[發明專利]一種舵機驅動的撲翼飛行器及撲翼飛行器驅動方法

有效

• 申請號: 201711077561.1
• 申請日: 2017-11-06
• 公開（公告）號: CN107867396B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 賀威;盧子瑜;康業猛;黃愷;孫長銀
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B64C33/02
• 分類號: B64C33/02;B64C33/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

1.一種舵機驅動的撲翼飛行器，其特征在于，所述撲翼飛行器包括：左舵機和右舵機、飛控板、機體；其中，

所述左舵機和右舵機，用來分別獨立控制左右兩翼的運動，所述左右兩翼的運動分別包括每個機翼的的靜止位置、撲動初始位置、撲動幅度與撲動頻率，使撲翼飛行器完成直飛、盤旋、轉向的飛行姿態；其中，

左舵機的簡化撲動模型為：α_L＝U_L-A_Lsin(ω₁t) (2)

右舵機的簡化撲動模型為：α_R＝U_R+A_Rsin(ω₂t) (3)

其中α_L和α_R分別是左右兩翼的撲動角度，U_L和U_R分別是左右兩翼的撲動初始位置，A_L和A_R分別是左右兩翼的撲動幅度，ω₁和ω₂分別是左右兩翼的撲動頻率，t是時間；

所述飛控板，與舵機相連，用來實現舵機與遙控器的無線通信功能，并通過舵機實現遙控器的飛行指令達到對撲翼飛行器的運動控制；

所述機體，包括機身、翅膀骨架和尾翼裝置。

2.根據權利要求1所述的撲翼飛行器，其特征在于，所述飛控板，包括電平轉換模塊、信號接收機、控制芯片；其中，

所述電平轉換模塊用于將撲翼飛行器電池的7.4V電壓轉換成控制芯片需要的3.3V電壓，同時也保留7.4V為舵機供電；

所述信號接收機用于接收遙控器的遙控信號或控制信號，從而達到對撲翼機的運動控制；

所述控制芯片，用于接收并分析控制信號，并按控制信號控制舵機的轉動，所述控制芯片根據式(2)和式(3)所示的模型來控制舵機，使撲動角度以sin函數的形式變化，帶動翅膀做撲動運動，根據遙控信號改變左右翅膀的撲動初始位置U、撲動幅度A和撲動頻率ω。

3.根據權利要求2所述的撲翼飛行器，其特征在于，所述信號接收機，通過接收脈沖寬度調制(Pulse Width Modulation，PWM)波與遙控器進行無線通信。

4.根據權利要求1所述的撲翼飛行器，其特征在于，所述機體，包括機身、翅膀骨架和尾翼裝置，所述舵機通過舵機支架與機身連接；所述舵機支架在機身中以左右兩側對稱的方式放置，開有左舵機安裝孔和右舵機安裝孔；通過所述左舵機安裝孔將左舵機安裝到舵機支架上；通過所述右舵機安裝孔將右舵機安裝到舵機支架上；所述舵機支架上開有支架插孔，機身包括機身碳桿， 將所述機身碳桿的一端插入支架插孔，使機身碳桿安裝到所述舵機支架上；同時，將機身碳桿的另一端插入尾翼插孔，使尾翼連接到機身碳桿上。

5.一種驅動如權利要求1至4任一項撲翼飛行器的驅動方法，其特征在于，所述方法包括：完成直飛的第一驅動模式，實現差幅撲動的第二驅動模式，實現撲動平面傾斜的第三驅動模式，實現差頻撲動的第四驅動模式，第二驅動模式、第三驅動模式、第四驅動模式完成盤旋、轉向動作；其中，

第一驅動模式包括如下步驟：

步驟S1：根據舵機的簡化撲動模型：

α_L＝U_L-A_Lsin(ω₁t) (2)

α_R＝U_R+A_Rsin(ω₂t) (3)

令U_L＝U_R＝0°，A_L＝A_R＝60°，ω₁＝ω₂，當t＝0時，左右兩翼都處于水平位置，即0°；

步驟S2：當t增加，使得sin函數到達波峰時，α_L＝-60°，α_R＝+60°；左翼舵機順時針旋轉60度，右翼舵機逆時針旋轉60度，兩個舵機都向上轉動，帶動翅膀展向碳桿1向上抬，使得翅膀向上撲動；

步驟S3：隨著t繼續增加，sin函數的輸出值從波峰時的最大值向波谷的最小值變化，α_L從最小值-60°開始逐漸增大，左翼舵機開始逆時針轉動，左翼開始下撲運動；α_R從最大值+60°開始逐漸變小，右翼舵機開始順時針轉動，右翼開始下撲運動；當sin函數的輸出值到達其最小值時，α_L＝+60°，α_R＝-60°，左翼逆時針旋轉120度，右翼順時針旋轉120度，達到下撲的最低點，翅膀下撲過程結束；

步驟S4：隨著t的增加，sin函數的輸出值從波谷的最小值向遠點0變化，α_L從最大值+60°開始逐漸減小，左翼開始上抬；α_R從最小值-60°開始逐漸增大，右翼開始上抬；當sin函數值等于0時，兩個舵機的轉動值回到0°，翅膀又回到水平位置，重復步驟S1；

第二驅動模式包括如下步驟：

根據舵機的簡化撲動模型：

α_L＝U_L-A_Lsin(ω₁t) (2)

α_R＝U_R+A_Rsin(ω₂t) (3)

令U_L＝U_R＝0°，A_L＝40°，A_R＝60°，ω₁＝ω₂，在sin函數值處于波峰時，左翼舵機只會上抬40度，右翼舵機會上抬60度，在sin函數處于波谷時，左翼舵機下撲40度，右翼舵機下撲60度，左翼的撲動幅度為80度，右翼的撲動幅度為120度，實現左右兩翼的差幅撲動；

第三驅動模式包括如下步驟：

根據舵機的簡化撲動模型：

α_L＝U_L-A_Lsin(ω₁t) (2)

α_R＝U_R+A_Rsin(ω₂t) (3)

令U_L＝U_R＝-20°，A_L＝A_R＝40°，ω₁＝ω₂，在t等于0的時刻，翅膀有一定傾斜，左翼舵機和右翼舵機都順時針旋轉20度，整個撲動平面向右翼方向傾斜，實現撲動平面的傾斜；

第四驅動模式包括如下步驟：

根據舵機的簡化撲動模型：

α_L＝U_L-A_Lsin(ω₁t) (2)

α_R＝U_R+A_Rsin(ω₂t) (3)

令ω₁≠ω₂，左右兩翼撲動頻率不同，實現左右兩翼不同頻撲動。