[發明專利]一種仿蜻蜓撲翼飛行機器人

在審

• 申請號: 202310087803.4
• 申請日: 2023-01-30
• 公開（公告）號: CN116176834A
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 劉金濤;胡金鵬;張少飛;張建龍;劉逸檸
• 申請（專利權）人: 奧引科技（上海）有限公司
• 主分類號: B64C33/00
• 分類號: B64C33/00;B64C33/02;B64D27/24;B64U10/40;B64U50/19;B64U50/30
• 代理公司: 北京代代志同知識產權代理事務所(普通合伙) 16004
• 代理人: 冀學軍

本發明公開一種仿蜻蜓撲翼飛行機器人，身部外殼內安裝有機械骨架，機械骨架上表面安裝主控系統、電池系統、電驅系統，前部與后部兩側安裝有電機驅動組件，末端安裝相機云臺連接攝像機；由此將各系統部件集中設置于殼體內部，使整體飛行器結構緊湊。同時設計各個電機驅動組件以及電機云臺均由多個電機通過連接件相連，具有多個自由度，分別用來驅動四個仿生撲翼與一個攝像機運動；由此通過多自由度飛行姿態控制，將電能最大化轉化為有效飛行，有效提高飛行效率。

技術領域

本發明屬于一種仿生飛行機器人，具體來說是一種仿蜻蜓撲翼飛行機器人。

背景技術

自古以來，人類對飛行的向往一直沒有停止，孔明燈和風箏是古人對飛行探索的有力產物。到了近代，飛行器的探索出現了大爆發，1809年，英國人喬治·凱利試制的一架滑翔機；1871年，法國人佩諾發明的“飄動者”號飛機模型；1890年，法國人阿代爾研制出安裝了蒸汽發動機的蝙蝠形動力飛機；1903年12月17日美國人萊特兄弟操縱“飛行者1號”成功起飛。到了現代，隨著新技術、新材料的出現，飛行產品也會如雨后春筍一樣出現，開始飛入尋常百姓家。

現有技術：

消費飛行產品目前比較成熟的為四旋翼無人機，其原理通過控制四個電機的速度實現各種姿態的飛行，但是這種飛行器也存在先天缺陷，四個電機不停旋轉只有一部分轉換為有效飛行，由于飛行效率低，導致目前主流飛行產品飛行時間不足一個小時。

為了提高飛行效率，延長飛行時間，國內外一些企業及高校開始從鳥類再次獲得靈感，2022年10月21日北京航空航天大學撲翼飛行器飛行91分鐘，創造了新的飛行世界紀錄；10月26日西北工業大學自主研制的“云鸮”仿生撲翼飛行器通過國家專業認證機構的現場檢測，單次連續飛行時間達到123分鐘；撲翼飛行器通過2個維度的周期性配合，在一定程度提高了飛行效率，延長了飛行時長，但目前公開的撲翼飛行器還存在不是最優飛行方案，產業化可能性低等缺陷。

發明內容

針對現在存在的四旋翼飛行器飛行時間短，撲翼飛行器自由度不足、產業化可能性低等缺陷，本發明提出一種結構新穎、較為穩定的仿生飛行機器人。

本發明仿蜻蜓撲翼飛行機器人，包括機械骨架、仿生翅膀、主控系統、電池系統、電驅系統、電機系統、殼體、電動云臺與攝像機。

所述外殼內部安裝機械骨架，機械骨架上安裝有主控系統、電池系統以及電驅系統。其中，電機系統包括四套結構相同的電機驅動組件，四套電機驅動組件均由三個具有定子與動子的電機及兩個連接件組成，令三個電機分別為第一驅動電機、第二驅動電機與第三驅動電機；令兩個連接件分別為第一連接件與第二連接件。其中，第一驅動電機、第二驅動電機輸出軸相對且同軸設置；第三驅動電機位于第一驅動電機與第二驅動電機之間，輸出軸豎直設置。三個電機通過兩個連接件連接形成整體電機驅動組件；兩個連接件均由兩個垂直設計的電機安裝盤構成，整體呈L形結構。第一連接件與第二連接件相對的電機安裝盤外壁上分別同軸固定安裝第一驅動電機與第三驅動電機的定子部分；另兩個相對的電機安裝盤間同軸固定安裝第三驅動電機。

上述結構的電機系統中，四套電機驅動組件分別安裝于機械骨架前端左右兩側前部連接件的圓盤連接件上，以及機械骨架后端左右兩側后部連接件的圓盤連接件上；四套電機驅動組件中第一驅動電機的動子部分上安裝有板狀仿生翅膀。

攝像機通過電動云臺安裝于機械骨架上電動云臺由云臺連接件與兩個具有動子與轉子的云臺電機構成。攝像機連接件為L形結構，一側外壁固定安裝于攝像機上，另一側內壁與其中一個云臺電機A的定子固定。云臺連接件與前述電機驅動組件中的連接件結構相同，其一側內壁同軸固定于云臺電機A的動子上，另一側外壁同軸固定安裝于另一個云臺電機B的定子上；上述云臺電機B由外殼末端的云臺連接通道插入前端與后端上的云臺連接通道后，將云臺電機B的動子部分同軸固定安裝于末端連接件的圓盤連接件上；且云臺連接通道端部與安裝驅動電機B的云臺連接件側壁間固定，實現電機驅動組件的徑向定位。

本發明仿生飛行機器人的控制策略設計為：