[發明專利]一種仿生撲翼飛行器及其控制方法

有效

• 申請號: 202011170335.X
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112278267B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 王少萍;張益鑫;黃文皓;李少石;何思源;王興堅
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B64C33/02
• 分類號: B64C33/02
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 張夢澤

本發明公開了一種仿生撲翼飛行器及其控制方法。該仿生撲翼飛行器中的胸部結構包括胸部主碳纖維桿、第一驅動舵機和第二驅動舵機；胸部主碳纖維桿的頂端設置第一驅動舵機和第二驅動舵機；第一驅動舵機與左翅連接；第二驅動舵機與右翅連接；腹部結構包括腹部碳纖維桿和第三驅動舵機；第三驅動舵機設置在胸部主碳纖維桿的末端；腹部碳纖維桿的頂端與第三驅動舵機固定；微控系統設置在腹部碳纖維桿的末端；微控系統用于控制第一驅動舵機、第二驅動舵機和第三驅動舵機，以帶動左翅和右翅做余弦規律的撲打運動，帶動腹部碳纖維桿做與余弦規律的撲打運動同頻反相的擺動運動。本發明能提高飛行的機動性和穩定性。

技術領域

本發明涉及仿生機器人領域，特別是涉及一種仿生撲翼飛行器及其控制方法。

背景技術

撲翼飛行器具有其獨特的優點，在國防與民用領域有著廣泛的應用前景，對撲翼飛行器的研究已成為當今航空領域研究的熱點。早期由于人們對撲翼飛行方式認識的局限性以及當時科技水平的限制，并沒有揭開這種飛行方式的真正面紗。古代的人們嘗試使用各種材料制作翅膀，希望能夠借助翅膀完全依靠人的體力跟鳥兒一起飛翔。歐洲文藝復興時期的達·芬奇就設計過一款人力撲翼機。不過，希望借助人力以簡單振動翅膀的方式完成飛行的嘗試都已失敗告終了。之后的人們將研究的重點放在固定翼飛行器和旋翼飛行器上，取得了了不起的成就，成功實現了翱翔藍天的夢想。

隨著對仿生飛行的研究以及空氣動力學技術理論的發展，傳統的飛行器如固定翼和旋翼方式已經無法滿足人類的各種任務需求。而在低雷諾數條件下飛行時，隨著飛行器尺寸的減小，人們發現撲翼飛行方式較其他飛行方式有著諸多優勢，具有較強的抗干擾能力和低速高機動性等特點。撲翼飛行器對起飛、爬升、懸停和降落的操控是融于一體的，具有極高的靈活性和穩定性，飛行效率也相對較高。同時，該飛行器具有較強的環境適應能力，可以在任意場地、以任何姿態，甚至無初速度原地實現起飛，其回收降落也較為簡單。除此之外，撲翼飛行器一般體積較小，有的翅膀可以折疊，無需起飛輔助和回收裝置，便于攜帶。因此，撲翼飛行器在將來的軍事上有很好的應用前景，比如偵察軍事情報、目標的追蹤監視、核生化等危險場合的標本取樣、中繼通信、還可以主動進行進攻或防御且因飛行軌跡復雜不易被擊中也利于逃脫等等。在民用方面同樣也大有可為，除了進行大家所熟悉的攝影、測繪、監控等傳統布局飛行器可實現的任務外，它還可以應用于機場空域的驅鳥工作：利用其仿生飛行的特點來模仿老鷹盤旋于機場周圍實現驅鳥目的，在飛行的同時還可以裝上音頻設備模擬老鷹的叫聲，提高驅鳥效率。

常見的仿生撲翼飛行器包括：仿鳥撲翼飛行器和仿昆蟲撲翼飛行器，其中仿鳥撲翼飛行器通常尺寸較大、氣動噪音較大，而仿昆蟲撲翼飛行器雖然尺寸較小具有一定的隱蔽性，但由于自身有效載荷過低等問題，實用價值還有待提高。目前國內外的仿生撲翼飛行器軀干多為單根單個剛性結構或直桿結構，在飛行過程中身體近似固定不動，只有雙翅的撲打運動以及舵面的偏轉，與實際撲翼飛行生物的飛行操控模式差別較大。因此，目前的仿生撲翼飛行器的飛行機動性和穩定性有待提高。

發明內容

基于此，有必要提供一種仿生撲翼飛行器及其控制方法，以提高飛行的機動性和穩定性。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種仿生撲翼飛行器，包括：胸部結構、腹部結構、左翅、右翅和微控系統；所述胸部結構的一側設置所述左翅；所述胸部結構的另一側設置所述右翅；所述胸部結構的末端設置所述腹部結構；

所述胸部結構包括胸部主碳纖維桿、第一驅動舵機和第二驅動舵機；所述胸部主碳纖維桿的頂端設置所述第一驅動舵機和所述第二驅動舵機；所述第一驅動舵機與所述左翅連接；所述第二驅動舵機與所述右翅連接；

所述腹部結構包括腹部碳纖維桿和第三驅動舵機；所述第三驅動舵機設置在所述胸部主碳纖維桿的末端；所述腹部碳纖維桿的頂端與所述第三驅動舵機固定；