专利名称：一种自主起飞和着陆的扑翼飞行器及其控制方法
技术领域：
本发明涉及扑翼飞行器和弹跳机器人技术领域，特别涉及一种自主起飞和着陆的扑翼飞行器及其控制方法。
背景技术：
扑翼飞行每单位质量所需的能量不足7W/kg，比固定翼的一半还少，而且机动性好，可以在很小的范围内起飞与着陆，可以在空间随意改变方向，轻易转动身体。还有着与其本身重量相当的带载能力，而且最高加速度可达10 m2/s。因此扑翼飞行器有着同类型的固定翼和旋翼飞行器无可比拟的优势，它具有质轻、小巧、机动性好等特点。借助弹跳装置可为扑翼飞行器的自主起飞与着陆提供可能性。弹跳机器人是一项集成控制技术、机构传动技术、能量存储、释放技术、传感器技术的机器人系统。在自然生物 界中，青蛙能跳到自身长度的12倍，袋鼠达到5倍，这些自然界中的实例对弹跳机器人的研究无疑具有很大的启示作用。仿造类似生物的跳跃原理来实现机器人的弹跳，是弹跳机器人的一个很重要的发展方向。国内外许多科学家在仿生弹跳机器人的研究领域已经做了大量的工作并取得了初步的研究成果。扑翼飞行器研制涵盖空气动力学、结构力学、仿生学、微机械学等学科以及微制动器、微传感器、微控制器、微能源等微小型元器件的研制技术。就目前而言，研制能实现自主起飞与着陆的扑翼飞行器还存在诸多困难，还需要在很多方面完善和优化。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种自主起飞与着陆的扑翼飞行器及其控制方法。本发明的技术方案是这样实现的
一种自主起飞与着陆的扑翼飞行器，包括扑翼飞行装置、弹跳装置和控制装置；
所述扑翼飞行装置位于弹跳装置上方，控制装置安装于机身上；
所述扑翼飞行装置包括机身、机翼、尾翼、机身板和扑动机构，机身为其余各部件的安装固定基础，机翼为左右对称结构，机翼位于机身上方，机身板位于机身前部，左右机翼前端通过摇杆连接到机身板左右两端，机翼后端通过机翼固定杆固定在机身末端；尾翼通过尾翼固定座安装于机身尾部；
通过机翼的扑动和尾翼的配合实现扑翼飞行器的扑动飞行。所述扑动机构安装在机身前端，弹跳装置安装在机身下方，控制装置分别与扑动机构和弹跳装置连接。所述扑动机构包括大齿轮、双联齿轮、小齿轮和驱动电机；大齿轮位于机身板前部，双联齿轮安装在机身板上，小齿轮安装在驱动电机的输出轴上，小齿轮与双联齿轮啮合，双联齿轮再与大齿轮哨合，第一连杆的一端连接到摇杆中部，第一连杆的另一端与大齿轮铰接，第一连杆能在摇杆中部滑动和转动；机身板、大齿轮、第一连杆和摇杆构成单曲柄双摇杆机构。所述弹跳装置包括姿态调整结构、蓄能结构、触发结构、复位结构和着陆结构；
姿态调整结构包括机身连接杆、第一调整杆、前臂杆、后臂杆和第二调整杆；
蓄能结构包括驱动舵机、收线齿轮、收线绳、后臂杆、储能杆和蓄能扭簧；
机身连接杆固定连接在机身下方，第一调整杆、前臂杆和第二调整杆均位于机身连接杆下方；
机身连接杆一端通过第一铰接杆与第一调整杆的一端铰接，第一调整杆另一端通过第二铰接杆与后臂杆一端铰接，前臂杆的一端与蓄能扭簧的一端固定连接，前臂杆的另一端通过第四铰接杆与第二调整杆的一端铰接，第四铰接杆位于储能杆上端的槽内，可以在该槽内滑动，第二调整杆的另一端通过第五铰接杆连接到机身连接杆前部；
蓄能扭簧的一端与前臂杆的一端固定连接，蓄能扭簧的另一端与后臂杆的一端固定连 接，驱动舵机固定在第一调整杆的下方，收线齿轮固定在驱动舵机侧壁上，收线绳一端固定安装在收线齿轮边缘的连接口，收线绳另一端固定安装在储能杆上端的连接口，储能杆的下端通过第三铰接杆与第一调整杆靠近蓄能扭簧处铰接；
触发结构包括挂钩连接杆、挂钩和记忆合金弹簧；
挂钩下端固定在后臂杆上方，挂钩上端通过挂钩连接杆固定安装在第一调整杆上，记忆合金弹簧一端固定在挂钩上，记忆合金弹簧另一端固定在后臂杆上；
利用记忆合金材料的特性，实现挂钩和挂钩连接杆的扣合和触发。复位结构为复位扭簧，复位扭簧位于第二调整杆和前臂杆之间，且复位扭簧的一端与前臂杆固定连接，另一端与第二调整杆固定连接，在触发后依靠复位扭簧驱动姿态调整结构自动完成复位动作。着陆结构包括两根支撑架杆，两根支撑架杆成40° ^60°角对称固定在后臂杆两侦牝利用后臂杆和支撑架杆构成的平面，可使扑翼飞行器着陆时平稳接触地面，并依靠着陆结构和地面的摩擦实现制动。弹跳装置能够很好的完成蓄能、调整、触发、复位等动作，实现飞行器的自主起飞
与着陆。所述控制装置包括单片机、电源电路、电机驱动电路和记忆合金弹簧驱动电路；
电源电路分别与电机驱动电路、单片机和记忆合金弹簧驱动电路连接，单片机分别与
电机驱动电路和记忆合金弹簧驱动电路相连，电机驱动电路的输出端分别与驱动舵机和驱动电机相连，记忆合金弹簧驱动电路连接记忆合金弹簧。本发明的扑翼飞行器能够完成姿态调整与蓄能、弹跳起飞、扣合和着陆动作。上述自主起飞与着陆的扑翼飞行器的控制方法，包括以下步骤
步骤I:扑翼飞行器处于扣合状态，通过控制驱动舵机转动来带动收线齿轮转动，收线绳拉动储能杆绕第三铰接杆运动，前臂杆和后臂杆的夹角变小，从而带动蓄能扭簧完成蓄能；同时，前臂杆的转动使机身连接杆与地面的水平夹角变大从而带动机身的角度变化，完成姿态调整；
驱动舵机的转动带动收线齿轮转动，收线绳绕在收线齿轮上，收缩的收线绳拉动储能杆，储能杆绕第三铰接杆运动，使储能杆与第一调整杆所夹锐角变小，由于前臂杆通过穿过储能杆中间滑槽的第四铰接杆与储能杆连接，储能杆使前臂杆和后臂杆的夹角变小，从而带动蓄能扭簧完成蓄能；在前臂杆转动时，机身连接杆与地面的水平夹角变大，从而带动机身的角度变化，至此完成姿态调整；同时因为前臂杆和第二调整杆绕第四铰接杆的夹角变大，复位扭簧储存能量；当前臂杆和后臂杆达到一定夹角即蓄能扭簧达到最大储能状态时，驱动舵机停止转动，姿态调整与蓄能动作完成。步骤2 :记忆合金弹簧连通电源后，控制装置驱动记忆合金弹簧加热收缩，同时带动挂钩扭转，使挂钩与挂钩连接杆迅速分开，蓄能扭簧快速释放能量，完成弹跳动作；
步骤3 :扑翼飞行器弹跳后达到最大弹跳高度时，控制驱动电机转动，通过连接在驱动电机上的小齿轮、安装在机身板上的双联齿轮和大齿轮啮合配合，带动大齿轮和第一连接杆运动，同时带动与第一连接杆连接的摇杆扑动，进而带动安装在摇杆上的机翼扑动，通过机翼的扑动和尾翼的配合实现扑翼飞行器的扑动飞行；
步骤4 :扑翼飞行器在空中平稳飞行时，驱动舵机带动收线齿轮反转，使收线绳达到复
位时的松弛状态，同时与前臂杆和第二调整杆固定连接的蓄能扭簧释放能量，经第四铰接杆连接的前臂杆和第二调整杆之间的夹角恢复复位状态，使姿态调整结构恢复到复位状态；此时记忆合金弹簧先加热收缩带动挂钩转动，从而使固定在第一调整杆上的挂钩达到扣合位置，扑翼飞行器完成扣合动作；
步骤5 :扑翼飞行器接收到降落信号后，驱动电机逐渐降速，使支撑架杆和后臂杆同时着陆，完成支撑和摩擦制动动作，驱动电机停止转动，完成着陆动作。降落时，姿态调整结构处于扣合状态，飞行器重心相对于后臂杆和支撑架杆构成的平面已经降低，并且机身已调整到着陆所需角度。有益效果
(1)本发明提出一种能自主起飞与着陆的扑翼飞行器的概念和装置，可以实现扑翼飞行器的自主起飞和着陆；
(2)本发明提出的一种可实现扑翼飞行器自主起飞与着陆的弹跳装置，能够配合飞行器完成复位、姿态调整与蓄能、弹跳起飞、着陆四个动作，实现飞行器的自主起飞与着陆。提高了飞行器的适应性，增加了飞行器的任务种类；
(3)本发明的姿态调整结构与复位结构连接巧妙，能够在蓄能完成的同时，实现飞行器姿态的调整。(4)本发明的复位机构结构简单，效果明显，并在姿态调整结构的基础上增加储能杆，使储能时增加力臂，减小驱动力。
图I为本发明具体实施方式
的整体结构示意 图2本发明具体实施方式
的扑翼飞行器的整体效果 图3本发明具体实施方式
的扑动机构结构示意 图4为本发明具体实施方式
的弹跳装置结构示意 图5为本发明具体实施方式
的复位扭簧位置示意 图6为本发明具体实施方式
的复位状态示意 图7为本发明具体实施方式
的姿态调整与蓄能过程示意 图8为本发明具体实施方式
的弹跳起飞过程示意图；图9为本发明具体实施方式
的着陆过程示意 图10为本发明具体实施方式
的控制装置的单片机电路原理 图11为本发明具体实施方式
的控制装置的电源电路原理 图12为本发明具体实施方式
的控制装置的电机驱动电路原理 图13为本发明具体实施方式
的控制装置的记忆合金驱动电路原理 其中，I-机身连接杆，2-第一铰接杆，3-第一调整杆，4-收线齿轮，5-驱动舵机，6-后臂杆，7-挂钩连接杆，8-挂钩，9-记忆合金弹簧，10-第二铰接杆，11-蓄能扭簧，12-支撑架杆，13-第三铰接杆，14-前臂杆，15-第四铰接杆，16-储能杆，17第二调整杆，18第五铰接杆，19-收线绳，20-复位扭簧，21-第一连杆，22-大齿轮，23-双联齿轮，24-小齿轮，25-摇杆,26-机翼,27-机身，28-驱动电机，29-机翼固定杆，30-尾翼，31-机身板,32-尾翼固定座。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细说明。本实施方式的自主起飞与着陆的扑翼飞行器，如图2所示，该扑翼飞行器包括扑翼飞行装置、弹跳装置和控制装置。本实施方式的扑翼飞行器整体结构如图I所示，扑翼飞行装置位于弹跳装置上方，控制装置安装于机身上；
扑翼飞行装置包括机身27、机翼26、尾翼30、机身板31和扑动机构，机身27为其余各部件的安装固定基础，机翼26为左右对称结构,机翼26位于机身27上方,机身板31位于机身27前部，左右机翼26前端通过摇杆25连接到机身板31左右两端，机翼26后端通过机翼固定杆29固定在机身27末端；尾翼30通过尾翼固定座32安装于机身27尾部。本实施方式的机翼26为平直翼设计,机翼26为柔性翼包括机翼骨和蒙皮,机翼骨架前端与驱动机构相连，机翼骨有碳纤维杆组成；蒙皮有36 μ m厚的聚酯薄膜制成，并粘附在机翼骨上，蒙皮后端套装于机身末端；尾翼30左右对称，断面为倒T型，由连接杆、平尾骨架、平尾薄膜、垂尾组成，连接杆固定于机身尾端；平尾骨架由两根等长轻质侧直杆构成；等腰三角形轻质平尾薄膜外缘粘附在平尾骨架上；通过机翼26的扑动和尾翼30的配合实现扑翼飞行器的扑动飞行。扑动机构安装在机身27前端，弹跳装置安装在机身27下方，控制装置与扑动机构和弹跳装置连接。本实施方式的扑动机构结构如图3所示，包括大齿轮22、双联齿轮23、小齿轮24和驱动电机28 ;大齿轮22位于机身板31前部，双联齿轮23安装在机身板31上，小齿轮24安装在驱动电机28的输出轴上，小齿轮24与双联齿轮23啮合，双联齿轮23再与大齿轮22啮合，第一连杆21的一端连接到摇杆25中部，第一连杆21的另一端与大齿轮22铰接，第一连杆21能在摇杆25中部滑动和转动；机身板31、大齿轮22、第一连杆21和摇杆25构成单曲柄双摇杆机构。本实施方式的驱动电机28选用直径为O. 8mm的空心杯电机。本实施方式的弹跳装置如图4所示，包括姿态调整结构、蓄能结构、触发结构、复位结构和着陆结构；姿态调整结构包括机身连接杆I、第一调整杆3、前臂杆14、后臂杆6和第二调整杆17 ；蓄能结构包括驱动舵机5、收线齿轮4、收线绳19、后臂杆6、储能杆16和蓄能扭簧11 ；本实施方式的舵机型号为WJ-07,重6g ；
机身连接杆I固定连接在机身27下方，第一调整杆3、前臂杆14和第二调整杆17均位于机身连接杆I下方；
机身连接杆I 一端通过第一铰接杆2与第一调整杆3的一端铰接,第一调整杆3另一端通过第二铰接杆10与后臂杆6 —端铰接，前臂杆14的一端与蓄能扭簧11的一端固定连接，前臂杆14的另一端通过第四铰接杆15与第二调整杆17的一端铰接，第四铰接杆15位于储能杆16上端的槽内，可以在该槽内滑动，第二调整杆17的另一端通过第五铰接杆18连接到机身连接杆I前部；
蓄能扭簧11的一端与前臂杆14的一端固定连接，蓄能扭簧11的另一端与后臂杆6的一端固定连接，驱动舵机5固定在第一调整杆3的下方，收线齿轮4固定在驱动舵机5侧壁上，收线绳19 一端固定安装在收线齿轮4边缘的连接口，收线绳19另一端固定安装在储能 杆16上端的连接口，储能杆16的下端通过第三铰接杆13与第一调整杆3靠近蓄能扭簧处绞接；
触发结构包括挂钩连接杆7、挂钩8和记忆合金弹簧9 ；
挂钩8下端固定在后臂杆6上方，挂钩8上端通过挂钩连接杆7固定安装在第一调整杆3上,记忆合金弹簧9 一端固定在挂钩8上,记忆合金弹簧9另一端固定在后臂杆6上；利用记忆合金材料的特性，实现挂钩8和挂钩连接杆7的扣合和触发。复位结构为复位扭簧20，如图5所示，复位扭簧20位于第二调整杆17和前臂杆14之间，且复位扭簧20的一端与前臂杆14固定连接，另一端与第二调整杆17固定连接，在触发后依靠复位扭簧20驱动姿态调整结构自动完成复位动作，复位扭簧状态如图6所示。着陆结构包括两根支撑架杆12，两根支撑架杆12成40°飞0°角对称固定在后臂杆6两侧，利用后臂杆6和支撑架杆12构成的平面，可使扑翼飞行器着陆时平稳接触地面，并依靠着陆结构和地面的摩擦实现制动。弹跳装置能够很好的完成蓄能、调整、触发、复位等动作，实现飞行器的自主起飞
与着陆。控制装置包括单片机、电源电路、电机驱动电路和记忆合金弹簧驱动电路；
电源电路分别与电机驱动电路、单片机和记忆合金弹簧驱动电路连接，单片机分别与电机驱动电路和记忆合金弹簧驱动电路相连，电机驱动电路的输出端分别与驱动舵机和驱动电机相连，记忆合金弹簧驱动电路连接记忆合金弹簧。本实施方式的控制装置的单片机电路原理如图10所示，机载的控制装置以Silicon Laboratories公司的C8051F300单片机为核心，兼容标准51内核指令集，配合有较高的运算速度和丰富的外设资源。此外，C8051F300采用QFN-Il封装，占用PCB面积小，便于应用在对体积和质量有严格要求的飞行器控制系统的场合，其中C8051F300的I号引脚用于检测飞行器是否脱钩，2号引脚控制记忆合金的加热，4号引脚控制飞行器的驱动电机，6、7号引脚用于控制驱动舵机的正反转。本实施方式的控制装置的电源电路如图11所示，一般的锂聚合物电池电压为
3.7V，微处理器工作电压3. 7V到3. 3V，而加热记忆合金弹簧对电池端电压影响比较大，因此本实施方式的电源电路中使用了可升压降压的稳压芯片REG710_3. 3 (S0T23封装，6引脚)。实验表明这种芯片能在电源加热记忆合金弹簧的同时给单片机提供稳定的3. 3V电源，使整个电路能正常工作，3. 7V电源直接用于记忆合金弹簧的加热。本实施方式的控制装置的电机驱动电路如图12所示，采用型号为TLE4207G的驱动芯片，其中的2、13引脚用于输出口，6、9引脚为控制引脚，3、12引脚控制驱动电机。本实施方式的控制装置的记忆合金驱动电路如图13所示，脱钩检测由AD采样来完成，AD采样相对于GPIO的优势是判断是否可靠脱钩的阈值电压可以随意设定，且不易受电源电压影响。本发明的工作过程包括姿态调整与蓄能、弹跳起飞、扣合和着陆；
(I)在扣合状态下，通过驱动舵机的转动带动收线齿轮转动，使收线绳绕在收线齿轮上，收缩的收线绳拉动储能杆，储能杆绕第三铰接杆运动，使储能杆与第一调整杆所夹锐角 变小，由于前臂杆通过穿过储能杆中间滑槽的第四铰接杆与储能杆连接，储能杆使前臂杆和后臂杆的夹角变小，从而带动蓄能扭簧完成蓄能；在前臂杆转动时，机身连接杆与地面的水平夹角变大，从而带动机身的角度变化，至此完成姿态调整；同时因为前臂杆和第二调整杆绕第四铰接杆的夹角变大，复位扭簧储存能量；当前臂杆和后臂杆达到一定夹角即蓄能扭簧达到最大储能状态时，驱动舵机停止转动，姿态调整与蓄能动作完成；姿态调整与蓄能过程如图7所示。(2)记忆合金弹簧收到信号，通过电源和记忆合金弹簧组成闭合回路，从而使记忆合金弹簧中有电流通过，记忆合金弹簧加热使收缩完成，同时带动挂钩扭转，使挂钩与挂钩连接杆迅速分开，蓄能扭簧快速释放能量，完成弹跳；待扑翼飞行器弹跳后达到最大弹跳高度时，扑翼飞行器驱动电机接收到信号，驱动电机转动，通过连接在驱动电机上的小齿轮、安装在机身板上的双联齿轮和大齿轮啮合配合，带动大齿轮和第一连接杆运动，同时带动与第一连接杆连接的摇杆扑动，进而带动安装在摇杆上的机翼实现扑动，通过机翼的扑动和尾翼的配合实现扑翼飞行器的扑动飞行，至此完成弹跳起飞动作，飞行器在空中平稳飞行；弹跳起飞过程如图8所示。(3)扑翼飞行器在空中平稳飞行时，驱动舵机带动收线齿轮反转，使收线绳达到复位时的松弛状态，同时与前臂杆和第二调整杆固定连接的蓄能扭簧释放能量，经第四铰接杆连接的前臂杆和第二调整杆之间的夹角恢复复位状态，使姿态调整结构恢复到复位状态；此时记忆合金弹簧先加热收缩带动挂钩转动，从而使固定在第一调整杆上的挂钩达到扣合位置，完成扣合动作，复位状态如图6所示。本发明的挂钩是由扭簧弯曲而成的，因此记忆合金弹簧加热转动挂钩时，挂钩储存能量，记忆合金弹簧停止加热冷却后，通过挂钩储存的能量能自动恢复后扣合位置。(4)扑翼飞行器接收到降落信号后，在降落时由于姿态调整结构处于扣合状态，飞行器重心相对于后臂杆和支撑架杆构成的平面已经降低，并且机身已调整到着陆所需角度，驱动电机慢慢降速，使支撑架杆和后臂杆同时着陆，完成支撑和摩擦制动动作，最后驱动电机停止转动，至此完成着陆动作；扑翼飞行器着陆过程如图9所示。降落后，由于扑翼飞行器的弹跳装置已完成扣合动作，因此可以重复上述动作完成扑翼飞行器的再次弹跳起飞和着陆动作。上述自主起飞与着陆的扑翼飞行器的控制方法，包括以下步骤步骤I:扑翼飞行器处于扣合状态，通过控制驱动舵机转动来带动收线齿轮转动，收线绳拉动储能杆绕第三铰接杆运动，前臂杆和后臂杆的夹角变小，从而带动蓄能扭簧完成蓄能；同时，前臂杆的转动使机身连接杆与地面的水平夹角变大从而带动机身的角度变化，完成姿态调整；
步骤2 :记忆合金弹簧连通电源后，控制装置驱动记忆合金弹簧加热收缩，同时带动挂钩扭转，使挂钩与挂钩连接杆迅速分开，蓄能扭簧快速释放能量，完成弹跳动作；
步骤3 :扑翼飞行器弹跳后达到最大弹跳高度时，控制驱动电机转动，通过连接在驱动电机上的小齿轮、安装在机身板上的双联齿轮和大齿轮啮合配合，带动大齿轮和第一连接杆运动，同时带动与第一连接杆连接的摇杆扑动，进而带动安装在摇杆上的机翼扑动，通过机翼的扑动和尾翼的配合实现扑翼飞行器的扑动飞行；
步骤4 :扑翼飞行器在空中平稳飞行时，驱动舵机带动收线齿轮反转，使收线绳达到复位时的松弛状态，同时与前臂杆和第二调整杆固定连接的蓄能扭簧释放能量，经第四铰接杆连接的前臂杆和第二调整杆之间的夹角恢复复位状态，使姿态调整结构恢复到复位状 态；此时记忆合金弹簧先加热收缩带动挂钩转动，从而使固定在第一调整杆上的挂钩达到扣合位置，扑翼飞行器完成扣合动作；
步骤5 :扑翼飞行器接收到降落信号后，驱动电机逐渐降速，使支撑架杆和后臂杆同时着陆，完成支撑和摩擦制动动作，驱动电机停止转动，完成着陆动作。
权利要求
1.一种自主起飞与着陆的扑翼飞行器，其特征在于包括扑翼飞行装置、弹跳装置和控制装置； 所述扑翼飞行装置位于弹跳装置上方，控制装置安装于机身上； 所述扑翼飞行装置包括机身、机翼、尾翼、机身板和扑动机构，机翼为左右对称结构，机翼位于机身上方，机身板位于机身前部，左侧机翼前端通过摇杆连接到机身板左端，右侧机翼前端通过摇杆连接到机身板右端，机翼后端通过机翼固定杆固定在机身末端；尾翼通过尾翼固定座安装于机身尾部； 所述扑动机构安装在机身前端，弹跳装置安装在机身下方，控制装置分别与扑动机构和弹跳装置连接。
2.根据权利要求I所述的自主起飞与着陆的扑翼飞行器，其特征在于所述扑动机构包括大齿轮、双联齿轮、小齿轮和驱动电机；大齿轮位于机身板前部，双联齿轮安装在机身板上，小齿轮安装在驱动电机的输出轴上，小齿轮与双联齿轮啮合，双联齿轮再与大齿轮啮合，第一连杆的一端连接到摇杆中部，第一连杆的另一端与大齿轮铰接，第一连杆能在摇杆中部滑动和转动；机身板、大齿轮、第一连杆和摇杆构成单曲柄双摇杆机构。
3.根据权利要求I所述的自主起飞与着陆的扑翼飞行器，其特征在于所述弹跳装置包括姿态调整结构、蓄能结构、触发结构和着陆结构； 姿态调整结构包括机身连接杆、第一调整杆、前臂杆、后臂杆和第二调整杆； 蓄能结构包括驱动舵机、收线齿轮、收线绳、后臂杆、储能杆和蓄能扭簧； 机身连接杆固定连接在机身下方，第一调整杆、前臂杆和第二调整杆均位于机身连接杆下方； 机身连接杆一端通过第一铰接杆与第一调整杆的一端铰接，第一调整杆另一端通过第二铰接杆与后臂杆一端铰接，前臂杆的一端与蓄能扭簧的一端固定连接，前臂杆的另一端通过第四铰接杆与第二调整杆的一端铰接，第四铰接杆位于储能杆上端的槽内，第二调整杆的另一端通过第五铰接杆连接到机身连接杆前部； 蓄能扭簧的一端与前臂杆的一端固定连接，蓄能扭簧的另一端与后臂杆的一端固定连接，驱动舵机固定在第一调整杆的下方，收线齿轮固定在驱动舵机侧壁上，收线绳一端固定安装在收线齿轮边缘的连接口，收线绳另一端固定安装在储能杆上端的连接口，储能杆的下端通过第三铰接杆与第一调整杆靠近蓄能扭簧处铰接； 触发结构包括挂钩连接杆、挂钩和记忆合金弹簧； 挂钩下端固定在后臂杆上方，挂钩上端通过挂钩连接杆固定安装在第一调整杆上，记忆合金弹簧一端固定在挂钩上，记忆合金弹簧另一端固定在后臂杆上； 着陆结构包括两根支撑架杆，两根支撑架杆成40° ^60°角对称固定在后臂杆两侧。
4.根据权利要求I所述的自主起飞与着陆的扑翼飞行器，其特征在于所述弹跳装置还包括复位结构，该复位结构为复位扭簧，复位扭簧位于第二调整杆和前臂杆之间，且复位扭簧的一端与前臂杆固定连接，另一端与第二调整杆固定连接。
5.根据权利要求I所述的自主起飞与着陆的扑翼飞行器，其特征在于所述控制装置包括单片机、电源电路、电机驱动电路和记忆合金弹簧驱动电路； 电源电路分别与电机驱动电路、单片机和记忆合金弹簧驱动电路连接，单片机分别与电机驱动电路和记忆合金弹簧驱动电路相连，电机驱动电路的输出端分别与驱动舵机和驱动电机相连，记忆合金弹簧驱动电路连接记忆合金弹簧。
6.根据权利要求I所述的自主起飞与着陆的扑翼飞行器的控制方法，其特征在于包括以下步骤 步骤I :扑翼飞行器处于扣合状态，通过控制驱动舵机转动来带动收线齿轮转动，收线绳拉动储能杆绕第三铰接杆运动，前臂杆和后臂杆的夹角变小，从而带动蓄能扭簧完成蓄能；同时，前臂杆的转动使机身连接杆与地面的水平夹角变大从而带动机身的角度变化，完成姿态调整； 步骤2 :记忆合金弹簧连通电源后，控制装置驱动记忆合金弹簧加热收缩，同时带动挂钩扭转，使挂钩与挂钩连接杆迅速分开，蓄能扭簧快速释放能量，完成弹跳动作； 步骤3 :扑翼飞行器弹跳后达到最大弹跳高度时，控制驱动电机转动，通过连接在驱动电机上的小齿轮、安装在机身板上的双联齿轮和大齿轮啮合配合，带动大齿轮和第一连接杆运动，同时带动与第一连接杆连接的摇杆扑动，进而带动安装在摇杆上的机翼扑动，通过机翼的扑动和尾翼的配合实现扑翼飞行器的扑动飞行； 步骤4 :扑翼飞行器在空中平稳飞行时，驱动舵机带动收线齿轮反转，使收线绳达到复位时的松弛状态，同时与前臂杆和第二调整杆固定连接的蓄能扭簧释放能量，经第四铰接杆连接的前臂杆和第二调整杆之间的夹角恢复复位状态，使姿态调整结构恢复到复位状态；此时记忆合金弹簧先加热收缩带动挂钩转动，从而使固定在第一调整杆上的挂钩达到扣合位置，扑翼飞行器完成扣合动作； 步骤5 :扑翼飞行器接收到降落信号后，驱动电机逐渐降速，使支撑架杆和后臂杆同时着陆，完成支撑和摩擦制动动作，驱动电机停止转动，完成着陆动作。
全文摘要
本发明提供一种自主起飞与着陆的扑翼飞行器及其控制方法，该扑翼飞行器包括扑翼飞行装置、弹跳装置和控制装置；扑翼飞行装置包括机身、机翼、尾翼、机身板和扑动机构，机翼为左右对称结构，机翼位于机身上方，机身板位于机身前部，左右机翼前端通过摇杆连接到机身板右端，机翼后端通过机翼固定杆固定在机身末端；尾翼通过尾翼固定座安装于机身尾部；扑动机构安装在机身前端，弹跳装置安装在机身下方，控制装置分别与扑动机构和弹跳装置连接。该飞行器能完成姿态调整与蓄能、弹跳起飞、扣合和着陆动作，提高了飞行器的适应性，在蓄能完成的同时，实现飞行器姿态的调整。
文档编号B64C33/00GK102923303SQ201210476198
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月22日 优先权日2012年11月22日
发明者刘涛, 陈述平, 刘景亮, 史李春, 安雄, 郭江龙, 马明旭, 李小号 申请人:东北大学