一种仿鸟微型扑翼飞行器的制作方法

本发明属于飞行器技术领域，尤其涉及一种仿鸟微型扑翼飞行器。

背景技术：

自然界中的鸟类拥有着令人赞叹的飞行能力，其飞行方式一直吸引着人们的研究。鸟类飞行时翅膀的运动姿态一般可以简化为上下扑动、弦向扭转和前后掠动。研究表明鸟类飞行时翅膀末端的轨迹成“8”字形时有着最高的飞行效率。针对鸟类的飞行特点，人们发明了各种各样的模仿鸟类使用翅膀拍动来提供升力和转动的扑翼飞行器。扑翼飞行器在民用和军用等方面均有极大的应用前景和发展空间。但是，目前常见的仿鸟扑翼飞行器一般都是只能上下扑动的单自由度扑翼结构，飞行效率低，且飞行状态不稳定，转向结构控制复杂，或者扑翼有多自由度但是扑翼结构复杂，难以微型化，以及存在仿生程度不高等问题。

技术实现要素：

本发明提供一种仿鸟微型扑翼飞行器，以解决目前扑翼飞行器结构复杂、转向困难、飞行不稳定、飞行效率低问题。

为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：一种仿鸟微型扑翼飞行器，包括机架、驱动机构、控制机构、锂电池、转向机构、左扑动机构、左扑翼、右扑动机构、右扑翼、尾翼以及俯仰机构；其中所述驱动机构安装在所述机架上，所述左扑动机构与右扑动机构分别安装在所述机架两侧，由所述驱动机构驱动，并分别与所述左扑翼与右扑翼相连，控制所述左扑翼与右扑翼扑动且使所述左扑翼与右扑翼末端运动轨迹均为球面“8”字形；所述转向机构安装在所述机架上，控制本飞行器左右转向；所述俯仰机构安装在所述机架上，控制所述尾翼上下摆动；所述锂电池为本飞行器提供动力，所述控制机构接受外部信号并控制飞行器整体飞行状态。

进一步地，所述驱动机构包括驱动齿轮、减速齿轮一、减速齿轮二、大齿轮、电机、圆盘，其中所述大齿轮与所述圆盘通过连接轴一起安装在所述机架两侧，所述大齿轮与所述减速齿轮二啮合，所述减速齿轮一与减速齿轮二同轴连接，所述减速齿轮一与驱动齿轮啮合，所述驱动齿轮201连接在电机的转动轴上，所述电机固定在所述机架上。

优选地，所述驱动机构中的圆盘与所述大齿轮外径相同，且所述圆盘可替换为所述大齿轮。

进一步地，所述左扑动机构包括连杆一、连杆二、连杆三、连杆四、万向节、挡板，其中所述连杆一一端与所述大齿轮或圆盘相连，另一端与所述连杆二相连，所述连杆二与连杆三相连，所述连杆三与连杆三相连，所述连杆四与所述万向节相连，所述左扑翼固定在所述连杆四上，所述万向节固定在所述机架上；所述右扑动机构与所述左扑动机构整体结构相同，所述左扑动机构与所述右扑动机构中至少有一个扑动机构与一个所述大齿轮相连。

进一步地，所述转向机构包括舵机一、支架、控制机构、锂电池，其中所述舵机一固定在所述机架上，所述支架与舵机一的转动轴连接，所述支架里装有锂电池和控制机构，所述机架上开有支架孔，所述支架安放在所述支架孔内，并由所述舵机一驱动在所述支架孔内左右摆动，通过所述锂电池、控制机构的自身重心偏离使本飞行器转向。

进一步地，所述俯仰机构包括舵机二、皮带轮一、皮带轮二、皮带、尾轴、尾翼，其中所述舵机二固定在所述机架上，所述皮带轮一固定在所述舵机二的转动轴上，所述皮带轮二与尾翼通过尾轴固定在所述机架上，所述皮带连接皮带轮一和皮带轮二，通过所述舵机二控制所述尾翼上下摆动，从而使本飞行器实现上仰和下俯运动。

优选地，所述机架采用仿鸟类轮廓的碳纤维薄板材料进行制作。

优选地，所述左扑翼、右扑翼、尾翼的骨架材料均为碳纤维材料制作。

优选地，所述左扑翼、右扑翼、尾翼的骨架表面均匀固定覆盖着天然橡胶薄膜。

本发明的优点是结构新颖，实用性强。运动仿真表明左右扑翼末端运动轨迹均为球面“8”字形，与自然界中鸟类的飞行方式相似，符合空气动力学，飞行效率高；转向机构利用装置自身零件的重量，通过改变装置重心的方式实现转向，方法独特，实用高效；整体结构简单，布局合理，飞行稳定，重量轻，体积小，外观仿生性强。

附图说明

图1是本发明一种仿鸟微型扑翼飞行器的整体机构示意图；

图2是驱动机构2放大结构示意图；

图3a是左扑动机构6放大结构示意图；

图3b是左扑翼7和右扑翼9处于上极限位置状态图；

图3c是左扑翼7和右扑翼9处于下极限位置状态图；

图4a是转向机构5放大结构示意图；

图4b是支架502偏向左侧，飞行器处于左转状态图；

图4c是支架502偏向右侧，飞行器处于右转状态图；

图5a是俯仰机构11放大结构示意图；

图5b是尾翼10处于上角度极限位置，飞行器处于上仰状态图；

图5c是尾翼10处于下角度极限位置，飞行器处于下俯状态图；

图6是本飞行器的控制机构示意图；

图中：1机架，2驱动机构，201驱动齿轮，202减速齿轮一，203减速齿轮二，204大齿轮，2041通孔一，205电机，206圆盘，2061通孔二，3控制系统，4锂电池，5转向机构，501舵机一，502支架，6左扑动机构，601连杆一，602连杆二，6021通孔三，6022通孔四，603连杆三，604连杆四，605万向节，606挡板，7左扑翼，8右扑动机构，801连杆五，802连杆六，803连杆七，804连杆八，9右扑翼，10尾翼，11俯仰机构，1101舵机二，1102皮带轮一，1103皮带轮二，1104皮带，1105尾轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施方法作进一步地描述。

如图1所示，一种仿鸟微型扑翼飞行器，包括机架1、驱动机构2、控制机构3、锂电池4、转向机构5、左扑动机构6、左扑翼7、右扑动机构8、右扑翼9、尾翼10、俯仰机构11，所述机架1为一个仿鸟类轮廓的薄板，所述左扑动机构6与所述右扑动机构8结构、材料和参数相同，分别固定在所述机架1的两侧，所述左扑翼7与右扑翼9结构、材料和参数相同，分别固定连接在所述左扑动机构6和右扑动机构8上，所述转向机构5位于机架中部，所述尾翼10连接在机架1的末端，所述俯仰机构11位于机架1的末端与尾翼相连。

如图1、2所示，驱动机构2包括驱动齿轮201、减速齿轮一202、减速齿轮二203、大齿轮204、电机205、圆盘206，所述驱动齿轮201固定连接在所述电机205的驱动轴上，所述驱动齿轮201与所述减速齿轮一202啮合，所述减速齿轮一202与所述减速齿轮二203同轴固定连接，同时转动；所述减速齿轮二203与所述大齿轮204啮合，所述大齿轮204与圆盘206外径相同，二者同轴固定连接，对称放置在所述机架1两侧，此处所述圆盘206可替换为一个所述大齿轮204。所述大齿轮204与所述圆盘206均为部分镂空以减轻重量，且相同位置分别打有通孔一2041与通孔二2061。当所述电机205工作时，带动所述驱动齿轮201旋转，所述驱动齿轮201带动所述减速齿轮一202旋转，所述减速齿轮一202带动减速齿轮二203旋转，所述减速齿轮二203带动所述大齿轮204和/或圆盘206旋转。

如图2和3a所示，所述左扑动机构6包括连杆一601、连杆二602、连杆三603、连杆四604、万向节605、挡板606，所述连杆一601与所述通孔一2041连接，所述连杆二602上有两个个垂直分布的通孔三6021、通孔四6022，所述连杆一601另一端与所述通孔三6021连接，所述连杆三603与所述通孔四6022连接，所述连杆四604一端与所述连杆三603相连，另一端与所述万向节605相连，所述左扑翼7固定在所述连杆四604的末端，所述万向节605垂直固定在所述挡板606上，所述挡板606垂直固定在所述机架1上。另外，所述右扑动机构8的连杆五801与所述圆盘206的通孔二2061连接。当所述大齿轮204和圆盘206旋转时，带动所述连杆一601和连杆五801转动，相当于曲柄结构，从而带动所述连杆二602和连杆六802，再带动连杆三603、连杆七803以及连杆四604、连杆八804运动，在各个连杆的相互作用下，所述左扑翼7和右扑翼9作周期性扑动和扭转，实现预期的运动。如前所述，图3a中的所述圆盘206可替换为一个所述的大齿轮204，此种替换不会影响本飞行器的飞行功能，另外图3a中的所述大齿轮204与所述圆盘206的左右位置可以对调，即所述大齿轮204与所述右扑动机构8相连，所述圆盘206与所述左扑动机构6相连，此时所述驱动机构2的其他部件做相应位置改变即可。

如图3b所示，所述左扑翼7和右扑翼9处于上极限位置；如图3c所示，所述左扑翼7和右扑翼9处于下极限位置

如图1和4a所示，所述转向机构5包括舵机一501、支架502、控制机构3、锂电池4，所述舵机一501置中固定在机架1上，所述支架502与舵机一501的转动轴连接，所述控制机构3和锂电池4放置在支架502里面，可以随所述舵机一501的转动轴转动，所述控制机构3包括控制模块和无线电接收模板。所述机架1上开有支架孔，所述支架502安放在所述支架孔内。当所述舵机一501控制所述支架502处于中间位置时，本飞行器整体的重心处于中间位置，飞行器沿直线方向飞行；当所述舵机一501控制所述支架502偏向左侧时，本飞行器整体重心偏向左侧，飞行器偏向左侧飞行；当所述舵机一501控制所述支架502偏向右侧时，本飞行器整体重心偏向右侧，飞行器偏向右侧飞行，实现转向动作。

如图4b所示，所述支架502偏向左侧，本飞行器重心偏向左侧，飞行器处于左转状态；如图4c所示，所述支架502偏向右侧，飞行器重心偏向右侧，飞行器处于右转状态。

如图1和5a所示，所述俯仰机构11包括舵机二1101、皮带轮一1102、皮带轮二1103、皮带1104、尾轴1105、尾翼10，所述舵机二1101固定在所述机架1上，所述皮带轮一1102固定在所述舵机二1101的转动轴上，所述皮带轮二1103与所述尾翼10通过尾轴1105固定在所述机架1上，所述皮带1104连接所述皮带轮一1102和所述皮带轮二1103。当所述舵机二1101控制所述皮带1104转动时，所述尾翼10向下或者向上转动角度，本飞行器整体随之下俯或者上仰，实现俯仰动作。

如图5b所示，所述尾翼10处于上极限位置，本飞行器处于上仰状态；如图5c所示，所述尾翼10处于下极限位置，本飞行器处于下俯状态。

另外，本发明中所述机架1、左扑翼7、右扑翼9、尾翼10的骨架材料均为碳纤维，所述左扑翼7、右扑翼9、尾翼10的骨架表面均匀固定覆盖着天然橡胶薄膜，以实现扑翼和尾翼的功能，天然橡胶薄膜特点是重量轻、有弹性、机械强度好、噪声小。

本发明工作时，操作人员使用无线电控制器发出无线电信号，所述控制机构3接收到信号后控制电机205和舵机一501、舵机二1101做出相应的转动。所述驱动机构2将动力传输到所述左扑翼机构6和右扑翼机构8，再带动所述左扑翼7和右扑翼9上下拍动和扭转，使本飞行器产生上升的动力，所述左扑翼7和右扑翼9的扑动速度越大，飞行器飞行速度越快，反之亦然；所述舵机一501控制所述支架502向左侧或者右侧偏转，偏转角度越大则转向幅度越大；所述舵机二1101通过皮带控制尾翼10绕尾轴1105上下转动，所述尾翼10向上转动时飞行器上仰，所述尾翼10向下转动时飞行器下俯，且转动角度越大则俯仰程度越大。以上所述的控制机构3以及动力机构3中的控制技术以及动力来源均采用现有技术。