一种微型仿蜻蜓双扑翼飞行器的制作方法

本发明涉及扑翼飞行器设计领域，尤其涉及一种微型仿蜻蜓双扑翼飞行器。

背景技术：

微型扑翼飞行器是一种模仿鸟类或昆虫飞行的新概念飞行器，相比较于固定翼和旋翼飞行，扑翼飞行囊括了它们的优点，可以快速的起飞、加速和悬停，具有高度机动性和灵活性。随着科学技术的快速发展，尤其是微机电系统(mens)技术的发展为微小型飞行器的制造加工提供了便捷，微型飞行器(mav)的应用变得越来越广泛，在民用和军事方面拥有十分广阔的应用前景。

蜻蜓作为自然界飞行性能最优越的生物之一，能够在空中实现前进、后退、悬停以及其他一些高难度的机动飞行。蜻蜓的扑动频率约为30～50hz，飞行速度可达9m/s，通过其头部的扭动以及翅膀的扑动可以实现快速偏航飞行，尾部的调节可以改变蜻蜓自身重力的分布，帮助其更好地实现俯仰、翻转以及悬停等动作。

目前，一般微型仿生扑翼飞行器大部分采用的是一对扑翼产生升力和推力，效率较低，飞行不够灵活。在本发明中，由两对左右扑动完全对称的扑翼提供升力和推力，效率较高，且飞行稳定性较好。另外，其头部舵机和尾部舵机可以有效控制该飞行器的偏航与俯仰，使得飞行更加灵活。专利cn200942872y提供了一种仿蜻蜓双扑翼飞行器，该专利的缺陷非常明显，左右扑翼扑动完全不对称，左(右)扑翼向上扑动的同时，右(左)却向下扑动，造成飞行器飞行稳定性很差，甚至不能有效飞行。cn201010140927.7提出了一种微型仿蜻蜓双扑翼飞行器，该飞行器尾部采用的是固定翼平尾和垂尾的方式来控制飞行器的飞行姿态，与自然界中蜻蜓的飞行控制明显不同，仿生度不高。cn201710580936.x提出了一种可变幅值的仿蜻蜓扑翼飞行器，该飞行器采用单个舵机同时控制左右两个翅膀的扑动幅值，提高了飞行器的机动性，通过改变左右翅膀的扑动幅值，实现俯仰飞行控制，但是对于偏航控制很难实现。cn201810193389.4提出了一种多自由度仿蜻蜓扑翼飞行器，该飞行器采用四驱动扑翼的形式，四个扑翼可以单独扭转，飞行控制效率较高，可以轻松实现俯仰、偏航、悬停等动作，但是结构过于复杂，制作和装配精度要求较高，难以实现微型化。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种以简单紧凑的结构实现单电机驱动双扑翼，左右扑动均完全对称，飞行姿态易于控制，且仿生度较高的微型仿蜻蜓双扑翼飞行器。

本发明为克服上述技术问题采用以下技术方案：

一种微型仿蜻蜓双扑翼飞行器，主要由机头(1)、机身、四个拍动翼、机尾(3)、头部舵机(15)和尾部舵机(17)组成；

所述机身包含机身骨架(2)、拍动翼的传动模块和飞控模块(13)，所述拍动翼的传动模块和飞控模块(13)均固定在所述机身骨架(2)上；

所述传动模块包含微型电机(12)、一级减速齿轮(6)、二级减速齿轮(7)、两个输出齿轮(8)、两个连杆(9)、摇臂a(10)和摇臂b(11)；

所述微型电机(12)固定在所述机身骨架(2)上，一级减速齿轮(6)安装在微型电机(12)输出轴上，一级减速齿轮与二级减速齿轮(7)通过啮合传动，二级减速齿轮(7)与输出齿轮(8)均通过销轴固连在机身骨架(2)上；两个输出齿轮(8)对称固定在机身骨架(2)上并相互啮合；二级减速齿轮(7)与其中一个输出齿轮(8)啮合；每个连杆(9)的一端分别铰接在每个输出齿轮(8)的齿面上，另一端固定连接一个摇臂a(10)或摇臂b(11)，通过两个输出齿轮(8)的回转运动带动两个连杆(9)实现周期性转动，进而带动摇臂a(10)和摇臂b(11)上下扑动，每个摇臂的另一端与拍动翼固定连接，实现由摇臂带动拍动翼运动；

所述头部舵机(15)、尾部舵机(17)均固定在所述机身骨架(2)上，头部舵机(15)的输出轴分别通过头部连接件(14)和所述机头(1)固定连接，尾部舵机(17)的输出轴通过尾部连接件(16)和所述机尾(3)固定连接，用于调整机尾(3)的偏转方向；

所述飞控模块(13)分别和微型电机(12)、头部舵机(15)、尾部舵机(17)通过电气相连，飞控模块(13)用于控制微型电机(12)、头部舵机(15)、尾部舵机(17)工作，进而控制飞行器的飞行。

所述机身骨架(2)采用树脂材料或者尼龙材料，通过3d打印整体成型，为左右对称结构；中间四个顶角位置分别预留四个安装孔，方便与其他结构相连接。

所述拍动翼包含翅膀骨架(4)和翅膀薄膜(5)，对称分布在机身骨架(2)的两侧；翅膀骨架(4)材料为碳纤维，翅膀薄膜(5)材料选用0.1mm厚的聚酯薄膜，所述翅膀薄膜(5)粘贴在翅膀骨架(4)上；每一个翅膀骨架(4)分别和摇臂的一端固连接，四个拍动翼对称分布，实现同幅度的对称往复拍动。

述的摇臂a(10)和摇臂b(11)结构左右两侧各安装一个，具体安装过程如下：

每个摇臂底端的安装孔和机身骨架的顶角位置通过销轴铰接，摇臂一端留有柱形空腔，通过粘接剂与拍动翼翅根粘接固定；摇臂中部通过预留孔固定连接连杆；粘接剂采用环氧树脂胶。

所述的一级减速齿轮(6)、二级减速齿轮(7)与输出齿轮(8)组成二级齿轮减速机构；输出齿轮(8)、连杆(9)、摇臂a(10)、摇臂b(11)组成两套对称四连杆机构。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，最显著的特点是：通过单电机驱动双扑翼，以简单紧凑的结构实现复杂的双扑翼飞行运动，且左右扑动均完全对称，飞行稳定性较好；外形仿真度高，控制方法和自然界中蜻蜓更接近；通过其头部的左右运动和尾部的上下运动可以有效调节飞行器的飞行姿态，以实现仿生蜻蜓的灵活扑动飞行。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的机身骨架结构示意图；

图3是本发明的机身结构装配图；

图4是本发明的扑动结构示意图；

图5是本发明的头部控制结构细节图；

图6是本发明的尾部控制结构细节图；

图中，1-机头，2-机身骨架，3-机尾，4-翅膀骨架，5-翅膀薄膜，6-一级减速齿轮，7-二级减速齿轮，8-输出齿轮，9-连杆，10-摇臂a，11-摇臂b，12-微型电机，13-飞控模块，14-头部连接件，15-头部舵机，16-尾部连接件，17-尾部舵机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明：

实施例

如图1所示，本发明公开了一种微型仿蜻蜓双扑翼飞行器，主要包括机头(1)、机身、四个拍动翼、机尾(3)、头部舵机(15)和尾部舵机(17)。

如图2至图4所示，所述机身包含机身骨架(2)、拍动翼的传动模块和飞控模块(13)，其中，所述拍动翼的传动模块和飞控模块均固定在所述机身骨架上。

所述传动模块包含微型电机(12)、一级减速齿轮(6)、二级减速齿轮(7)、两个输出齿轮(8)、两个连杆(9)、摇臂a(10)，摇臂b(11)；所述微型电机固定在所述机身骨架上，一级减速齿轮(6)安装在电机输出轴上，并与二级减速齿轮(7)啮合传动，二级减速齿轮(7)与输出齿轮(8)均通过销轴固连在机身骨架上；同时，二级减速齿轮(7)与其中一个输出齿轮啮合，两个输出齿轮对称固定在机身骨架上并相互啮合；每个输出齿轮分别将连杆(9)的一端铰接在一起，每个连杆的另一端固定连接一个摇臂a(10)或摇臂b(11)，每个摇臂的另一端与拍动翼固定连接，实现由摇臂带动拍动翼运动。

所述头部舵机(15)、尾部舵机(17)均固定在所述机身骨架上，其输出轴分别通过头部连接件(14)和尾部连接件(16)和所述机头(1)、机尾(3)固定连接，分别用于调整机头、机尾的偏转方向；

所述飞控模块(13)分别和微型电机(12)、头部舵机(15)、尾部舵机(17)电气相连，用于根据外部命令控制微型电机(12)、头部舵机(15)、尾部舵机(17)工作，进而控制该飞行器的飞行。

所述机身骨架(2)采用树脂材料或者尼龙材料，通过3d打印整体成型，为左右对称结构；前后两端分别预留两个安装孔，中间四个顶角位置分别预留四个安装孔，方便与其他结构相连接。

所述拍动翼包含翅膀骨架(4)和翅膀薄膜(5)，对称分布在机身骨架两侧；翅膀骨架材料为碳纤维，翅膀薄膜材料选用0.1mm的聚酯薄膜，所述翅膀薄膜粘贴在翅膀骨架上；通过合理的初始安装，保证四个拍动翼对称分布，实现同幅度的对称往复拍动。

所述的摇臂a(10)和摇臂b(11)结构呈雨滴状，每个摇臂底端的安装孔和机身骨架的顶角位置通过销轴铰接，摇臂一端留有柱形空腔，通过粘接剂与拍动翼翅根粘接固定；摇臂中部通过预留孔固定连接连杆。粘接剂可以采用环氧树脂胶等。

如图5所示，机头(1)通过头部连接件(14)与头部舵机(15)相连，头部舵机的两侧安装孔与机身骨架预留孔固定连接，头部舵机转动后，通过头部连接件带动机头实现偏航转动。

如图6所示，机尾(3)与机身骨架(2)相连，尾部连接件(16)一端与机尾连接，另一端与尾部舵机(17)连接，尾部舵机的两侧安装孔与机身骨架预留孔固定连接，通过尾部舵机转动，带动机尾实现俯仰运动。

以上结合附图对本发明的一个具体实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式。任何在本发明的思路和原则之内所作的任何变动、替换等，均属于本发明的权利要求保护范畴。