一种对拍四翼微型扑翼飞行器

本实用新型属于飞行器技术领域，具体涉及一种对拍四翼微型扑翼飞行器。

背景技术：

近些年，随着扑翼空气动力学和电子机械技术的快速发展，各国纷纷开始研究仿生鸟类和昆虫类的扑翼飞行器，使得微型扑翼飞行器成为目前机器人研究最活跃的领域。

传统扑翼飞行器大多采用两翼式仿鸟扑翼飞行，承载能力较弱，两翼扑动产生的升力较小且不稳定，难以实现特殊的飞行动作，实际应用能力较弱。而新的研究发现，对拍扑翼扑动时能够产生更多升力且升力稳定，为实现对拍扑翼扑动，需要设计相应的扑动机构，且为实现飞行器的特殊飞行动作，需要设计可行的控制机构。因此，一种结构简单、控制可行、承载能力强、飞行动作多的微型扑翼飞行器是目前的研究热点。

技术实现要素：

本实用新型的目的是解决上述问题，提供一种结构简单、控制可行、承载能力强、飞行动作多的对拍四翼微型扑翼飞行器。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种对拍四翼微型扑翼飞行器，包括机身、二面角控制机构、扑翼机构、扑翼和起落架，二面角控制机构位于机身的上部，起落架位于机身的下部；扑翼与扑翼机构相连，扑翼机构包括左扑翼机构、右扑翼机构，左扑翼机构与二面角控制机构的左侧相连，右扑翼机构与二面角控制机构的右侧相连，左扑翼机构和右扑翼机构结构相同；左扑翼机构和右扑翼机构在工作过程中带动二面角控制机构运动，从而带动机身运动，起落架对机身起到支撑的作用。

优选地，所述机身包括碳棒、锂电池、飞控系统承载架，翅根连接件、翅根机身连接件、轴承和连接杆，轴承位于飞控系统承载架的底部；飞控系统承载架的截面呈“山”字型结构，飞控系统承载架上设有承载架孔，碳棒的端部穿过承载架孔与飞控系统承载架相连，碳棒的另一端分别与二面角控制机构、扑翼机构和起落架相连；飞控系统承载架的底部通过翅根机身连接件与连接杆的端部相连，连接杆的另一端通过翅根连接件与碳棒相连，锂电池与扑翼机构电连接。

优选地，所述碳棒包括第一碳棒组、第二碳棒组和第三碳棒，第一碳棒组包括两根竖直布置的碳棒，第二碳棒组包括两根竖直布置的碳棒，第二碳棒组中的碳棒长度大于第一碳棒组中的碳棒长度；第一碳棒组的端部与飞控系统承载架相连，第一碳棒组的另一端与二面角控制机构相连，第二碳棒组的端部与翅根连接件相连，第二碳棒组的另一端与扑翼机构相连，第三碳棒的端部穿设于飞控系统承载架，第三碳棒的另一端与起落架相连。

优选地，所述翅根连接件的截面呈“凸”字形结构，翅根连接件上设有第一翅根连接件孔和第二翅根连接件孔，第一翅根连接件孔的轴线和第二翅根连接件孔的轴线互相垂直，连接杆的端部与翅根机身连接件相连，另一端穿设于第一翅根连接件孔内部并与翅根连接件相连，第二碳棒组的端部穿过第二翅根连接件孔与翅根连接件相连。

优选地，所述左扑翼机构包括左扑翼支架、无刷电机、主动齿轮、一级减速齿轮、二级减速齿轮、曲柄连杆及扑翼摇杆，无刷电机的电机端与左扑翼支架相连，扑翼摇杆与左扑翼支架转动连接；无刷电机的转轴端与主动齿轮相连，主动齿轮与一级减速齿轮啮合，一级减速齿轮与二级减速齿轮啮合，曲柄连杆的端部与二级减速齿轮相连，曲柄连杆的另一端与扑翼摇杆相连，扑翼摇杆的端部与扑翼相连，无刷电机工作时，依次带动主动齿轮、一级减速齿轮、二级减速齿轮转动，从而带动曲柄连杆和扑翼摇杆做相应运动。

优选地，所述二面角控制机构包括上端板、直线舵机、中间挡板、底板、左臂杆、右臂杆、直齿条、直线舵机移动件和固定碳棒，左臂杆与右臂杆结构相同，左臂杆的端部与右臂杆的端部对称的分布在中间挡板与底板之间；上端板与中间挡板通过固定碳棒相连，中间挡板与底板通过固定碳棒相连，上端板的底部与直线舵机相连，直线舵机移动件与直线舵机相连，直线舵机带动直线舵机移动件移动；直齿条位于中间挡板与底板之间，直齿条的两边分别与左臂杆和右臂杆啮合，直线舵机移动件与直齿条相连，直线舵机移动件运动时带动直齿条运动，继而使左臂杆和右臂杆运动。

优选地，所述左臂杆的端部为齿轮结构，固定碳棒穿过左臂杆的端部与底板相连，左臂杆带齿轮结构的端部能够绕着固定碳棒转动，左臂杆带齿轮的端部与直齿条啮合，左臂杆的另一端设有左臂杆凸起，左臂杆凸起呈长方体状。

优选地，所述起落架包括起落架连接件、起落架支撑杆和起落架支承球，起落架支撑杆的端部与起落架连接件相连，起落架支撑杆的另一端与起落架支承球相连，起落架连接件通过碳棒与飞控系统承载架相连。

本实用新型的有益效果是：本实用新型所提供的对拍四翼微型扑翼飞行器具有结构新颖、简单可靠，控制可行，易于实现的特点。相比于传统的单扑翼扑动方式，对拍扑翼方式产生的升力更多且更稳定，因此承载能力更强，巡航时间更长，且独特的控制机构使其能完成更复杂的飞行动作。

附图说明

图1是本实用新型一种对拍四翼微型扑翼飞行器的结构示意图；

图2是本实用新型机身结构示意图；

图3是本实用新型左扑翼机构的结构示意图；

图4是本实用新型二面角控制机构的结构示意图；

图5是本实用新型起落架的俯视结构示意图。

附图标记说明：1、机身；2、二面角控制机构；3、左扑翼机构；4、右扑翼机构；5、扑翼；6、起落架；7、碳棒；8、飞控系统承载架；9、翅根连接件；10、翅根机身连接件；11、轴承；12、无刷电机；13、主动齿轮；14、一级减速齿轮；15、二级减速齿轮；16、曲柄连杆；17、扑翼摇杆；18、上端板；19、中间挡板；20、底板；21、左臂杆；22、右臂杆；23、直齿条；24、直线舵机移动件；25、固定碳棒；26、起落架连接件；27、起落架支撑杆；28、起落架支承球。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的说明：

如图1到图5所示，本实用新型提供的一种对拍四翼微型扑翼飞行器，包括机身1、二面角控制机构2、扑翼机构、扑翼5和起落架6，二面角控制机构2位于机身1的上部，起落架6位于机身1的下部。扑翼5与扑翼机构相连，扑翼机构包括左扑翼机构3、右扑翼机构4，左扑翼机构3与二面角控制机构2的左侧相连，右扑翼机构4与二面角控制机构2的右侧相连，左扑翼机构3和右扑翼机构4结构相同且对称的分布在二面角控制机构2的两边。左扑翼机构3和右扑翼机构4在工作过程中带动二面角控制机构2运动，从而带动机身1运动，起落架6对机身1起到支撑的作用。

如图2所示，机身1包括碳棒7、锂电池、飞控系统承载架8，翅根连接件9、翅根机身连接件10、轴承11和连接杆，轴承11位于飞控系统承载架8的底部，翅根连接件9、翅根机身连接件10、轴承11和连接杆呈左右对称的分布在飞控系统承载架8的两端。飞控系统承载架8的截面呈“山”字型结构，飞控系统承载架8上设有承载架孔，碳棒7的端部穿过承载架孔与飞控系统承载架8相连，碳棒7的另一端分别与二面角控制机构2、扑翼机构和起落架6相连。飞控系统承载架8的底部通过翅根机身连接件10与连接杆的端部相连，连接杆的另一端通过翅根连接件9与碳棒7相连，锂电池与飞控系统承载架8固连，锂电池与扑翼机构电连接。本实施例中翅根机身连接件10和轴承11均为现有成熟技术设备，翅根机身连接件10用于固定连接杆的端部。连接杆为圆柱状结构，翅根机身连接件10套设在连接杆的端部且固连，翅根连接件9套设在连接杆的另一端且固连。

碳棒7包括第一碳棒组、第二碳棒组和第三碳棒，第一碳棒组包括两根竖直布置的碳棒，第二碳棒组包括两根竖直布置的碳棒，第二碳棒组中的碳棒长度大于第一碳棒组中的碳棒长度。第一碳棒组的端部与飞控系统承载架8相连，第一碳棒组的另一端与二面角控制机构2相连，第二碳棒组的端部与翅根连接件9相连，第二碳棒组的另一端与扑翼机构相连，第三碳棒的端部穿设于飞控系统承载架8，第三碳棒的另一端与起落架6相连。

翅根连接件9的截面呈“凸”字形结构，翅根连接件9上设有第一翅根连接件孔和第二翅根连接件孔，第一翅根连接件孔的轴线和第二翅根连接件孔的轴线互相垂直，连接杆的端部与翅根机身连接件10相连，另一端穿设于第一翅根连接件孔内部并与翅根连接件9相连，第二碳棒组的端部穿过第二翅根连接件孔与翅根连接件9相连。

在实际使用过程中，通过调节飞控系统承载架8与碳棒7的相对位置，从而实现飞行器整体重心的变化，以便更有利于整个实用新型的飞行运动。

如图3所示，左扑翼机构3包括左扑翼支架、无刷电机12、主动齿轮13、一级减速齿轮14、二级减速齿轮15、曲柄连杆16及扑翼摇杆17，无刷电机12的电机端与左扑翼支架相连，扑翼摇杆17与左扑翼支架转动连接。无刷电机12的转轴端与主动齿轮13相连，主动齿轮13与一级减速齿轮14啮合，一级减速齿轮14与二级减速齿轮15啮合，曲柄连杆16的端部与二级减速齿轮15相连，曲柄连杆16的另一端与扑翼摇杆17相连，扑翼摇杆17的端部与扑翼5相连，无刷电机12工作时，依次带动主动齿轮13、一级减速齿轮14、二级减速齿轮15转动，从而带动曲柄连杆16和扑翼摇杆17做相应运动。

扑翼摇杆17的数量为二且层叠状与左扑翼支架转动连接，二级减速齿轮15的数量为二且啮合，曲柄连杆16的数量为二，两个曲柄连杆16的端部分别与两个二级减速齿轮15的端面相连，另一端分别与两个扑翼摇杆17相连。在工作过程中，两个二级减速齿轮15转动时带动两个曲柄连杆16进行运动，继而带动两个扑翼摇杆17进行相应的运动。从而使扑翼5进行运动。

扑翼5为板状的平面结构，扑翼5的一边与扑翼摇杆17固连，扑翼5相邻的一边套设在第二碳棒组上。扑翼摇杆17运动时带动扑翼5转动。在本实施了中，扑翼5的数量为四个，且两个为一组分别与左扑翼机构3和右扑翼机构4相连。

锂电池与无刷电机12电连接，锂电池为无刷电机12的工作提供电能。无刷电机12带动安装在左扑翼支架上的一级减速齿轮14、二级减速齿轮15、曲柄连杆16及扑翼摇杆17运动，最终将无刷电机12中电机轴的转动运动转化为扑翼摇杆17的往复运动，最后带动扑翼5做周期性扑动产生飞行所需升力。

如图4所示，二面角控制机构2包括上端板18、直线舵机、中间挡板19、底板20、左臂杆21、右臂杆22、直齿条23、直线舵机移动件24和固定碳棒25，左臂杆21与右臂杆22结构相同，左臂杆21的端部与右臂杆22的端部对称的分布在中间挡板19与底板20之间。上端板18与中间挡板19通过固定碳棒25相连，中间挡板19与底板20通过固定碳棒25相连，上端板18的底部与直线舵机相连，直线舵机移动件24与直线舵机相连，直线舵机带动直线舵机移动件24移动。直齿条23位于中间挡板19与底板20之间，直齿条23的两边分别与左臂杆21和右臂杆22啮合，直线舵机移动件24与直齿条23相连，直线舵机移动件24运动时带动直齿条23运动，继而使左臂杆21和右臂杆22运动。

锂电池与直线舵机电连接，控制直线舵机的转动，无刷电机12的转动均为现有的成熟技术手段和设备。

左臂杆21的端部为齿轮结构，固定碳棒25穿过左臂杆21的端部与底板20相连，左臂杆21带齿轮结构的端部能够绕着固定碳棒25转动，左臂杆21带齿轮的端部与直齿条23啮合，左臂杆21的另一端设有左臂杆凸起，左臂杆凸起呈长方体状。直齿条23为长方体结构，直齿条23的两边为齿牙结构，直齿条23带齿的两边分别与左臂杆21与右臂杆22啮合。

固定碳棒25的数量为多个，起到连接上端板18、中间挡板19、底板20的作用同时还起到支撑的作用。

左扑翼支架与二面角控制机构的左臂杆21连接，左臂杆21在转动过程中，可以带动左扑翼支架运动，同时使左扑翼机构3随之向内侧或向外侧进行偏转。同理，右臂杆22在运动过程中带动右扑翼机构4做对应运动。

如图5所示，起落架6包括起落架连接件26、起落架支撑杆27和起落架支承球28，起落架支撑杆27的端部与起落架连接件26相连，起落架支撑杆27的另一端与起落架支承球28相连，起落架连接件26通过碳棒与飞控系统承载架8相连。连接件26、起落架支撑杆27和起落架支承球28均为现有成熟设备。

起落架支撑杆27的数量为三个，俯视图下，三个起落架支撑杆27彼此所成角度皆为120°。起落架连接件26上部与穿过锂电池及飞控系统承载架8中部的碳棒相连。在飞行器起飞和降落的时候可以提供支撑作用，同时能够使机身飞行时保持平衡。在本实施例中，飞行器指代本实用新型的整个结构装置。

本实用新型的一种对拍四翼微型扑翼飞行器的几种飞行动作控制方法如下：

悬停动作：

控制左扑翼机构3和右扑翼机构4中的无刷电机的转速，当两侧无刷电机转速大致相同且达到飞行器起飞所需转速的临界区间时，可使扑翼扑动产生的总升力略大于飞行器整体重量，此时飞行器悬停。当控制转速小于这个区间时，飞行器会垂直下降。当控制转速大于这个区间时，飞行器会垂直上升。

滚转动作：

控制左扑翼机构3和右扑翼机构4中的无刷电机的转速，当左侧扑翼机构3中无刷电机转速小于右扑翼机构4中无刷电机转速，飞行器向左侧做滚转动作。反之，飞行器向右侧做滚转动作。

俯仰动作：

控制二面角控制机构2的中的直线舵机，当直线舵机移动件24前移，带动扑翼机构3和右扑翼机构4整体向内偏转，则飞行器实现俯这一动作，此时飞行器前飞。当直线舵机移动件24后移，带动扑翼机构3和右扑翼机构4整体向外偏转，则飞行器实现仰这一动作，此时飞行器后飞。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。