一种折纸微型飞行器

一种折纸微型飞行器
【技术领域】
1.本发明涉及飞行器技术领域，特别涉及一种折纸微型飞行器。


背景技术：

2.微型飞行器不同于传统概念上的飞机，是一种尺寸为15厘米左右，重量10克到100克，靠自身能力飞行和完成各种探测任务的飞行器。
3.当前微型飞行器通常使用扑翼、旋翼或喷气的主动驱动方式作为飞行的动力，上述主动驱动方式需要较大的能量供给，需要各类零部件的组装，主动驱动端组件结构往往较为复杂，小型化难度极大。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种折纸微型飞行器，其具有利用折纸结构，简化结构，缩小飞行器规格的优点。
5.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
6.一种折纸微型飞行器，包括主体部，所述主体部由薄膜材料折叠而成；
7.所述主体部经峰折形成有互成夹角的第一腹部、第二腹部，于第一腹部、第二腹部的一侧经谷折形成有第一翅部，于第一腹部、第二腹部的另一侧经谷折形成有第二翅部；
8.于主体部上设置有电子驱动模块，所述电子驱动模块的驱动端连接第一腹部、第二腹部并带动第一腹部、第二腹部彼此吸合、分开，使得第一翅部、第二翅部反复振动，驱动主体部升空。
9.通过采用上述技术方案，一是区别于传统微型飞行器的复杂运动机制，本发明通过电子驱动模块带动第一腹部、第二腹部做单自由度的吸开合往复运动，并结合利用薄膜材料经折叠而具备的几何力学特性，使第一腹部、第二腹部在吸合、分开过程中能够牵引带动第一翅部、第二翅部上下振动而产生的升力，以实现本体部的升空，该驱动方式基于折纸机构，运动模式简单，可极大简化自身结构，使缩小飞行器规格成为可能，二是采用薄膜材料作为主体部，减轻了飞行负重，动力需求低。
10.进一步设置：所述电子驱动模块包括光源，所述光源设置在主体部上，所述电子驱动模块还包括：由电源、电阻r、光敏电阻组成的串联回路；安装在第一腹部的第一电磁线圈和安装在第二腹部上的第二电磁线圈，所述第一电磁线圈、第二电磁线圈、电阻r相互并联，所述第一电磁线圈和第二电磁线圈通电后相互吸引；通过设置光源与光敏电阻的相对位置，使得光源对光敏电阻的光照强度与第一腹部、第二腹部两者间的夹角大小呈现正相关。
11.通过采用上述技术方案，一是采用了电气形式，可由第一电磁线圈、第二电磁线圈产生相反磁场带动第一腹部、第二腹部吸合、分开，结构上较为简单、稳定，响应较快，适合高频率运动，二是指电路中设置光敏电阻，通过光源和光敏电阻结合第一腹部、第二腹部运动规律进而调节分配至电阻r两侧的电压大小，从而实现与电阻r并联的第一电磁线圈、第二电磁线圈的磁力大小的动态调节。
12.进一步设置：还包括若干限位绳，所述若干限位绳顺着峰折线均匀设置于第一腹部、第二腹部之间，所述限位绳一端与第一腹部连接，其另一端连接在第二腹部上，使得第一腹部与第二腹部之间的最大分开夹角固定。
13.通过采用上述技术方案，设置限位绳对第一腹部、第二腹部进行限位，使每次第一腹部、第二腹部分开的最大夹角固定，可以避免飞行器升空过程中因气流反作用于翅部而导致的第一腹部、第二腹部分离过度，确保第一腹部、第二腹部每次吸合、分开的轨迹相同，提高动力输出稳定性。
14.进一步设置：所述第一腹部与第二腹部在限位绳的连接下，两者之间形成的最大分开夹角为60
°‑
90
°
。
15.通过采用上述技术方案，为防止因最大分开夹角过大导致电子驱动模块的驱动端相距过远而无法吸合，以及避免因最大分开夹角过小导致第一腹部、第二腹部吸合带动第一翅部、第二翅部振动的振幅过小，限位绳限制第一腹部、第二腹部所能形成的最大分开夹角优选为上述值。
16.进一步设置：所述光敏电阻连接在第一腹部的外侧表面上，相反地，所述光源连接在第二腹部的外侧表面上，所述光源输出端的光束输出方向与第一腹部的外侧表面呈固定夹角，所述光源输出端在第一腹部与第二腹部的夹角处于最大值时直射至光敏电阻。
17.通过采用上述技术方案，提供一种光源与光敏电阻的具体设置方式，通过上述设置，一是可实现光源输出端对光敏电阻的光照强度与第一腹部、第二腹部两者间的夹角大小呈现正相关，二是由于将光源和光敏电阻分别设置在第一腹部和第二腹部的外侧表面，使得第一腹部与第二腹部的内侧表面在吸合过程中不会受到干涉，贴合程度高。
18.进一步设置：所述电子驱动模块还包括无线控制器，所述无线控制器与电源、电阻r、光敏电阻串联。
19.通过采用上述技术方案，电子驱动模块串联无线控制器，使得可通过无线通信远距离控制电路通断。
20.进一步设置：所述电子驱动模块还包括可供集成的微芯片，所述电源、电阻r、光敏电阻、无线控制器集成于微芯片上，所述微芯片嵌设于第一腹部或第二腹部上。
21.通过采用上述技术方案，设置可供集成的微芯片，减轻了飞行器的整体重量，便于飞行器各部分的电气连接，提高系统稳定性。
【附图说明】
22.图1是主体部的折痕设计示意图；
23.图2是主体部经折叠后的俯视图；
24.图3是折纸微型飞行器的立体原理示意图；
25.图4是折纸微型飞行器的侧面剖视图；
26.图5是电子驱动模块的电路示意图。
27.附图标记：1、主体部；2、主峰线；3、谷线；4、侧峰线；5、第一腹部；6、第二腹部；7、第一翅部；8、第二翅部；9、电子驱动模块；91、电源；92、电阻r；93、光敏电阻；94、微芯片；95、第一电磁线圈；96、第二电磁线圈；97、光源；10、限位绳。
【具体实施方式】
28.以下结合附图对本发明作进一步详细说明，以下结合附图对本发明作进一步详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.需要说明的是，本发明实施例中所使用的“第一”“第二”等描述仅用于描述目的，不应当理解为其指示或隐含指示所限定的技术特征的数量，由此，本说明书各实施例中限定有“第一”“第二”的特征可以表明包括至少一个该被限定的技术特征。
30.为便于理解，在此说明，本文所述的谷折、峰折为折纸常用术语，纸向上或者向下正方向折叠，使折叠部步形成山谷的形状称为“谷折”，纸的向上或者向下反方向折叠，使折叠部分形成山峰的形状称为“峰折”。
31.一种折纸微型飞行器，如图1、图2、图3所示，主要包括主体部1和电子驱动模块9，主体部1整体由薄膜材料折叠而成，薄膜材料需具有一定的柔软性及韧性，可采用牛皮纸、手揉纸、打印纸等纸类材料进行折叠,本实施例中薄膜材料为一张矩形牛皮纸，主体部1可分隔成三部分，即分别为左部、几何中部以及右部，其分隔线为下文描述的侧峰线4。
32.于主体部1几何中部设置有一主峰线2，峰线左右两端各设有两根对称的谷线3，单一谷线3与峰线所成夹角可为锐角、直角或钝角，本实施例单一谷线3与峰线所成为锐角，并不排除直角、钝角的可行性。主体部1经主峰线2峰折形成有第一腹部5、第二腹部6，第一腹部5和第二腹部6互成夹角，第一腹部5、第二腹部6的两端经谷线3谷折形成有第一翅部7及第二翅部8，第一翅部7、第二翅部8远离主峰线2的一端各自受重力作用而向下垂落，形成翅状，主体部1上设置有电子驱动模块9，电子驱动模块9的驱动端连接第一腹部5、第二腹部6。
33.使用时，由电子驱动模块9带动第一腹部5、第二腹部6彼此吸合、分开，这种彼此吸合、分开的过程往复进行，利用薄膜材料经折叠产生的几何力学特性，牵引带动第一翅部7、第二翅部8进行上下往复运动，进而产生升力，驱动主体部1升空。为提高第一翅部7、第二翅部8的翅状成型度，分别于第一翅部7、第二翅部8上设置一侧峰线4，第一翅部7、第二翅部8经侧峰线4峰折，使其各自远离主峰线2的一端向下垂落。
34.进一步设置：考虑到当第一翅部7、第二翅部8上的侧峰线4与主峰线2两侧端点的距离过近时，会导致侧峰线4与主峰线2的折叠点太过集中，丧失部分行程，使得第一翅膀、第二翅膀的振幅缩小；而当第一翅部7、第二翅部8上的侧峰线4与主峰线2两侧端点的距离过远时，又会导致两翅部振动时与空气的实际接触面积缩小；上述两种情况都会降低第一翅部7、第二翅部8振动产生的升力。因此，本实施例中，将第一翅部7、第二翅部8的侧峰线4中点与各自相距较近的主峰线2端点的间隔距离优选为3mm～12mm。
35.如图3、图4、图5所示，电子驱动模块9主要包括由电源91、电阻r92、光敏电阻93、无线控制器组成的串联回路，其中电源91可选用微型锂电池，该串联电路集成于一微芯片94上，微芯片94嵌设在第一腹部5的外侧表面，电阻r92分别并联有第一电磁线圈95、第二电磁线圈96，第一电磁线圈95安装在第一腹部5上，第二电磁线圈96安装在第二腹部6上，此外，电子驱动模块9还包括有光源97，光源97固定于第二腹部6的外侧表面上，光源97输出端的光束输出方向与第一腹部5的外侧表面呈固定夹角，且在第一腹部5与第二腹部6的夹角处于初始最大值时直射至微芯片94上的光敏电阻93，使得光源97对光敏电阻93的光照强度与
第一腹部5、第二腹部6间的夹角大小呈现正相关。
36.电子驱动模块9驱动第一腹部5、第二腹部6做单自由度的吸合开张往复运动进而带动第一翅部7、第二翅部8上下振动驱动主体部1升空的工作原理如下：
37.通电前，第一腹部5和第二腹部6间的夹角处于额定最大值，此时，光源97直射至微芯片94，光敏电阻93受到的光照强度为峰值，光敏电阻93的阻值最小。
38.随后，将主体部1置于空中，由无线控制器远程控制电路通电，第一电磁线圈95、第二电磁线圈96产生磁力，互相吸引，带动第一腹部5和第二腹部6彼此靠近，进而牵引第一翅部7及第二翅部8向下拍打空气产生向上升力；同时，光源97的输出端随着第一腹部5的移动而偏离光敏电阻93，使光敏电阻93的阻值上升，电阻r92两侧的电压下降，通过第一电磁线圈95、第二电磁线圈96的电流及二者所产生的磁力减小，使得第一腹部5及第二腹部6自行分开，(期间,主体部1因升力消失会略微下降，导致空气反作用于第一翅部7、第二翅部8，迫使第一翅部7、第二翅部8向上运动进而反作用于第一腹部5、第二腹部6帮助后两者加速分开)，待第一腹部5、第二腹部6恢复至初始最大夹角时，光源97重新指向光敏电阻93，使得光敏电阻93阻值变低，第一电磁线圈95、第二电磁线圈96所通电流及产生的磁力重新变大，带动第一腹部5、第二腹部6再次靠近贴合，重复上述过程，使得第一翅部7、第二翅部8实现上下往复振动，形成持续的升力，驱动主体部1升空。
39.如图4所示，为避免飞行器升空过程中因气流反作用于第一翅部7、第二翅部8而使第一腹部5、第二腹部6分开过度，故进一步设置：于第一腹部5、第二腹部6之间设置有若干限位绳10，若干限位绳10顺着峰线均匀排布，限位绳10一端固定连接第一腹部5，其另一端固定连接第二腹部6，使得第一腹部5与第二腹部6的最大分开夹角固定，以确保第一腹部5、第二腹部6每次吸合分开的轨迹相同，飞行器动力输出更为稳定、可控。
40.考虑到受主体部1承载限制而使电子驱动模块9的输出功率有限，为防止因第一腹部5、第二腹部6的夹角过大而导致第一电磁线圈95、第二电磁线圈96因磁力不足、无法吸合，通过调整限位绳10的长度或者限位绳10的连接方位，使得第一腹部5和第二腹部6间的最大分开夹角优选在60
°
至90度之间。上述的实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。