仿生扑翼飞行器

1.本实用新型涉及仿生飞行装置领域，具体涉及一种仿生扑翼飞行器。


背景技术：

2.目前国内外研究显示，扑翼飞行器有着特殊的高升力产生机制，在小尺度、非定常流场和低雷诺数下有出色的飞行能力，与固定翼和旋翼飞行器相比更具优势，这使得扑翼飞行器在民用和军用领域均有着极大的发展潜力和应用空间；而制约扑翼飞行器发展的核心原因就是现有扑翼飞行器灵活性较差，难以根据飞行需求自由的切换飞行姿态，从而失去了在飞行过程中的适应性，限制了扑翼飞行器的发展。
3.但是现有仿生扑翼飞行器都是想通过翅翼变化来增加扑翼对环境的适应性、提高灵活性，但是不能在扑翼飞行过程中做到主动地大范围调节，从而灵活性较差、仿真性不高、环境适应性不强；同时，现有扑翼飞行器为提供充足动力来源与提升翅翼扑动控制精度，采用多个电机来进行驱动与控制，造成飞行器结构复杂、重量大、能量利用效率低，且飞行过程中产生的噪音较大。
4.因此，为解决以上问题，需要一种仿生扑翼飞行器，能够具备灵活性强、能耗小、噪音小的特点。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型的目的是克服现有技术中的缺陷，提供仿生扑翼飞行器，能够具备灵活性强、能耗小、噪音小的特点。
6.本实用新型的仿生扑翼飞行器，包括机身骨架、侧翼扑动机构和尾翼扑动机构；
7.所述侧翼扑动机构包括设置于机身骨架上的侧翼骨架和设置于侧翼骨架上的侧翼形体支撑翅，所述侧翼骨架的扑动幅角被动力源ⅰ驱动调节，所述侧翼扑动机构为两组，两组所述侧翼扑动机构分别对应设置于机身骨架横向中部的两侧，两组所述侧翼扑动机构中各自对应的侧翼骨架被同一动力源ⅱ驱动做侧翼扑动运动；
8.所述尾翼扑动机构包括滑翔尾翼和扑动尾翼；所述扑动尾翼设置于机身骨架纵向的尾部，所述扑动尾翼的扑动幅角被动力源ⅲ驱动调节，所述尾翼扑动机构被动力源ⅳ驱动做尾翼扑动运动；所述滑翔尾翼固定于扑动尾翼纵向前侧的机身骨架上，所述滑翔尾翼为两个，两个所述滑翔尾翼分别对应设置于机身骨架横向中部的两侧。
9.进一步，所述侧翼骨架包括连杆ⅰ、连杆ⅱ、连杆ⅲ、连杆ⅳ、连杆
ⅴ
、连杆ⅵ和侧翼连杆接头；
10.所述连杆ⅱ的第一端部铰接于侧翼连杆接头的安装位ⅰ，所述连杆ⅱ的第二端部铰接于连杆ⅳ的安装位ⅰ；所述连杆ⅲ的第一端部铰接于侧翼连杆接头的安装位ⅱ，所述连杆ⅲ的第二端部铰接于连杆ⅳ的安装位ⅱ；所述连杆ⅱ、连杆ⅲ、连杆ⅳ和侧翼连杆接头形成连杆ⅱ和连杆ⅲ相平行的侧翼中段平面连杆机构，所述侧翼中段平面连杆机构的运行平面垂直于纵向；
11.所述连杆ⅰ的第一端部连接于侧翼连杆接头的安装位ⅲ，所述连杆ⅰ位于侧翼中段平面连杆机构的横向外侧；
12.所述侧翼扑动机构还包括传力齿，所述传力齿被动力源ⅱ驱动的绕传力齿中心轴线自转，所述连杆ⅳ的第一端部铰接于传力齿齿面，所述连杆ⅳ与传力齿连接的铰接轴的中心轴线平行于纵向；
13.所述连杆
ⅴ
的第一端部铰接于连杆ⅳ的第二端部，所述连杆
ⅴ
的第二端部铰接于连杆ⅵ的第一端部，所述连杆ⅵ的第二端部固定于动力源ⅰ的动力输出轴，所述动力源ⅰ的动力输出轴由动力源ⅰ驱动的绕自身轴线自转。
14.进一步，所述侧翼形体支撑翅包括外侧支撑翅和内侧支撑翅，所述外侧支撑翅与连杆ⅰ连接，所述内侧支撑翅同时与连杆ⅱ和连杆ⅲ连接。
15.进一步，所述机身骨架上设有保持导向杆，所述保持导向杆以套设的方式连接于连杆ⅱ和/或连杆ⅲ，以使得保持导向杆形成对连杆ⅱ和/或连杆ⅲ运动的保持和导向。
16.进一步，所述侧翼连杆接头为三角接头，侧翼连杆接头的安装位ⅰ、侧翼连杆接头的安装位ⅱ和侧翼连杆接头的安装位ⅲ分别对应设于三角接头的三个角，所述侧翼连杆接头的安装位ⅲ位于三角接头沿横向靠近外侧的一角。
17.进一步，两组侧翼扑动机构中对应的两片传力齿啮合，两片传力齿的其中一片被动力源ⅱ驱动。
18.进一步，所述动力源ⅱ的动力输出轴上外套固定有驱动齿，所述驱动齿用于与两片传力齿的其中一片啮合，所述驱动齿传递由动力源ⅱ的动力输出轴输出的动力至两片传力齿的其中一片，所述驱动齿的齿径小于传力齿的齿径。
19.进一步，所述连杆ⅳ的第二端部形成连杆ⅳ的安装位ⅰ，所述连杆ⅳ的安装位ⅱ位于连杆ⅳ的第一端部和连杆ⅳ的第二端部之间。
20.进一步，所述机身骨架包括沿纵向依次连接的机身前段、机身中段和机身后段，所述机身前段形成对侧翼扑动机构的支撑和安装，所述机身后段形成对尾翼扑动机构的支撑和安装，所述机身中段将机身前段和机身后段连接。
21.进一步，所述机身前段包括两片三角形环状板和一片中间板，两片所述三角形环状板沿纵向连接，两片所述三角形环状板的纵向投影重合，所述中间板固定于两片所述三角形环状板之间，所述侧翼扑动机构安装于中间板；
22.所述机身后段包括沿纵向连接的前支撑环和后支撑环，所述前支撑环和后支撑环的横向截形均为圆环形，所述后支撑环的环径小于前支撑环的环径，所述尾翼扑动机构安装于后支撑环；
23.所述三角形环状板沿纵向靠进尾翼的一片通过机身中段与前支撑环固定，所述机身中段包括若干根连接杆，至少两根沿高度方向呈角度连接的连接杆形成一组连接杆组，一组所述连接杆组中包括至少两根连接杆连接的交汇端和至少两根连接杆呈角度的敞口端，所述交汇端连接于前支撑环，所述敞口端连接于三角形环状板，
24.所述连接杆组至少包括分别对应布置于机身骨架横向中部两侧的两组。
25.本实用新型的有益效果是：本实用新型公开的一种仿生扑翼飞行器，通过布置的侧翼扑动机构和尾翼扑动机构能够通过翅翼变化来增加扑翼对环境的适应性、提高灵活性，并且具备能耗小、噪音小的特点；尤其是在动力不足的情况下可由辅助的滑翔尾翼提供
动力，辅助飞行，并且整体结构不仅应用了侧翼扑展的飞行模拟，同时还应用了尾翼的飞行模拟，大幅度的提升了仿生飞行器的适应性和灵活性。
附图说明
26.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述：
27.图1为本实用新型的结构示意图；
28.图2为本实用新型的主视结构示意图；
29.图3为本实用新型的俯视结构示意图；
30.图4为本实用新型的侧视结构示意图；
31.图5为本实用新型侧翼扑动机构的结构示意图；
32.图6为本实用新型尾翼扑动机构的结构示意图；
33.图7为本实用新型图6的俯视结构示意图；
34.图8为本实用新型图6的侧视结构示意图。
具体实施方式
35.图1为本实用新型的结构示意图，如图所示，本方案中所述纵向为机身骨架的长度方向，所述的首端即为沿纵向靠近侧翼扑动机构一侧，所述的末端即为沿纵向靠近尾翼扑动机构一侧，所述的横向为侧翼扑动机构的延伸方向，所述的外即为沿横向远离机身骨架横向中部的方向，所述的内即为沿横向靠近机身骨架横向中部的方向，所述的高度方向即为侧翼扑动机构上下升降的扑动方向，在此不再赘述；本实施例中的仿生扑翼飞行器在使用时根据实际使用情况外包蒙皮形成近似仿生的装置，在此不再赘述；
36.所述仿生扑翼飞行器包括机身骨架、侧翼扑动机构和尾翼扑动机构；
37.本实施例中，所述机身骨架包括沿纵向依次连接的机身前段、机身中段和机身后段，所述机身前段形成对侧翼扑动机构的支撑和安装，所述机身后段形成对尾翼扑动机构的支撑和安装，所述机身中段将机身前段和机身后段连接；
38.所述机身前段包括两片形状为三角形的环状板1和一片中间板2，两片所述环状板1沿纵向连接形成前支撑骨架，两片所述环状板1的纵向投影重合，所述中间板2固定于两片所述环状板1之间，所述侧翼扑动机构安装于中间板2；
39.所述机身后段包括沿纵向连接的前支撑环3和后支撑环4，所述前支撑环3和后支撑环4通过撑杆5连接，所述前支撑环3和后支撑环4的横向截形均为圆环形，所述后支撑环4的环径小于前支撑环3的环径，所述尾翼扑动机构安装于后支撑环4，所述前支撑环3的圆心和后支撑环4的圆心在纵向投影上重合，提高机身骨架的协调性；
40.所述环状板1沿纵向靠进尾翼的一片通过机身中段与前支撑环3固定，所述机身中段包括若干根连接杆6，至少两根沿高度方向呈角度连接的连接杆6形成一组连接杆组，一组所述连接杆组中包括至少两根连接杆6连接的交汇端和至少两根连接杆6呈角度的敞口端，所述交汇端连接于前支撑环3，所述敞口端连接于环状板1，所述前支撑环3位于后支撑环4和连接杆6之间；
41.所述连接杆组至少包括分别对应布置于机身骨架横向中部两侧的两组；
42.如图所示，本方案中连接杆组为分别对应布置于机身骨架横向中部两侧的两组，
每组连接杆组中包括两根连接杆6，每组连接杆组中的两根连接杆6呈“v”形布置，“v”形的拐点即为与前支撑环3连接的交汇端，“v”形的敞口即为与环状板1连接的敞口端，减少装置飞行时的风阻，起到结构强度满足的前提下，降低整机质量的作用。
43.本实施例中，所述尾翼扑动机构包括滑翔尾翼7和扑动尾翼8，提高整体装置运行时的安全性，应对复杂环境下的飞行，辅助整个装置的滞空飞行，增加整个装置飞行时的有效性、隐蔽性、低噪性和安全性，具备灵活性强、能耗小、噪音小的特点；所述扑动尾翼8设置于机身骨架纵向的尾部，所述扑动尾翼8的扑动幅角被动力源ⅲ9驱动调节，所述尾翼扑动机构被动力源ⅳ10驱动做尾翼扑动运动，进一步的所述扑动尾翼8被动力源ⅳ10驱动做尾翼扑动运动；所述扑动尾翼8呈扇形，所述扑动尾翼8的底部设有呈“十”字形的加强肋，所述尾翼扑动运动即为仿鸟尾翼的扑动，所述滑翔尾翼7固定于扑动尾翼8纵向前侧的机身骨架上，所述滑翔尾翼7具有由后向前斜向下呈弧度布置的弧面，起到提高整体装置滞空效果的作用，所述滑翔尾翼7为两个，两个所述滑翔尾翼7分别对应设置于机身骨架横向中部的两侧；
44.如图所示，后支撑环4上固定有支撑横梁11，所述支撑横梁11在高度方向位于后支撑环4圆心的底部，所述支撑横梁11的横向两端固定在后支撑环4的内侧壁上，所述支撑横梁11平行于横向布置，所述尾翼扑动机构还包括连接在支撑横梁11上的主支撑梁12，所述主支撑梁12沿横向位于支撑横梁11的横向中部，所述主支撑梁12沿纵向向后延伸，所述的后即为沿纵向靠近扑动尾翼8的方向，两个所述滑翔尾翼7以主支撑梁12横向中部为对称中心对称布置在主支撑梁12横向中部的两侧，两个所述滑翔尾翼7位于主支撑梁12的纵向中段，提高整体装置飞行的协同性，并能协同扑动侧翼和扑动尾翼8使整个装置滞空，具备低能耗特点；
45.主支撑梁12的纵向前段固定于支撑横梁11，所述动力源ⅳ10为电机ⅱ，动力源ⅳ10固定在主支撑梁12的纵向前段，所述扑动尾翼8固定于动力源ⅲ9的输出轴，所述动力源ⅲ9为舵机ⅱ，动力源ⅲ9连接在主支撑梁12的纵向后段，所述尾翼扑动机构还包括传动杆ⅰ13、传动杆ⅱ14和传动杆ⅲ15，所述动力源ⅳ10的输出轴与传动杆ⅰ13的第一端部固定，所述动力源ⅲ9以嵌入的方式固定在传动杆ⅲ15上，所述传动杆ⅲ15的第一端部铰接主支撑梁12的纵向末端，所述动力源ⅲ9位于主支撑梁12高度方向的顶部，所述传动杆ⅱ14的第一端部铰接于传动杆ⅰ13的第二端部，所述传动杆ⅱ14的第二端部铰接于传动杆ⅲ15；
46.所述传动杆ⅰ13、传动杆ⅱ14、传动杆ⅲ15和主支撑梁12构成尾翼平面连杆机构，所述尾翼平面连杆机构的运行平面垂直于横向，使得动力源ⅳ10通过尾翼平面连杆机构控制扑动尾翼8做尾翼扑动运动，同时扑动尾翼8的扑动幅角被垂直于横向的动力源ⅲ输出轴调节。
47.本实施例中，所述侧翼扑动机构包括设置于机身骨架上的侧翼骨架和设置于侧翼骨架上的侧翼形体支撑翅，所述侧翼骨架的扑动幅角被动力源ⅰ16驱动调节，所述侧翼扑动机构为两组，两组所述侧翼扑动机构分别对应设置于机身骨架横向中部的两侧，如图所示，两组所述侧翼扑动机构以机身骨架横向中部为对称中心对称布置在机身骨架横向中部的两侧，两组所述侧翼扑动机构中各自对应的侧翼骨架被同一动力源ⅱ18驱动做侧翼扑动运动，降低电机使用的同时，提高两组所述侧翼扑动机构的协同性，满足仿鸟类翅膀扑动飞行的机械仿生扑动飞行，所述侧翼扑动运动即为仿鸟侧翼的展翅扑动；
48.所述侧翼扑动机构还包括传力齿17，所述传力齿17被动力源ⅱ18驱动的绕传力齿17中心轴线自转，所述传力齿17设置在中间板2高度方向的底部，两组侧翼扑动机构中对应的两片传力齿17啮合，两片传力齿17的其中一片被动力源ⅱ18驱动，所述动力源ⅱ18为电机ⅰ，所述动力源ⅱ18固定于中间板2高度方向的底部，所述动力源ⅱ18的动力输出轴上外套固定有驱动齿19，所述驱动齿19用于与两片传力齿17的其中一片啮合，所述驱动齿19传递由动力源ⅱ18的动力输出轴输出的动力至两片传力齿17的其中一片，所述驱动齿19的齿径小于传力齿17的齿径，以使得提高两片传力齿17的协同性；
49.以其中一组侧翼扑动机构中的侧翼骨架为例，所述侧翼骨架包括连杆ⅰ20、连杆ⅱ21、连杆ⅲ22、连杆ⅳ23、连杆
ⅴ
24、连杆ⅵ25和侧翼连杆接头26；
50.所述连杆ⅱ21的第一端部铰接于侧翼连杆接头26的安装位ⅰ，所述连杆ⅱ21的第二端部铰接于连杆ⅳ23的安装位ⅰ；所述连杆ⅲ22的第一端部铰接于侧翼连杆接头26的安装位ⅱ，所述连杆ⅲ22的第二端部铰接于连杆ⅳ23的安装位ⅱ；所述连杆ⅳ23的第一端部铰接于传力齿17齿面，所述连杆ⅳ23的第二端部形成连杆ⅳ23的安装位ⅰ，所述连杆ⅳ23的安装位ⅱ位于连杆ⅳ23的第一端部和连杆ⅳ23的第二端部之间；所述连杆ⅱ21、连杆ⅲ22、连杆ⅳ23和侧翼连杆接头26形成连杆ⅱ21和连杆ⅲ22相平行的侧翼中段平面连杆机构，所述侧翼中段平面连杆机构的运行平面垂直于纵向；
51.所述连杆ⅰ20的第一端部连接于侧翼连杆接头26的安装位ⅲ，本实施例中，所述连杆ⅰ20的第一端部与侧翼连杆接头26的安装位ⅲ形成固定，所述连杆ⅰ20位于侧翼中段平面连杆机构的横向外侧；
52.如图所示，所述侧翼连杆接头26为三角接头，侧翼连杆接头26的安装位ⅰ、侧翼连杆接头26的安装位ⅱ和侧翼连杆接头26的安装位ⅲ分别对应设于三角接头的三个角，所述侧翼连杆接头26的安装位ⅲ位于三角接头沿横向靠近外侧的一角；提高结构强度的同时，缩小连接件的体积，所述连杆ⅱ21位于连杆ⅲ22高度方向的顶部，所述侧翼连杆接头26的安装位ⅰ位于侧翼连杆接头26的安装位ⅱ和侧翼连杆接头26的安装位ⅲ之间；
53.所述连杆ⅳ23与传力齿17连接的铰接轴的中心轴线平行于纵向；
54.所述连杆
ⅴ
24的第一端部铰接于连杆ⅳ23的第二端部，所述连杆
ⅴ
24的第二端部铰接于连杆ⅵ25的第一端部，所述连杆ⅵ25的第二端部固定于动力源ⅰ16的动力输出轴，所述动力源ⅰ16的动力输出轴由动力源ⅰ16驱动的绕自身轴线自转；所述动力源ⅰ16为舵机ⅰ，所述动力源ⅰ16固定于中间板2高度方向的顶部，舵机ⅰ为两个分别对应设置于两组侧翼扑动机构中，使得动力源ⅱ18控制侧翼骨架做侧翼扑动运动，同时侧翼骨架的扑动幅角被平行于纵向的动力源ⅰ16输出轴调节。
55.本实施例中，所述侧翼形体支撑翅包括外侧支撑翅27和内侧支撑翅28，所述外侧支撑翅27与连杆ⅰ20连接，本方案所述外侧支撑翅27与连杆ⅰ20固定连接，所述内侧支撑翅28同时与连杆ⅱ21和连杆ⅲ22连接，本方案所述内侧支撑翅28与连杆ⅱ21固定连接，所述内侧支撑翅28以套设的方式与连杆ⅲ22连接，以使得连杆ⅲ22可在侧翼中段平面连杆机构的运行平面上滑动，侧翼形体支撑翅的使用使得可降低装置飞行难度。
56.本实施例中，所述机身骨架上设有保持导向杆29，更进一步的保持导向杆29以可被驱动转动的方式安装于中间板2，所述保持导向杆29以套设的方式连接于连杆ⅱ21和/或连杆ⅲ22，以使得保持导向杆29形成对连杆ⅱ21和/或连杆ⅲ22运动的保持和导向，如图所
示，所述保持导向杆29连接于中间板2，保持导向杆29以套设的方式连接于连杆ⅱ21，且保持导向杆29可随连杆ⅱ21角度调节的对应转动，保持导向杆29为两个分别对应布置于两组侧翼扑动机构中；
57.所述舵机ⅰ、舵机ⅱ、电机ⅰ和电机ⅱ的控制系统和电信号连接系统依靠现有技术实现，以能够实现各自对应的功能即可，在此不再赘述；能够降低整机质量，做到装置飞行过程中做到主动地大范围调节，提高灵活性、仿真性和环境适应性。
58.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。