一种可悬停扑翼飞行器及其飞行控制方式的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及飞行器领域，特别涉及一种可悬停扑翼飞行器及其飞行控制方式。
【背景技术】
[0002]自然界中，鸟类或昆虫的扑翼式飞行方式可以实现快速的起飞、加速和悬停，具有高度的机动性和灵活性。扑翼飞行器因其体积小、质量轻，在小空间下更具优势，具有良好的隐蔽性，在军、民用方面拥有十分广阔的应用前景。各国专家先后研制出“iBird-bot”、“Microrobotic Fly'“Hummingbird”、“Del fly Micro” 和 “ SmartBird ” 等一系列仿生扑翼飞行器，在前飞，后退，悬停等方面有了技术性的突破。
[0003]现有技术中，常见的扑翼飞行器存在以下几方面的问题:(1)扑翼运动不对称。很多扑翼飞行器采用不对称的滑块或连杆机构实现扑翼运动，这种设计结构简单，其效率低且无法实现飞行器稳定悬停；(2)升力不足。许多扑翼飞行器以左右两片扑翼的上下扑动来实现飞行，升力较低，只能依靠增加扑翼面积或提高扑动频率来提高升力，大大增加了体积和重量；(3)转向控制难。大多数的扑翼飞行器利用舵机带动附加翼面来实现机身的转向，这种设计一方面增加了重量，另一方面增加了控制复杂度。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了克服上述问题，提供一种可悬停扑翼飞行器及其飞行控制方式。
[0005]为达到上述目的，本发明采用的方法是:一种可悬停扑翼飞行器，包括机身和四套单扑翼机构，所述的四套单扑翼机构左右对称且前后对称地安装在机身两侧，单扑翼机构包括摆动支架和扑翼，摆动支架通过铰链和机身连接，其铰链轴和机身所处平面的垂直方向的夹角为小锐角，该锐角大小取值范围为3°至20° (包括3°和20° )，所述的扑翼和摆动支架固定连接。
[0006]作为本发明的一种优选，所述的单扑翼机构还包括作动器，偏心弯杆和限位杆，作动器固定安装在机身上，限位杆两两固定安装在摆动支架上，所述的偏心弯杆的一端和作动器的输出端固定连接，另一端折弯，折弯段插入两根限位杆之间，通过偏心旋转将作动器输出轴的转动转化为摆动支架的摆动。
[0007]作为本发明的一种优选，所述的单扑翼机构中的作动器是电机、带减速装置的电机或其他形式的低速大扭矩旋转作动器中的一种。
[0008]一种可悬停扑翼飞行器及其飞行控制方式，所述的控制方式包括如下步骤: 飞行器从静止或悬停状态上升时，同时加快四个单扑翼机构的摆动频率；
飞行器从悬停状态下降时，同时降低四个单扑翼机构的摆动频率；
飞行器从悬停状态向一侧进行俯仰或滚转时，降低该侧两个单扑翼机构的摆动频率同时加快另一侧两个单扑翼机构的摆动频率；
飞行器从悬停状态向一侧飞行时，先向该侧进行俯仰或滚转至一定的倾角，然后将四个单扑翼机构摆动频率调整一致，该频率应使该倾角下四个扑翼的总升力和飞行器重力平衡；
飞行器从悬停状态向一侧转向时，机身同一对角线上的两个单扑翼机构摆动频率一致，不同对角线上的单扑翼机构摆动频率分别增大或减小，获得指向该侧的转向力矩。
[0009]有益效果:
本发明技术方案相比现有技术中的方案，采用对称安装的四套单扑翼机构来实现飞行，对称构型可以使飞行器在飞行时能稳定悬停；利用与机身平面垂直方向小锐角倾斜安装的扑翼进行小倾角横向扑动可以在产生较大升力同时具有足够的侧向力，可直接实现机身转向控制，该设计一方面减小体积、减轻重量，另一方面减小控制复杂度；采用偏心弯杆将作动器转动转化为扑翼摆动的设计，结构简单，提高作动效率。
【附图说明】
[0010]图1是本发明的可悬停扑翼飞行器整体示意图；
图2是可悬停扑翼飞行器整体俯视图；
图3是可悬停扑翼飞行器扑翼安装示意图；
图4是可悬停扑翼飞行器摆动机构示意图；
图中:1、机身，2、单扑翼机构，3、作动器,4、偏心弯杆，5、摆动支架,6、限位杆，7、扑翼。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0012]实施例1:
本发明方案公开的一种可悬停扑翼飞行器，如附图1和附图2所示，包括机身I和四套单扑翼机构2。四套单扑翼机构2左右对称且前后对称地安装在机身I两侧。通过这种对称构型，可使扑翼飞行器实现稳定悬停。
[0013]如附图3所示，单扑翼机构2包括摆动支架5和扑翼7。其中，摆动支架5通过铰链和机身I连接，其铰链轴和机身I所处平面的垂直方向的夹角Θ为小锐角，该锐角大小取值范围为3°至20° (包括3°和20° )。扑翼7和摆动支架5固定连接。通过这种方式，扑翼7可进行小倾角横向扑动，一方面给机身I提供较大的升力，另一方面给机身I提供足够的侧向力，便于机身I实现快速转向控制。
[0014]如附图3和附图4所示，单扑翼机构2还包括作动器3，偏心弯杆4，限位杆6。其中，作动器3固定安装在机身I上。限位杆6两两固定安装在摆动支架5上。偏心弯杆4的一端和作动器3的输出端固定连接，另一端折弯，其折弯段插入限位杆61和限位杆62之间，通过偏心旋转将作动器3输出轴的转动转化为摆动支架5的摆动。这套结构简单的摆动机构，可降低系统制造和控制复杂度，提高作动效率。
[0015]本发明方案所述的单扑翼机构中的作动器3可以是电机、带减速装置的电机或其他形式的低速大扭矩旋转作动器中的一种。
[0016]本发明公布的一种可悬停扑翼飞行器的飞行控制方式是:飞行器从静止或悬停状态上升时，同时加快四个单扑翼机构2的摆动频率；飞行器从悬停状态下降时，同时降低四个单扑翼机构2的摆动频率。飞行器从悬停状态向一侧进行俯仰或滚转时，降低该侧两个单扑翼机构2的摆动频率，同时加快另一侧两个单扑翼机构2的摆动频率。飞行器从悬停状态向一侧飞行时，先向该侧进行俯仰或滚转至一定的倾角，然后将四个单扑翼机构2摆动频率调整一致，该频率应使该倾角下四个扑翼7的总升力和飞行器重力平衡。飞行器从悬停状态向一侧转向时，机身I同一对角线上的两个单扑翼机构2摆动频率一致，不同对角线上的单扑翼机构2摆动频率分别增大或减小，获得指向该侧的转向力矩。
[0017]本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的【具体实施方式】，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种可悬停扑翼飞行器，其特征在于，包括机身和四套单扑翼机构，所述的四套单扑翼机构左右对称且前后对称地安装在机身两侧，单扑翼机构包括摆动支架和扑翼，摆动支架通过铰链和机身连接，其铰链轴和机身所处平面的垂直方向的夹角为小锐角，该锐角大小取值范围为3°至20°，所述的扑翼和摆动支架固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种可悬停扑翼飞行器，其特征在于，所述的单扑翼机构还包括作动器，偏心弯杆和限位杆，作动器固定安装在机身上，限位杆两两固定安装在摆动支架上，所述的偏心弯杆的一端和作动器的输出端固定连接，另一端折弯，折弯段插入两根限位杆之间，通过偏心旋转将作动器输出轴的转动转化为摆动支架的摆动。
3.根据权利要求1或2所述的一种可悬停扑翼飞行器，其特征在于，所述的单扑翼机构中的作动器是电机、带减速装置的电机或其他形式的低速大扭矩旋转作动器中的一种。
4.一种可悬停扑翼飞行器的飞行控制方式，其特征在于，所述的控制方式包括如下步骤: 飞行器从静止或悬停状态上升时，同时加快四个单扑翼机构的摆动频率； 飞行器从悬停状态下降时，同时降低四个单扑翼机构的摆动频率； 飞行器从悬停状态向一侧进行俯仰或滚转时，降低该侧两个单扑翼机构的摆动频率同时加快另一侧两个单扑翼机构的摆动频率； 飞行器从悬停状态向一侧飞行时，先向该侧进行俯仰或滚转至一定的倾角，然后将四个单扑翼机构摆动频率调整一致，该频率应使该倾角下四个扑翼的总升力和飞行器重力平衡； 飞行器从悬停状态向一侧转向时，机身同一对角线上的两个单扑翼机构摆动频率一致，不同对角线上的单扑翼机构摆动频率分别增大或减小，获得指向该侧的转向力矩。
【专利摘要】一种可悬停扑翼飞行器及其飞行控制方式。本发明公开了一种可悬停扑翼飞行器，包括机身和四套单扑翼机构，四套单扑翼机构左右对称且前后对称地安装在机身两侧，单扑翼机构包括摆动支架、扑翼、作动器，偏心弯杆和限位杆，摆动支架通过铰链和机身连接，其铰链轴和机身所处平面的垂直方向的夹角为小锐角，扑翼和摆动支架固定连接，作动器固定安装在机身上，限位杆两两固定安装在摆动支架上，偏心弯杆的一端和作动器的输出端固定连接，另一端折弯，折弯段插入两根限位杆之间，通过偏心旋转将作动器输出轴的转动转化为摆动支架的摆动。该飞行器体积小、重量轻，在飞行时能稳定悬停，扑翼可以产生较大的升力并提供足够的侧向力，便于实现多种机动动作，扑翼摆动机构简单可靠，作动效率高。
【IPC分类】B64C33-02
【公开号】CN104670495
【申请号】CN201510101877
【发明人】葛讯, 段文博, 沈元
【申请人】葛讯
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月9日