一种仿生蝴蝶扑翼飞行器的制作方法

本实用新型涉及仿生技术领域，具体是一种仿生蝴蝶扑翼飞行器。

背景技术：

蝴蝶是自然生态系统的组成部分，是一类在科学文化、经济、艺术、医药等诸多方面均具有重要价值的昆虫资源，有巨大的美学、经济和生态价值。被喻为“会飞的鲜花”“大自然的舞姬”，它是大自然的艺术品。

自然界是科学思想、工程原理及技术革新的源泉，在人类向自然学习过程中，往往伴随重大的实用新型。众所周知，自然界的生物经过长期进化而适应环境变化，获得生存和发展的独特技能，例如昆虫和鸟类的超强飞行能力。更深层次的是昆虫和鸟类的超强飞行能力的科学技术，引起了人们的关注，并运用于飞行器工程的研究。与固定翼飞行器、旋翼飞行器的气流运动相比，扑翼式飞行器具有利用自身机翼扇动的独特性，带动周围气流运动在扑翼下面形成涡流，产生的上、下大气压的差来飞行。扑翼式飞行器尺寸小、噪音弱、长距离飞行、灵活性强、空中悬停、隐蔽性好，已经成为当今飞行器的研究热点。

如中国专利号为201821243150.5的仿蝴蝶扑翼飞行器中，曲柄连杆的一端与设在机架中滑道内的纵向滑块相连；左右两支杆通过支点轴与机架连接，支杆的内端与传动连杆活动相连，传动连杆的另一端固定在纵向滑块上；前翅固定安装在支杆上，前翅的尾部设有三角滑槽，后翅前端的外侧与装在三角滑槽内的翅间滑块固接，后翅的前端内侧安装有滑动环，滑动环套在机架后端的轴梁上，翅间滑块、滑动环还分别通过后拉橡皮筋、前拉橡皮筋与前翅相连。本实用新型具有结构简单、新颖，飞行性能稳定等特点，其原理是，当仿生蝴蝶翅膀下扑时，翅膀迎风面积增大，上下压力差增大；上扑时，翅膀迎风面积收缩，上下压力差减小，从而产生升力，但是未对转向进行设计，导致只可升降，不可转向，灵活性差。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提出一种仿生蝴蝶扑翼飞行器。

一种仿生蝴蝶扑翼飞行器，包括控制模块、用于实现升力的右前翅膀和左前翅膀、用于偏向的右后翅膀和左后翅膀、设置在飞行器尾部用于为控制模块供电的电源，还包括：

飞行装置，设置在右前翅膀和左前翅膀之间，用于使得飞行器上升飞行；

转向装置，设置在右后翅膀和左后翅膀之间，用于使得飞行装置进行转向。

所述的飞行器头部设置有用于接收控制模块信号的若干组天线。

所述的控制模块为实现总控的stc15f2k6s2单片机、采集飞行器空中姿态实现反馈的mpu6050陀螺仪。

所述的飞行装置包括设置在右前翅膀和左前翅膀之间的固定支座、设置在固定支座一端面上的伺服电机、设置在固定支座远离伺服电机一端面上且与伺服电机配合的第一主动齿轮、与第一主动齿轮啮合的第一从动齿轮、在固定支座与第一从动齿轮上均有设置且分别与右前翅膀和左前翅膀配合的摆动装置。

所述的伺服电机为用于提供飞行动力的无刷电机。

所述的摆动装置包括第二从动齿轮、在第二从动齿轮上均有设置且与第二从动齿轮偏心配合的连杆。

两组连杆一端均通过铰链与第二从动齿轮配合，两组连杆远离第二从动齿轮端通过铰链分别与右前翅膀和左前翅膀配合。

所述的转向装置包括设置在右后翅膀和左后翅膀之间的舵机支架、设置在舵机支架上的两组舵机，两组舵机上均设置有分别与右后翅膀和左后翅膀配合的弯曲连杆。

本实用新型的有益效果是：通过将蝴蝶的翅膀分为右前翅膀和左前翅膀、右后翅膀和左后翅膀并分别对右前翅膀和左前翅膀进行上升力的驱动、对右后翅膀和左后翅膀进行偏向驱动，相对于传统的直接进行升降飞行的仿生飞行器，本实用新型具有灵活性强、成本低、精准度高的优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的主视结构示意图；

图3为本实用新型的飞行装置立体结构示意图；

图4为本实用新型的转向装置立体结构示意图；

图5为本实用新型的局部立体结构示意图；

图6为本实用新型的左前翅膀结构示意图；

图7为本实用新型的左后翅膀结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本实用新型进一步阐述。

如图1至图7所示，一种仿生蝴蝶扑翼飞行器，包括控制模块3、用于实现升力的右前翅膀1和左前翅膀6、用于偏向的右后翅膀2和左后翅膀5、设置在飞行器尾部用于为控制模块3供电的电源4，还包括：

飞行装置，设置在右前翅膀1和左前翅膀6之间，用于使得飞行器上升飞行；

转向装置，设置在右后翅膀2和左后翅膀5之间，用于使得飞行装置进行转向。

所述的右前翅膀1和左前翅膀6、右后翅膀2和左后翅膀5通过开设的盲孔固定并胶合以连成一个飞行器总躯干。

所述的飞行器头部设置有用于接收控制模块3信号的若干组天线7。

所述的控制模块3为实现总控的stc15f2k6s2单片机、采集飞行器空中姿态实现反馈的mpu6050陀螺仪。

所述的飞行装置包括设置在右前翅膀1和左前翅膀6之间的固定支座12、设置在固定支座12一端面上的伺服电机8、设置在固定支座12远离伺服电机8一端面上且与伺服电机8配合的第一主动齿轮15、与第一主动齿轮15啮合的第一从动齿轮16、在固定支座12与第一从动齿轮16上均有设置且分别与右前翅膀1和左前翅膀6配合的摆动装置。

通过将蝴蝶的翅膀分为右前翅膀1和左前翅膀6、右后翅膀2和左后翅膀5并分别对右前翅膀1和左前翅膀6进行上升力的驱动、对右后翅膀2和左后翅膀5进行偏向驱动，相对于传统的直接进行升降飞行的仿生飞行器，本实用新型具有灵活性强、成本低、精准度高的优点。

所述的伺服电机8为用于提供飞行动力的无刷电机。

无刷电机的运转效率、低速转矩、转速精度都比任何控制技术的变频器要好，无刷电机在我国的发展时间虽短，但是随着技术的日益成熟与完善得到了迅猛发展。

所述的摆动装置包括第二从动齿轮17、在第二从动齿轮17上均有设置且与第二从动齿轮17偏心配合的连杆11。

两组连杆11一端均通过铰链13与第二从动齿轮17配合，两组连杆11远离第二从动齿轮17端通过铰链13分别与右前翅膀1和左前翅膀6配合。

所述的转向装置包括设置在右后翅膀2和左后翅膀5之间的舵机支架14、设置在舵机支架14上的两组舵机9，两组舵机9上均设置有分别与右后翅膀2和左后翅膀5配合的弯曲连杆10。

所述的右前翅膀1和左前翅膀6、右后翅膀2和左后翅膀5为翅膀组件。

蝴蝶飞行时翅膀的举力平衡体重，推力平衡身体阻力，通过调整身体的俯仰角来达到力的平衡，当俯仰角变化范围为28°-0°时，举力和推力分别与体重以及身体的阻力平衡。

平衡时一个拍动周期内，翅的平均举力系数平均推力系数翅的总面积s＝253.12cm²，参考速度u＝0.56m/s，可以算出：翅膀组件共同产生的举力为0.382n，推力为6.0×10^-3n。蝴蝶的重量为0.366n，可见举力足够支撑其飞行，目前还没有前飞时蝴蝶身体阻力的准确数据，不过可以估算蝴蝶身体的阻力，6.0×10^-3n的推力基本可以平衡其身体前飞时的阻力。

本实用新型的使用方法：第一主动齿轮15、第一从动齿轮16、两组第二从动齿轮17构成定轴轮系，第一从动齿轮16与一组第二从动齿轮17同轴转动，两组第二从动齿轮17规格相同，均通过铰链13联接连杆11的一端，两组连杆11的另一端通过铰链13分别与右前翅膀1和左前翅膀6配合，使右前翅膀1和左前翅膀6绕铰链13同等效率的上下煽动，从而实现仿生蝴蝶飞行的基本动作；通过蝴蝶翅膀形状结构的仿生和伺服电机8转速的变化，在前后缘和侧缘形成了一个大涡环，保证仿生蝴蝶飞行时的大升力，由此满足仿生蝴蝶的高升力机理条件；转向时，通过弯曲连杆10与舵机9连接，以向右飞行为例，左边舵机9转动一定角度，通过弯曲连杆10带动左后翅膀5的翅膀向上偏移，使左边升力增加，从而使蝴蝶能够向右转向。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。