不能完成类似鸟类、昆虫的多飞行姿态，灵活性较差。此外，微型飞行器的尺寸和重量约束对拍动机构和控制机构一体化设计提出较高要求。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种多飞行姿态扑翼微型飞行器，用以解决现有飞行姿态少导致灵活性较差的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案为一种多飞行姿态扑翼微型飞行器，包括机架，所述机架包括机身，所述机身一端垂直设有安置板，另一端设有水平尾翼和垂直尾翼；所述机身两侧对称设有安装于所述安置板上的两个扑翼机构、两个电机驱动机构和两个齿轮减速机构；
所述机身底部设有电池盒和与所述电池盒电连接的飞控板；所述垂直尾翼一端的竖直方向上转动连接有方向舵；所述方向舵两侧分别设有对称的两条拉丝，两条所述拉丝分别与两个所述电机驱动机构连接；
所述扑翼机构包括一端与所述安置板侧面靠近顶部位置转动连接的连杆，所述连杆另一端固定连接有拍动翼，所述连杆上转动连接有摇杆且通过摇杆与所述齿轮减速机构输出端转动连接；
所述电机驱动机构包括设置于所述安置板一侧的固定架，所述固定架位于靠近所述机身一侧；所述固定架上安装有驱动电机和偏转舵机且安装位置分别与所述扑翼机构和齿轮减速机构配合设置，所述驱动电机和偏转舵机均与所述飞控板电连接；
所述驱动电机输出端与所述齿轮减速机构输入端连接；所述偏转舵机输出端固定连接有舵机长摇臂，所述舵机长摇臂上固定连接有舵机短摇臂，所述舵机短摇臂一端通过转轴与所述连杆转动连接；所述舵机长摇臂与所述拉丝连接。
进一步的，所述垂直尾翼远离所述安置板一端的顶部开有贯穿到底部的第一轴孔；所述方向舵一端侧面开有可将垂直尾翼卡入的凹槽，所述凹槽通过转轴与所述安置板转动连接，所述转轴两端分别与所述凹槽顶端内壁和底端内壁垂直连接；所述方向舵两侧分别设有拉丝线固定孔座。
进一步的，所述安置板呈上窄下宽的棱板结构且两端中部呈内凹的弧形结构，所述安置板四角为倒圆角；所述安置板侧面靠近两端的位置分别设有贯穿到另一侧的两个对称的定位通槽、两个对称的驱动电机孔、两个对称的阶梯齿轮孔和两个对称的输出齿轮孔；所述定位通槽内部竖直方向上分为a、b、c三个定位。
进一步的，所述连杆一端设有与所述定位槽孔匹配的安装孔，中部设有贯穿两侧的阶梯孔，另一端中心处设有贯穿到阶梯孔内部与其连通的固定插孔。
进一步的，所述拍动翼包括主梁，所述主梁呈一端粗一端尖的锥形结构，所述主梁粗端与所述固定插孔插合匹配；所述主梁靠近粗端位置垂直连接有辅梁；所述拍动翼还包括与所述主梁和所述辅梁配合连接的翼膜。
进一步的，所述摇杆两端分别设有贯穿两侧的第二轴孔和第三轴孔；所述第二轴孔通过转轴与所述阶梯孔转动连接；所述第三轴孔与所述齿轮减速机构输出端转动连接；所述摇杆靠近所述安置板一侧开有避让槽。
进一步的，所述齿轮减速机构包括与所述驱动电机输出端固定连接的第一齿轮和通过转轴与所述阶梯齿轮孔转动连接的阶梯齿轮，所述阶梯齿轮与所述第一齿轮啮合；所述齿轮减速机构还包括通过转轴与所述输出齿轮孔转动连接的输出齿轮，所述输出齿轮与所述阶梯齿轮啮合；所述输出齿轮一侧靠近外圈的位置开有输出轴孔；所述输出轴孔通过转轴与所述第三轴孔转动连接。
进一步的，所述舵机长摇臂包括圆柱体，所述圆柱体靠近所述安置板一端端面中心处开有盲孔；所述圆柱体一端侧壁垂直连接有摇杆，所述摇杆远离圆柱体一端设有与所述偏转舵机输出端固定连接的偏转舵机输出孔，所述圆柱体另一端与所述摇杆相对侧垂直设有连接板，所述连接板上开有拉丝孔；
所述舵机短摇臂一端开有第四轴孔，所述第四轴孔通过转轴与所述盲孔固定连接；所述舵机短摇臂另一端设有与所述定位槽孔匹配的第五轴孔，所述第五轴孔通过连接转轴与所述安装孔转动连接，所述连接转轴穿过所述定位槽孔。
本发明具有如下优点：本发明提供的一种多飞行姿态扑翼微型飞行器采用双曲柄摇杆结构形式的高度对称集成化设计，可同时实现水平方向和竖直方向的多飞行姿态飞行，包括水平前飞、垂直起飞、转弯、俯仰、偏航、滚转和悬停等机动飞行姿态，有利于提高扑翼微型飞行器的运动稳定性及灵活性。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的一种多飞行姿态扑翼微型飞行器的机架结构示意图；
图2为本发明实施例1提供的一种多飞行姿态扑翼微型飞行器的前视整体结构示意图；
图3为本发明实施例1提供的一种多飞行姿态扑翼微型飞行器的后视整体结构示意图；
图4为本发明实施例2提供的一种多飞行姿态扑翼微型飞行器的垂直尾翼结构示意图；
图5为本发明实施例2提供的一种多飞行姿态扑翼微型飞行器的方向舵结构示意图；
图6为本发明实施例3提供的一种多飞行姿态扑翼微型飞行器的安置板结构示意图；
图7为本发明实施例4提供的一种多飞行姿态扑翼微型飞行器的连杆结构示意图；
图8为本发明实施例5提供的一种多飞行姿态扑翼微型飞行器的拍动翼结构示意图；
图9为本发明实施例6提供的一种多飞行姿态扑翼微型飞行器的摇杆结构示意图；
图10为本发明实施例7提供的一种多飞行姿态扑翼微型飞行器的齿轮减速机构结构示意图；
图11为本发明实施例8提供的一种多飞行姿态扑翼微型飞行器的舵机长摇臂结构示意图；
图12为本发明实施例8提供的一种多飞行姿态扑翼微型飞行器的舵机短摇臂结构示意图
图13为本发明实施例提供的一种多飞行姿态扑翼微型飞行器的飞行原理示意图；
图14为本发明实施例8提供的一种多飞行姿态扑翼微型飞行器的飞行原理示意图；
图15为本发明实施例8提供的一种多飞行姿态扑翼微型飞行器的飞行原理示意图；
图16为本发明实施例8提供的一种多飞行姿态扑翼微型飞行器的飞行原理示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本发明实施例1提供的一种多飞行姿态扑翼微型飞行器，请参阅图1所示，包括机架1，所述机架1包括机身12，所述机身11一端垂直设有安置板11，另一端设有水平尾翼14和垂直尾翼13；请参阅图2所示，所述机身12两侧对称设有安装于所述安置板11上的两个扑翼机构2、两个电机驱动机构4和两个齿轮减速机构3；
所述机身12底部设有电池盒6和与所述电池盒6电连接的飞控板5；所述垂直尾翼13一端的竖直方向上转动连接有方向舵7；所述方向舵7两侧分别设有对称的两条拉丝8，两条所述拉丝8分别与两个所述电机驱动机构4连接；
所述扑翼机构2包括一端与所述安置板11侧面靠近顶部位置转动连接的连杆22，所述连杆22另一端固定连接有拍动翼21，所述连杆22上转动连接有摇杆23且通过摇杆23与所述齿轮减速机构3输出端转动连接；
请参图3所示，所述电机驱动机构4包括设置于所述安置板11一侧的固定架，所述固定架位于靠近所述机身12一侧；所述固定架上安装有驱动电机41和偏转舵机42且安装位置分别与所述扑翼机构2和齿轮减速机构3配合设置，所述驱动电机41和偏转舵机42均与所述飞控板5电连接；
所述驱动电机41输出端与所述齿轮减速机构3输入端连接；所述偏转舵机42输出端固定连接有舵机长摇臂43，所述舵机长摇臂43上固定连接有舵机短摇臂42，所述舵机短摇臂42一端通过转轴与所述连杆22转动连接；所述舵机长摇臂43与所述拉丝8连接。
使用时，通过远程控制器操控飞控板，从而控制驱动电机和偏转舵机，控制驱动电机运转经齿轮减速机构传动带动扑翼机构中的拍动翼扑动；并通过偏转舵机控制拍动翼的角度，同时通过拉丝改变方向舵的偏转角度，使方向舵产生偏航力矩，从而达到多姿态飞行的目的。
实施例2
本发明实施例2提供的一种多飞行姿态扑翼微型飞行器与实施例1基本相同，区别在于，请参阅图4和图5所示，为了是方向舵达到更好的偏转角度的目的，所述垂直尾翼13远离所述安置板11一端的顶部开有贯穿到底部的第一轴孔131；所述方向舵7一端侧面开有可将垂直尾翼13卡入的凹槽171，所述凹槽171通过转轴与所述安置板11转动连接，所述转轴两端分别与所述凹槽171顶端内壁和底端内壁垂直连接；所述方向舵72两侧分别设有拉丝线固定孔座72。
实施例3
本发明实施例3提供的一种多飞行姿态扑翼微型飞行器与实施例2基本相同，区别在于，请参阅图6所示，为了达到规范的安装效果，所述安置板11呈上窄下宽的棱板结构且两端中部呈内凹的弧形结构，所述安置板11四角为倒圆角；所述安置板11侧面靠近两端的位置分别设有贯穿到另一侧的两个对称的定位通槽111、两个对称的驱动电机孔112、两个对称的阶梯齿轮孔113和两个对称的输出齿轮孔114；所述定位通槽111内部竖直方向上分为a、b、c三个定位；连杆位于不同的安装位置，飞行器飞行方向不同，从而达到更好的偏航效果。
需要说明的是，安置板上的孔根据结构使用情况配合设置。
实施例4
本发明实施例4提供的一种多飞行姿态扑翼微型飞行器与实施例3基本相同，区别在于，请参阅图7所示，为了达到更好的传动效果，所述连杆22一端设有与所述定位槽孔111匹配的安装孔221，中部设有贯穿两侧的阶梯孔222，另一端中心处设有贯穿到阶梯孔222内部与其连通的固定插孔223。
实施例5
本发明实施例5提供的一种多飞行姿态扑翼微型飞行器与实施例4基本相同，区别在于，请参阅图8所示，为了达到更好的力矩效果，所述拍动翼21包括主梁211，所述主梁211呈一端粗一端尖的锥形结构，所述主梁211粗端与所述固定插孔223插合匹配；所述主梁211靠近粗端位置垂直连接有辅梁212；所述拍动翼21还包括与所述主梁211和所述辅梁212配合连接的翼膜213。
需要说明的是，翼膜平整且紧绷的与主梁和辅梁连接，达到在拍动时拥有更好的推力效果。
实施例6
本发明实施例6提供的一种多飞行姿态扑翼微型飞行器与实施例5基本相同，区别在于，请参阅图9所示，所述摇杆23两端分别设有贯穿两侧的第二轴孔231和第三轴孔232；所述第二轴孔231通过转轴与所述阶梯孔222转动连接；所述第三轴孔232与所述齿轮减速机构3输出端转动连接；所述摇杆23靠近所述安置板11一侧开有避让槽233；避让槽的作用是防止其触碰到其它结构部件而影响飞行器正常运行，从而达到更好的运行效果。
实施例7
本发明实施例7提供的一种多飞行姿态扑翼微型飞行器与实施例8基本相同，区别在于，请参阅图10所示，所述齿轮减速机构3包括与所述驱动电机41输出端固定连接的第一齿轮31和通过转轴与所述阶梯齿轮孔113转动连接的阶梯齿轮32，所述阶梯齿轮32与所述第一齿轮31啮合；所述齿轮减速机构3还包括通过转轴与所述输出齿轮孔114转动连接的输出齿轮33，所述输出齿轮33与所述阶梯齿轮32啮合；所述输出齿轮33一侧靠近外圈的位置开有输出轴孔34；所述输出轴孔34通过转轴与所述第三轴孔232转动连接；达到更好的降低齿轮转速的目的。
实施例8
本发明实施例8提供的一种多飞行姿态扑翼微型飞行器与实施例7基本相同，区别在于，请参阅图11和图12所示，所述舵机长摇臂43包括圆柱体431，所述圆柱体431靠近所述安置板11一端端面中心处开有盲孔434；所述圆柱体431一端侧壁垂直连接有摇杆432，所述摇杆432远离圆柱体431一端设有与所述偏转舵机42输出端固定连接的偏转舵机输出孔435，所述圆柱体431另一端与所述摇杆432相对侧垂直设有连接板433，所述连接板433上开有拉丝孔436；
所述舵机短摇臂43一端开有第四轴孔441，所述第四轴孔441通过转轴与所述盲孔434固定连接；所述舵机短摇臂43另一端设有与所述定位槽孔111匹配的第五轴孔442，所述第五轴孔442通过连接转轴与所述安装孔221转动连接，所述连接转轴穿过所述定位槽孔111。
使用时，偏转舵机转动，带动舵机长摇臂43转动从而通过拉丝带动方向舵转动，同时通过舵机短摇臂43改变连杆位于定位通槽中的位置，使其在a、b、c三点转换，达到飞行器多姿态飞行的目的。
本发明的扑翼微型飞行器的使用原理如下：
通过远程控制器控制操控飞行器，扑翼微型飞行器扑翼机构2上下扑动时，左右连杆22均处于定位通槽111中部位置b，当左右两侧驱动电机41转速一样，偏转舵机42不偏转，两侧拍动翼21的拍动角平分线均处于水平位置，两侧拍动翼21产生推力一样，扑翼微型飞行器水平前飞；当左右两侧驱动电机41转速不一致，偏转舵机42不偏转，此时两侧拍动翼21产生推力不一致，产生绕飞行器纵向轴的偏转力矩，扑翼微型飞行器改变水平飞行方向，实现转弯，如图13所示；当左右两侧驱动电机41转速一样，一侧偏航舵机42偏转带动拉丝8改变方向舵7的偏转角，使方向舵7产生偏航力矩，扑翼微型飞行器改变水平飞行方向，实现转弯，如图14所示；
扑翼微型飞行器拍动翼21前后扑动时：当左右连杆22均处于定位通槽111中部位置b，左右两侧驱动电机41转速一样，两侧拍动翼21的拍动角平分线均处于水平位置，此时两侧拍动翼21产生升力一样，扑翼微型飞行器垂直上升；如图12所示，当左右连杆22均处于滑槽定位通槽111中部位置b，左右两侧驱动电机41转速不一致，此时两侧拍动翼21产生升力不一致，产生绕飞行器纵向轴的偏转力矩，实现竖直方向滚转机动飞行；如图15所示，当左右连杆22均处于定位通槽111上部位置a(或下部位置c)，左右两侧驱动电机41转速一致，此时两侧拍动翼21拍动角平分线均偏离水平线向下(或向上)，产生绕飞行器横向轴的偏转力矩，实现竖直方向俯仰机动飞行；如图16所示，当左右连杆22分别处于定位通槽111上部位置a和下部位置b，左右两侧驱动电机41转速一致，此时两侧拍动翼21拍动角平分线分别偏离水平线向下和向上，产生绕飞行器航向轴的偏转力矩，实现竖直方向偏航机动飞行。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。