[發(fā)明專利]一種基于電熱人工肌肉的仿生飛行器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110404987.3
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113184180A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁建寧;王英明;胡興好;程廣貴;張忠強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: B64C33/02
• 分類號: B64C33/02;B64C1/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明屬于仿生飛行器設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以電熱型復(fù)合碳納米管纖維人工肌肉為動力源的仿生飛行器。所述仿生飛行器包括機(jī)身、側(cè)翼和尾翼，動力源采用電熱型復(fù)合碳納米管纖維人工肌肉，該人工肌肉在所述機(jī)身的側(cè)開口處連接側(cè)翼與機(jī)身。當(dāng)對該人工肌肉施加方波電壓，人工肌肉即會發(fā)生收縮并帶動翅膀撲動；所述尾翼的動力源采用與側(cè)翼處同樣的碳納米管復(fù)合纖維人工肌肉，用來帶動尾翼撲動輔助保持機(jī)身平衡。本發(fā)明創(chuàng)新性地提出用電熱型復(fù)合碳納米管纖維人工肌肉代替?zhèn)鹘y(tǒng)的動力源，這不僅大大地減輕了整個仿生飛行器的重量，還使驅(qū)動變得更為直接、結(jié)構(gòu)更為緊湊，利于仿生飛行器的微型化。而且不會產(chǎn)生噪音，利于執(zhí)行各種偵察任務(wù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于仿生飛行器設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以電熱型復(fù)合碳納米管纖維人工肌肉為動力源的仿生飛行器。

背景技術(shù)

近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微機(jī)電技術(shù)以及通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，航天飛行技術(shù)也逐漸成熟。飛行器按其飛行原理可分為固定翼飛行器、旋翼飛行器和撲翼飛行器，前兩種飛行器技術(shù)相對成熟，但也有其弊端。例如固定翼飛行器往往尺寸較大、機(jī)動性差、不能實(shí)現(xiàn)懸停飛行；旋翼飛行器存在能耗高、噪音大等缺點(diǎn)。相對來說撲翼飛行器具有較高的升力和靈活的機(jī)動性，而且撲翼飛行器可以仿照鳥類撲動翅膀，與自然生物十分相似，在軍用領(lǐng)域和民用領(lǐng)域都有很大的應(yīng)用前景。

基于上述說明，目前已有的撲翼型仿生飛行器，如申請?zhí)枮镃N202021060498.8的專利，包括機(jī)身、機(jī)翼、尾翼、機(jī)翼驅(qū)動機(jī)構(gòu)、尾翼驅(qū)動機(jī)構(gòu)。該仿生飛行器在機(jī)翼驅(qū)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動下，兩側(cè)的機(jī)翼可實(shí)現(xiàn)上下?lián)鋭舆\(yùn)動和翼剖面的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動，具有較高的飛行速度和較大的推力，尾翼驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動尾翼擺動可保持飛行器的平衡及提供部分升力。

然而，此仿生飛行器的驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括電機(jī)、主動齒輪、從動齒輪、曲柄、連桿、搖臂等，這復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)無疑成為其不足之處。另外，選用電機(jī)作為其驅(qū)動源也極大地增加了機(jī)身的重量，不利于仿生飛行器的輕量化及小型化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決目前仿生飛行器存在的重量大、負(fù)載小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題。創(chuàng)新性地采用前沿的電熱驅(qū)動碳納米管纖維人工肌肉作為仿生飛行器的動力源，并設(shè)計(jì)了一種仿生飛行器的外形與結(jié)構(gòu)。該仿生飛行器具備機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、載荷大、無噪音等優(yōu)點(diǎn)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于電熱人工肌肉的仿生飛行器，包括：機(jī)身，所述機(jī)身具有容腔，并具有四處開口，分別為上開口、前開口、側(cè)開口、以及后開口；仿生飛行器頭部，所述仿生飛行器頭部與所述機(jī)身的前開口通過卡扣嵌入連接，方便取下安裝其他電子設(shè)備如攝像頭等；側(cè)翼，所述側(cè)翼通過側(cè)開口連接至機(jī)身內(nèi)部；動力源，所述的動力源即為電熱型復(fù)合碳納米管纖維人工肌肉，該人工肌肉在所述機(jī)身的側(cè)開口處連接側(cè)翼與機(jī)身。當(dāng)對該人工肌肉施加方波電壓，人工肌肉即會發(fā)生收縮并帶動翅膀撲動；扭簧，所述扭簧安裝在側(cè)翼所在的軸上，位于機(jī)身容腔內(nèi)，作用是當(dāng)人工肌肉通電收縮帶動側(cè)翼向下?lián)鋭訒r，扭簧儲存能量，當(dāng)方波電壓為低電平，扭簧釋放能量，帶動側(cè)翼回復(fù)；尾翼，所述尾翼通過卡扣與所述機(jī)身的后開口嵌入連接；尾翼動力源，所述尾翼的動力源采用與側(cè)翼處同樣的碳納米管復(fù)合纖維人工肌肉，碳納米管復(fù)合纖維人工肌肉連接尾翼與機(jī)身，用來帶動尾翼撲動輔助保持機(jī)身平衡。

本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步限定如下：

前述的機(jī)身及頭部為仿小鳥身形，具有流線型外形，可以極大地減少飛行時的阻力。進(jìn)一步地，所述機(jī)身的底部為平面，目的是方便仿生飛行器可以平穩(wěn)落地。前述的頭部、側(cè)翼、人工肌肉、尾翼等等全部連接到所述機(jī)身構(gòu)成完整的仿生飛行器。另外所述機(jī)身設(shè)有容腔并留有足夠空間用來放置電源及控制模塊。

進(jìn)一步地，所述仿小鳥身形的機(jī)身、側(cè)翼、尾翼及頭部利用UG軟件進(jìn)行建模，并通過3D打印完成。大大簡化了制造流程，制作的可重復(fù)性高且成本低廉。