一种欠驱动柔性平板翼扑翼飞行机器人的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种仿生欠驱动柔性平板翼扑翼飞行机器人的设计方法，特别涉及 一种仿鸟欠驱动柔性平板翼扑翼飞行方式的飞行机器人。
【背景技术】
[0002] 在生物的飞行过程中，采用的都是扑翼的飞行方式，没有一种是采用类似机械飞 行的固定翼或旋翼驱动方式飞行的。现实生活中，固定翼和旋翼是两种常规飞行普遍采用 的方式，但运动灵活性与鸟类的扑翼飞行具有很大的不同。仿生欠驱动柔性平板翼扑翼飞 行机器人可用于通信中继、环境研宄、自然灾害、低空侦察、信号干扰等任务，并在未来大 型牧场和城区监视等方面将具有广阔的市场和应用前景。
[0003] 仿生扑翼飞行机器人是类似鸟类飞行的一类飞行机器人，其特征是： 通过柔性平板机翼拍打空气的反力作为升力及前行力。
[0004] 通过机翼及尾翼的位置改变飞行方向。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为了解决现有仿生扑翼飞行机器人质量大、灵活度差、制造成本 高的缺点，发明出一种质量较小、灵活度高、结构简单紧凑且价格低廉的欠驱动柔性平板翼 扑翼飞行机器人。
[0006] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现：本发明的一种欠驱动柔性平板翼扑翼 飞行机器人主要由机身骨架（A)、柔性平板机翼（B、F)、柔性平板尾翼（C、D)、整体配件（E)、 传动系统（G)组成。机身骨架（A)主要由廉价的酚醛布板组成，主要包括机身主骨架（1)， 左右两边固定主骨架的副骨架（2、3);传动系统由主动齿轮（8、10)、从动齿轮（9、11)、一二 级传动花键轴（23、24)、曲柄（12、22)、连杆（14、20)、摇杆（16、18)、轴承（25)等组成；控制 系统由电机（7)、电调（5)、电池（6)、信号接收器（4)组成。
[0007] 机身骨架（A)由廉价的酚醛布板、碳纤维型材、低密度轻质木材、ABS硬塑料等材 料加工制成，其中机身骨架主要由廉价的酚醛布板组成，其有益效果是酚醛布板主骨架在 加工过程中，尤其在线切割和机床钻孔中作用力周围范围内不会发生应变，它具有较高的 抗弯、抗张以及冲击强度等力学性能，在样机试验中骨架并未发生严重变形；机身骨架（A) 两侧分别有一个由酚醛布板制成的副骨架（2、3)通过螺钉固定连接，同时起着固定传动花 键轴作用；机身骨架（A)用细铁丝捆绑和快速凝固胶水粘接，组装而成，弹性碳纤维桁架式 骨架和酚醛布板能够刚性的连接在一起，结构简单。所述曲柄（12、22)和摇杆（16、18)采 用ABS硬塑料，其具有优良的综合物理和机械性能，极好的低温抗冲击性能，是一种减磨、 耐磨、传动性好的零件。其有益效果是运用此种材料可以节约制造零件的成本达到提高机 器人的使用寿命的目的，从而达到有效降低机械加工成本的目的，有利于这种机器人的推 广应用。
[0008] 柔性平板机翼（B、F)、柔性平板尾翼（C、D)由碳纤维型材和轻质风筝布用细铁丝 捆绑和快速凝固胶水和风筝布修补胶带粘接固定的方法粘接而成。其中采用碳纤维型和细 铁丝捆绑的方式材编制机翼的弹性桁架式骨架，采用轻质风筝布为翼膜，采用快速凝固胶 水粘接和风筝布修补胶带粘接固定的方法，加工制作具有期望弹性变形行为的柔性平板机 翼。其有益效果是机翼在传动机构的驱动下在空气中扑动，产生推力和升力，使得通过唯一 的拍动输入，在气动力和惯性力共同作用下产生弯曲和扭转的变形，通过机翼的弹性形变， 同时实现拍动和机翼的扭转两个自由度的运动，使得机翼拍动时产生的推力有效增大，有 利于提高系统飞行速度和抵抗自然环境中空气流动(风）带来的负面影响。
[0009] 无刷航模电机（7 )，体积小、重量轻，通过传动花键轴（23、24)、轴承（25 )固定于机 身骨架上，驱动左右摇杆（16、18)上下扑动。此种电机具有转矩特性优异，中、低速转矩性 能好，启动转矩大，启动电流小等优点，适合为扑翼飞行机器人提供动力，通过二级齿轮减 速和两路并联的空间曲柄摇杆机构进行传动，驱动一对柔性平板机翼（B、F)的拍动，形成一 种单输入双摇杆机构。二级减速齿轮组中所用传动轴为花键轴，承载能力高，对中性好，在 高频率拍打过程中，也能够保证齿轮持续稳定啮合。左右曲柄（12、22)与二级传动花键轴 (23)固定连接，保证了左右曲柄（12、22)的对称性，机翼拍打时产生相等的推力，维持机身 平衡性。与空间曲柄摇杆机构中连杆（14、20)与曲柄（12、22)、摇杆（16、18)的的作用副为 球铰副，转动灵活。其有益效果是有效简化了机器人系统的传动机构，有利于大大减轻机器 人系统的重量。
[0010] 柔性平板尾翼采用左右对称分体式尾翼，使得通过尾翼调整机器人在空中飞行姿 态时，灵敏度高，操作简单，更易实现该机器人的姿态调整。
[0011] 两个小型航模舵机（28、30)在低密度轻质木块（26、29)固定作用下并排安装，两 侧由轻质加工塑料固定两侧，通过细弹簧钢丝，驱动一对并排安装，但中间分离的柔性平板 尾翼，使得通过尾翼调整机器人在空中飞行时的姿态时，灵敏度有效改善。其有益效果是有 利于减小尾翼的面积，从而有利于减小飞行器的总体外形尺寸和系统总体质量。或者在不 减小飞行器总体尺寸的条件下，有利于提高机器人系统的负载飞行能力，为工程实际应用 提供方便。
[0012] 本发明一种欠驱动柔性平板翼扑翼飞行机器人具有以下优点： 机身骨架采用廉价的酚醛布板等材料，质量轻，价格便宜，有利于大大减轻机器人系统 总体重量和制造成本，提高系统的负载飞行能力；主机翼采用柔性平板机翼，能够实现拍打 和扭转两自由度的欠驱动结构，使得机翼拍动时产生的推力有效增大，有利于提高系统飞 行速度和抵抗自然环境中空气流动(风）带来的负面影响。
【附图说明】
[0013] 图1为本发明一种欠驱动柔性平板翼扑翼飞行机器人俯视图。
[0014] 图2为本发明一种欠驱动柔性平板翼扑翼飞行机器人配件图。
[0015] 图3为本发明一种欠驱动柔性平板翼扑翼飞行机器人柔性平板机翼俯视图。
[0016] 图4为本发明一种欠驱动柔性平板翼扑翼飞行机器人柔性平板尾翼俯视图。
[0017] 图5为本发明一种欠驱动柔性平板翼扑翼飞行机器人传动机构示意图。
[0018] 图6为本发明一种欠驱动柔性平板翼扑翼飞行机器人尾部结构示意图。