一种仿生蜂鸟扑翼飞行器

1.本发明涉及仿生机器人测试领域，尤其涉及一种仿生蜂鸟扑翼飞行器。


背景技术：

2.扑翼飞行器是一种模仿鸟类或昆虫飞行方式的飞行器，通过机翼的快速扑动产生升力和推力，实现飞行。相比于传统的固定翼飞机和旋翼飞机，扑翼飞行器具有敏捷性高、适应性强、低速稳定性好等优势，扑翼飞行器可以在复杂的环境中进行各种复杂的飞行动作和机动。
3.现有技术存在以下问题：
4.1、飞行器结构不够轻便；
5.2、当满足结构轻便时，结构不具备稳定性；
6.3、飞行器整体平衡感不强。


技术实现要素：

7.为解决上述问题，本发明提供了一种仿生蜂鸟扑翼飞行器，通过对机翼的碳杆等设计，实现结构轻便且具备稳定性，具体包括：
8.一种仿生蜂鸟扑翼飞行器，包括：机头、机身、尾翼和机翼；
9.所述机头设置在所述机身的一端，所述尾翼设置在所述机身的另一端，两个所述机翼分别对称设置在所述机身的两侧；
10.所述机头包括：安装板和齿轮驱动装置，所述机身的一端安装在所述安装板上，所述齿轮驱动装置安装在所述安装板的板面上，所述齿轮驱动装置用于驱动所述机身两侧的机翼上下摆动；
11.在一个所述机翼中，所述机翼包括：十字型安装架、第一碳杆、第二碳杆和翼膜；所述第一碳杆的长度长于所述第二碳杆的长度，所述第一碳杆的一端安装在所述十字型安装架的一横梁内，所述第二碳杆的一端安装在所述十字安装架的一纵梁内，所述第一碳杆和所述第二碳杆形成的空间内安装所述翼膜，
12.其中，在所述翼膜上且自所述第二碳杆的另一端至所述第一碳杆的另一端，所述翼膜的边缘呈弧形设置；
13.所述机身包括：中心碳杆和驱动模块，所述十字型安装架远离安装在所述第一碳杆的一端转动安装在所述中心碳杆的一端，所述十字型安装架远离安装在所述第一碳杆的一端与所述中心碳杆垂直设置，所述驱动模块安装在所述中心碳杆的杆身上，所述中心碳杆的另一端安装所述尾翼，所述驱动装置用于带动所述尾翼上下摆动；
14.其中，所述中心碳杆与所述第二碳杆平行设置，所述中心碳杆与所述第一碳杆空间垂直设置。
15.优选的，所述齿轮驱动装置包括：电机、主动齿轮、从动齿轮、驱动齿轮、第一齿轮、第二齿轮、第一连杆和第二连杆；
16.所述安装板顶端固定安装在所述中心碳杆上；
17.所述电机安装在所述安装板上；
18.所述主动齿轮安装在所述电机的输出端；
19.所述从动齿轮转动安装在所述安装板上，所述从动齿轮与所述主动齿轮啮合；
20.所述驱动齿轮设置在所述从动齿轮的中心，所述驱动齿轮凸出所述从动齿轮的表面；
21.所述第一齿轮转动安装在所述安装板上，所述第一齿轮与所述驱动齿轮啮合；
22.所述第二齿轮转动安装在所述安装板上，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合；
23.所述第一连杆的一端安装在所述第一齿轮的轮面上，所述第一连杆的另一端安装在同端侧的十字型安装架上背离所述第二碳杆的一端；
24.所述第二连杆的一端安装在所述第二齿轮的轮面上，所述第一连杆的另一端安装在同端侧的十字型安装架上背离所述第二碳杆的一端；
25.当所述主动齿轮转动时，所述主动齿轮通过啮合带动所述从动齿轮转动，所述从动齿轮通过所述驱动齿轮带动所述第一齿轮转动；
26.所述第一齿轮通过第一连杆带动同端侧的机翼以所述中心碳杆为基线上下摆动，同时，所述第一齿轮带动所述第二齿轮转动，所述第二齿轮通过所述第二连杆带动同端侧的机翼以所述中心碳杆为基线上下摆动。
27.优选的，所述主动齿轮的齿数为7个，所述主动齿轮的齿轮模数为0.2；
28.所述从动齿轮的齿数为40个，所述从动齿轮的齿轮模数为0.5；
29.所述驱动齿轮的齿数为9个，所述驱动齿轮的齿轮模数为0.5；
30.所述第一齿轮的齿数为40个，所述第一齿轮的齿轮模数为0.5；
31.所述第二齿轮的齿数为40个，所述第二齿轮的齿轮模数为0.5；
32.所述电机型号为空心杯电机；
33.所述第一齿轮的直径等于所述第二齿轮的直径，所述第一连杆的长度等于所述第二连杆的长度。
34.优选的，所述尾翼包括铰接耳、角型架、第三碳杆、第四碳杆、第五碳杆和翼尾膜；
35.所述铰接耳安装在所述中心碳杆远离所述机头的端侧；
36.所述角型架的顶端安装在所述铰接耳内，所述角型架包括中心梁和两个形成夹角的安装梁，所述中心梁的一端安装在两个所述安装梁的连接处，所述中心梁平分两个所述安装梁形成的夹角；
37.所述第三碳杆的一端插入一个安装梁内，所述第四碳杆的一端插入另一个安装梁内，所述第三碳杆和所述第四碳杆呈等腰设置，所述翼尾膜设置在所述第三碳杆和所述第四碳杆围成的空间内，所述翼尾膜呈等腰梯形设置；
38.所述第五碳杆设置在所述翼尾膜下方，所述第五碳杆的一端安装在所述中心梁内。
39.优选的，所述驱动模块包括飞控板、电调、舵机、驱动杆和电池；
40.所述舵机安装在所述中心碳杆上；
41.所述驱动杆的一端安装在所述舵机的输出端，所述驱动杆的另一端安装在所述翼尾膜上，所述舵机通过所述驱动杆带动所述尾翼上下摆动；
42.所述飞控板安装在所述中心碳杆上，所述飞控板用于根据飞控程序控制所述电机和所述舵机工作，所述飞控板分别与所述电机和所述舵机电连接；
43.所述电调分别与所述电池和所述电机连接；
44.所述电池安装在所述中心碳杆上，所述电池分别连接所述飞控板、所述舵机和所述电机。
45.优选的，所述中心碳杆的截面为1.5mm
×
1.5mm的方形碳杆；
46.所述翼尾膜为1.5mm厚的pp板。
47.优选的，所述机翼的扑动角度范围为60
°
，设置所述机翼与所述中心碳杆的连接点所在的水平面为基础水平面，针对单侧的机翼扑动的角度范围为：-30
°
至+30
°
。
48.优选的，所述机翼、所述机头和所述机身直接连接规则包括：
49.设置所述机翼与所述中心碳杆的连接点至所述第一齿轮的转动中心的距离为l1；
50.设置所述第一齿轮的转动中心至所述第一连接杆在所述第一齿轮上的安装点的距离为l2；
51.设置所述第一连接杆在所述第一齿轮上的安装点至所述第一连杆在同侧第一碳杆上的安装点的距离为l3；
52.设置所述第一连杆在同侧第一碳杆上的安装点至所述机翼与所述中心碳杆的连接点的距离为l4；
53.所述l1、l2、l3和l4满足公式(1)、公式(2)、公式(3)和公式(4)：
[0054][0055]
其中，为单侧机翼的上极限扑动角度，α为l1所在直线与所述基础水平面之间的夹角；
[0056][0057]
其中，为单侧机翼的下极限扑动角度，α为l1所在直线与所述基础水平面之间的夹角；
[0058][0059]
其中，为单侧机翼的扑动范围，
[0060]
β为l4所在直线与所述基础水平面的夹角由转变时，l3所在直线变换的角度；
[0061][0062]
其中，γ
min
为扑动角度达到上极限时的最小传动角度。
[0063]
优选的，包括：
[0064]
设置所述γ
min
的值为59.7
°
时；
[0065]
其中，所述l1为14mm，所述l2为3.025mm，所述l3为12.7mm，所述l3为6.05mm，
[0066]
优选的，所述电机为空心杯电机。
[0067]
上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：
[0068]
受自然界蜂鸟的飞行特征启发，本发明提供一款结构简单、整机轻便的扑翼飞行器。大自然中的蜂鸟体重较轻，在设计飞行器时，针对材料进行选型，尽可能减轻零件质量和简化结构，降低整机的重量；蜂鸟在保持悬停飞行时翅膀的扑动频率较高，在驱动方面采用逐级放大设计，提高飞行器的扑动频率；另外蜂鸟有着超强的平衡感，在设计飞行器的过程中要保持整体的对称性，调整飞行器零部件的分布，增加样机的稳定性。在尾翼驱动方面，通过舵机驱动尾翼，可调整飞行姿态角度。基于本技术结构的飞行器能实际运行且飞行稳定、结构简单。
附图说明
[0069]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0070]
图1为本发明提供的飞行器的结构示意图；
[0071]
图2为本发明提供的齿轮驱动装置第一视角下的结构示意图；
[0072]
图3为本发明提供的齿轮驱动装置第二视角下的结构示意图；
[0073]
图4为本发明提供的机身的结构示意图；
[0074]
图5为本发明提供的尾翼的结构示意图；
[0075]
图6为本发明提供的机翼的结构示意图；
[0076]
图7为本发明提供的机身、机头和机翼的结构关系示意图；
[0077]
图8为本发明提供的机身、机头和机翼的线条关系示意图。
[0078]
附图标记：
[0079]
1、机头；11、安装板；12、齿轮驱动装置；121、电机；122、主动齿轮；123、从动齿轮；124、驱动齿轮；125、第一齿轮、126第二齿轮；127、第一连杆；128、第二连杆；2、机身；21、中心碳杆；22、驱动模块；221、飞控板；222、电调；223、舵机；224、驱动杆；225、电池；3、机翼；31、十字型安装架；32、第一碳杆；33、第二碳杆；34、翼膜；4、尾翼；41、铰接耳；42、角型架；421、安装梁；422、中心梁；43、第三碳杆；44、第四碳杆；45、第五碳杆；46、翼尾膜。
具体实施方式
[0080]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0081]
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并
不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
[0082]
需要说明的是，本发明中使用的“上”、“下”、“左”、“右”“前”“后”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
[0083]
本发明的一种仿生蜂鸟扑翼飞行器主要通过精密的机械结构实现机翼3的高频率扑动。材料方面主要研究轻量化和高强度的材料，尽可能的减小扑翼飞行器的重量和提高其耐久性，控制系统方面主要研究实现稳定飞行和精确控制的算法，利用传感器和自主控制算法执行任务，目前的扑翼机可携带摄像头，实现自主避障、跟踪和定位。随着新材料的发展和控制算法的改进，扑翼飞行器的性能和应用范围也在不断拓展，可应用于环境检测、军事侦察、搜索救援等领域。具体包括：
[0084]
如图1至图8所示，一种仿生蜂鸟扑翼飞行器，包括：机头1、机身2、尾翼4和机翼3；所述机头1设置在所述机身2的一端，所述尾翼4设置在所述机身2的另一端，两个所述机翼3分别对称设置在所述机身2的两侧；所述机头1包括：安装板11和齿轮驱动装置12，所述机身2的一端安装在所述安装板11上，所述齿轮驱动装置12安装在所述安装板11的板面上，所述齿轮驱动装置12用于驱动所述机身2两侧的机翼3上下摆动；
[0085]
在单侧机翼3中，所述机翼3包括：十字型安装架31、第一碳杆32、第二碳杆33和翼膜34；所述第一碳杆32的长度长于所述第二碳杆33的长度，所述第一碳杆32的一端安装在所述十字型安装架31的一横梁内，所述第二碳杆33的一端安装在所述十字安装架的一纵梁内，所述第一碳杆32和所述第二碳杆33形成的空间内安装所述翼膜34，
[0086]
其中，在所述翼膜34上且自所述第二碳杆33的另一端至所述第一碳杆32的另一端，所述翼膜34的边缘呈弧形设置；
[0087]
所述机身2包括：中心碳杆21和驱动模块22，所述十字型安装架31远离安装在所述第一碳杆32的一端转动安装在所述中心碳杆21的一端，所述十字型安装架31远离安装在所述第一碳杆32的一端与所述中心碳杆21垂直设置，所述驱动模块22安装在所述中心碳杆21的杆身上，所述中心碳杆21的另一端安装所述尾翼4，所述驱动装置用于带动所述尾翼4上下摆动；
[0088]
其中，所述中心碳杆21与所述第二碳杆33平行设置，所述中心碳杆21与所述第一碳杆32空间垂直设置。
[0089]
本技术主要结构为：在下列描述中，前端是机头1所在位置，在机身2的前端设置机头1，在机身2的尾端设置尾翼4，在机身2的前端的两侧分别设置一个机翼3，两个机翼3以中心碳杆21的中轴线为对称轴互相对称设置。
[0090]
如图6所示，图6为单侧的机翼3的结构，在同一侧的机翼3中，第一碳杆32长于第二碳杆33，十字型安装架31为两个正交设置空心圆柱一体设置形成，第一碳杆32的一端插入十字型安装架31的一端(有四端)的空心圆柱内，第二碳杆33插入十字型安装架31的一端(高端与插入第一碳杆32的一端相邻)，第一碳杆32和第二碳杆33之间的空间被翼膜34填满，翼膜34可以为塑料薄膜，翼膜34的边缘为弧形设置，翼膜34为环形设置，两个非与第一
碳杆32和第二碳杆33的连接端为弧形设置。在十字型安装架31上且与用于安装第一碳杆32的一端(后续统称十字型安装架31的转接端)相对的另一端转接在中心碳杆21上，具体为十字型安装架31的转接端与中心碳杆21处置，十字型安装架31的转接端通过销钉转动安装在中心碳杆21上，其中，本销钉为十字型安装架31相对中心碳杆21转动的转动中心。
[0091]
如图2和图3所示，优选的一种实施方式，所述齿轮驱动装置12包括：电机121、主动齿轮122、从动齿轮123、驱动齿轮124、第一齿轮125、第二齿轮126、第一连杆127和第二连杆128；
[0092]
所述安装板11顶端固定安装在所述中心碳杆21上；
[0093]
所述电机121安装在所述安装板11上；
[0094]
所述主动齿轮122安装在所述电机121的输出端；
[0095]
所述从动齿轮123转动安装在所述安装板11上，所述从动齿轮123与所述主动齿轮122啮合；
[0096]
所述驱动齿轮124设置在所述从动齿轮123的中心，所述驱动齿轮124凸出所述从动齿轮123的表面；
[0097]
所述第一齿轮125转动安装在所述安装板11上，所述第一齿轮125与所述驱动齿轮124啮合；
[0098]
所述第二齿轮126转动安装在所述安装板11上，所述第二齿轮126与所述第一齿轮125啮合；
[0099]
所述第一连杆127的一端安装在所述第一齿轮125的轮面上，所述第一连杆127的另一端安装在同端侧的十字型安装架31上背离所述第二碳杆33的一端；
[0100]
所述第二连杆128的一端安装在所述第二齿轮126的轮面上，所述第一连杆127的另一端安装在同端侧的十字型安装架31上背离所述第二碳杆33的一端；
[0101]
当所述主动齿轮122转动时，所述主动齿轮122通过啮合带动所述从动齿轮123转动，所述从动齿轮123通过所述驱动齿轮124带动所述第一齿轮125转动；
[0102]
所述第一齿轮125通过第一连杆127带动同端侧的机翼3以所述中心碳杆21为基线上下摆动，同时，所述第一齿轮125带动所述第二齿轮126转动，所述第二齿轮126通过所述第二连杆128带动同端侧的机翼3以所述中心碳杆21为基线上下摆动。
[0103]
齿轮驱动装置12的具体结构和原理为现有技术，例如公开号cn114789790a且名为“一种可悬停扑翼式飞行器及其飞行姿态控制方法”的申请文件中的“翅翼传动机构”，其具体工作原理本技术中不做赘述，所述第一连杆127的长度等于所述第二连杆128的长度。
[0104]
如图5所示，优选的一种实施方式，所述尾翼4包括铰接耳41、角型架42、第三碳杆43、第四碳杆44、第五碳杆45和翼尾膜46；所述铰接耳41安装在所述中心碳杆21远离所述机头1的端侧；所述角型架42的顶端安装在所述铰接耳41内，所述角型架42包括中心梁422和两个形成夹角的安装梁421，所述中心梁422的一端安装在两个所述安装梁421的连接处，所述中心梁422平分两个所述安装梁421形成的夹角；所述第三碳杆43的一端插入一个安装梁421内，所述第四碳杆44的一端插入另一个安装梁421内，所述第三碳杆43和所述第四碳杆44呈等腰设置，所述翼尾膜46设置在所述第三碳杆43和所述第四碳杆44围成的空间内，所述翼尾膜46呈等腰梯形设置；所述第五碳杆45设置在所述翼尾膜46下方，所述第五碳杆45的一端安装在所述中心梁422内。
[0105]
如图4所示，优选的一种实施方式，所述驱动模块22包括飞控板221、电调222、舵机223、驱动杆224和电池225；所述舵机223安装在所述中心碳杆21上；所述驱动杆224的一端安装在所述舵机223的输出端，所述驱动杆224的另一端安装在所述翼尾膜46上，所述舵机223通过所述驱动杆224带动所述尾翼4上下摆动；所述飞控板221安装在所述中心碳杆21上，所述飞控板221用于根据飞控程序控制所述电机121和所述舵机223工作，所述飞控板221分别与所述电机121和所述舵机223电连接；所述电调222分别与所述电池225和所述电机121连接；所述电池225安装在所述中心碳杆21上，所述电池225分别连接所述飞控板221、所述舵机223和所述电机121。
[0106]
本发明的具体原理为：两个机翼3的扑动由齿轮驱动装置12控制，其中，中心碳杆21作为飞行器的主体，选择1.5mm
×
1.5mm的方形碳杆，电调222、飞控板221、电池225均布置在中心碳杆21上。电池225作为飞行器的电源，固定在中心碳杆21靠后端的位置，可通过调整电池225位置调整本飞行器的重心，飞控板221可下载飞控程序，用于控制电机121转动和舵机223驱动尾翼4。电调222与电机121相连，驱动机翼3前后扑动，实现飞行器的垂直姿态飞行。考虑到本飞行器质量较轻，在进行零部件排布时要考虑空间布局的合理性，保证飞行器整体的对称性。
[0107]
驱动模块22用于驱动尾翼4，尾翼4的上下摆动由舵机223和驱动杆224控制，舵机223安装在中心碳杆21上，驱动杆224一端连接舵机223输出端，另一端接在尾翼4上，当舵机223带动驱动杆224转动时，驱动杆224与尾翼4的连接端上下拍动，此时，尾翼4通过角型架42在铰接耳41内上下转动实现尾翼4的转动，也就是尾翼4的转动中心为角型架42与铰接耳41的安装端。第三碳杆43、第四碳杆44和第五碳杆45的直径为1mm，所述翼尾膜46为1.5mm厚的pp板。
[0108]
其中，尾翼4的上下扑动会产生力矩，可以对本飞行器的飞行姿态角进行调整。
[0109]
优选的一种实施方式，所述机翼3的扑动角度范围为60
°
，设置所述机翼3与所述中心碳杆21的连接点所在的水平面为基础水平面，针对单侧的机翼3扑动的角度范围为：-30
°
至+30
°
。
[0110]
为了实现本技术飞行器的轻量化且使得本飞行器在实际环境中能够稳定飞行，对于本技术的各结构的连接关系需要进行具体设置，具体包括如下内容：
[0111]
如图7和图8所示，所述机翼3、所述机头1和所述机身2直接连接规则包括：
[0112]
设置所述机翼3与所述中心碳杆21的连接点至所述第一齿轮125的转动中心的距离为l1；
[0113]
设置所述第一齿轮125的转动中心至所述第一连接杆在所述第一齿轮125上的安装点的距离为l2；
[0114]
设置所述第一连接杆在所述第一齿轮125上的安装点至所述第一连杆127在同侧第一碳杆32上的安装点的距离为l3；
[0115]
设置所述第一连杆127在同侧第一碳杆32上的安装点至所述机翼3与所述中心碳杆21的连接点的距离为l4；
[0116]
所述l1、l2、l3和l4满足公式(1)、公式(2)、公式(3)和公式(4)：
[0117][0118]
其中，为单侧机翼3的上极限扑动角度，α为l1所在直线与所述基础水平面之间的夹角；
[0119]
其中，l1、l2、l3和l4所在直线的结构称重一个四连杆机构。
[0120][0121]
其中，为单侧机翼3的下极限扑动角度，α为l1所在直线与所述基础水平面之间的夹角；
[0122][0123]
其中，为单侧机翼3的扑动范围，
[0124]
β为l4所在直线与所述基础水平面的夹角由转变时，l3所在直线变换成l
′3的角度；
[0125][0126]
其中，γ
min
为扑动角度达到上极限时的最小传动角度。
[0127]
经过不断迭代和优化，确定结构参数，这里给出本设计的具体参数，如表1所示：
[0128]
表1机构的具体参数
[0129][0130]
本设计采用的减速结构是两级齿轮减速设计，将微型电机的高频传动通过此结构转化为机翼的扑动，适用于微型扑翼飞行器的微型电机主要有微型无刷电机和空心杯电机，如表2所示：
[0131]
表2常见的微型电机主要性能参数
[0132][0133]
所述主动齿轮的齿数为7个，所述主动齿轮的齿轮模数为0.2；所述从动齿轮的齿数为40个，所述从动齿轮的齿轮模数为0.5；所述驱动齿轮的齿数为9个，所述驱动齿轮的齿轮模数为0.5；所述第一齿轮的齿数为40个，所述第一齿轮的齿轮模数为0.5；所述第二齿轮的齿数为40个，所述第二齿轮的齿轮模数为0.5；所述电机型号为空心杯电机；所述第一齿轮的直径等于所述第二齿轮的直径，本发明中的齿轮可通过3d打印机进行3d打印。齿轮组的减速比k满足公式(5)：
[0134][0135]
电机转速n和频率f之间的表达式为公式(6)：
[0136][0137]
综合考虑电机的转速和重量等因素，选取空心杯电机6017，可得减速后的空载频率为32.8hz，由于传动效率和电流的影响，实际扑动频率约为空载频率的一半，为16.4hz。
[0138]
本发明提供的一仿生蜂鸟扑翼飞行器，体重较轻，在设计本飞行器时，针对材料进行选型，尽可能减轻零件质量和简化结构，降低整机的重量；蜂鸟在保持悬停飞行时翅膀的扑动频率较高，在驱动方面采用逐级放大设计，提高飞行器的扑动频率；另外蜂鸟有着超强的平衡感，在设计飞行器的过程中要保持整体的对称性，调整飞行器零部件的分布，增加样机的稳定性。在尾翼驱动方面，通过舵机驱动尾翼，可调整飞行姿态角度。基于本技术结构的飞行器能实际运行且飞行稳定、结构简单。
[0139]
以下几点需要说明：
[0140]
(1)本发明实施例附图只涉及到与本发明实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
[0141]
(2)为了清晰起见，在用于描述本发明的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”或者可以存在中间元件。
[0142]
(3)在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到
新的实施例。
[0143]
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种仿生蜂鸟扑翼飞行器，其特征在于，包括：机头、机身、尾翼和机翼；所述机头设置在所述机身的一端，所述尾翼设置在所述机身的另一端，两个所述机翼分别对称设置在所述机身的两侧；所述机头包括：安装板和齿轮驱动装置，所述机身的一端安装在所述安装板上，所述齿轮驱动装置安装在所述安装板的板面上，所述齿轮驱动装置用于驱动所述机身两侧的机翼上下摆动；在一个所述机翼中，所述机翼包括：十字型安装架、第一碳杆、第二碳杆和翼膜；所述第一碳杆的长度长于所述第二碳杆的长度，所述第一碳杆的一端安装在所述十字型安装架的一横梁内，所述第二碳杆的一端安装在所述十字安装架的一纵梁内，所述第一碳杆和所述第二碳杆形成的空间内安装所述翼膜，其中，在所述翼膜上且自所述第二碳杆的另一端至所述第一碳杆的另一端，所述翼膜的边缘呈弧形设置；所述机身包括：中心碳杆和驱动模块，所述十字型安装架远离安装在所述第一碳杆的一端转动安装在所述中心碳杆的一端，所述十字型安装架远离安装在所述第一碳杆的一端与所述中心碳杆垂直设置，所述驱动模块安装在所述中心碳杆的杆身上，所述中心碳杆的另一端安装所述尾翼，所述驱动装置用于带动所述尾翼上下摆动；其中，所述中心碳杆与所述第二碳杆平行设置，所述中心碳杆与所述第一碳杆空间垂直设置。2.根据权利要求1所述的仿生蜂鸟扑翼飞行器，其特征在于，所述齿轮驱动装置包括：电机、主动齿轮、从动齿轮、驱动齿轮、第一齿轮、第二齿轮、第一连杆和第二连杆；所述安装板顶端固定安装在所述中心碳杆上；所述电机安装在所述安装板上；所述主动齿轮安装在所述电机的输出端；所述从动齿轮转动安装在所述安装板上，所述从动齿轮与所述主动齿轮啮合；所述驱动齿轮设置在所述从动齿轮的中心，所述驱动齿轮凸出所述从动齿轮的表面；所述第一齿轮转动安装在所述安装板上，所述第一齿轮与所述驱动齿轮啮合；所述第二齿轮转动安装在所述安装板上，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合；所述第一连杆的一端安装在所述第一齿轮的轮面上，所述第一连杆的另一端安装在同端侧的十字型安装架上背离所述第二碳杆的一端；所述第二连杆的一端安装在所述第二齿轮的轮面上，所述第一连杆的另一端安装在同端侧的十字型安装架上背离所述第二碳杆的一端；当所述主动齿轮转动时，所述主动齿轮通过啮合带动所述从动齿轮转动，所述从动齿轮通过所述驱动齿轮带动所述第一齿轮转动；所述第一齿轮通过第一连杆带动同端侧的机翼以所述中心碳杆为基线上下摆动，同时，所述第一齿轮带动所述第二齿轮转动，所述第二齿轮通过所述第二连杆带动同端侧的机翼以所述中心碳杆为基线上下摆动。3.根据权利要求2所述的仿生蜂鸟扑翼飞行器，其特征在于，所述主动齿轮的齿数为7个，所述主动齿轮的齿轮模数为0.2；所述从动齿轮的齿数为40个，所述从动齿轮的齿轮模数为0.5；
所述驱动齿轮的齿数为9个，所述驱动齿轮的齿轮模数为0.5；所述第一齿轮的齿数为40个，所述第一齿轮的齿轮模数为0.5；所述第二齿轮的齿数为40个，所述第二齿轮的齿轮模数为0.5；所述电机型号为空心杯电机；所述第一齿轮的直径等于所述第二齿轮的直径，所述第一连杆的长度等于所述第二连杆的长度。4.根据权利要2所述的仿生蜂鸟扑翼飞行器，其特征在于，所述尾翼包括铰接耳、角型架、第三碳杆、第四碳杆、第五碳杆和翼尾膜；所述铰接耳安装在所述中心碳杆远离所述机头的端侧；所述角型架的顶端安装在所述铰接耳内，所述角型架包括中心梁和两个形成夹角的安装梁，所述中心梁的一端安装在两个所述安装梁的连接处，所述中心梁平分两个所述安装梁形成的夹角；所述第三碳杆的一端插入一个安装梁内，所述第四碳杆的一端插入另一个安装梁内，所述第三碳杆和所述第四碳杆呈等腰设置，所述翼尾膜设置在所述第三碳杆和所述第四碳杆围成的空间内，所述翼尾膜呈等腰梯形设置；所述第五碳杆设置在所述翼尾膜下方，所述第五碳杆的一端安装在所述中心梁内。5.根据权利要求4所述的仿生蜂鸟扑翼飞行器，其特征在于，所述驱动模块包括飞控板、电调、舵机、驱动杆和电池；所述舵机安装在所述中心碳杆上；所述驱动杆的一端安装在所述舵机的输出端，所述驱动杆的另一端安装在所述翼尾膜上，所述舵机通过所述驱动杆带动所述尾翼上下摆动；所述飞控板安装在所述中心碳杆上，所述飞控板用于根据飞控程序控制所述电机和所述舵机工作，所述飞控板分别与所述电机和所述舵机电连接；所述电调分别与所述电池和所述电机连接；所述电池安装在所述中心碳杆上，所述电池分别连接所述飞控板、所述舵机和所述电机。6.根据权利要求4所述的仿生蜂鸟扑翼飞行器，其特征在于，所述中心碳杆的截面为1.5mm
×
1.5mm的方形碳杆；所述翼尾膜为1.5mm厚的pp板。7.根据权利要求1所述的仿生蜂鸟扑翼飞行器，其特征在于，所述机翼的扑动角度范围为60
°
，设置所述机翼与所述中心碳杆的连接点所在的水平面为基础水平面，针对单侧的机翼扑动的角度范围为：-30
°
至+30
°
。8.根据权利要求4所述的仿生蜂鸟扑翼飞行器，其特征在于，所述机翼、所述机头和所述机身直接连接规则包括：设置所述机翼与所述中心碳杆的连接点至所述第一齿轮的转动中心的距离为l1；设置所述第一齿轮的转动中心至所述第一连接杆在所述第一齿轮上的安装点的距离为l2；设置所述第一连接杆在所述第一齿轮上的安装点至所述第一连杆在同侧第一碳杆上的安装点的距离为l3；
设置所述第一连杆在同侧第一碳杆上的安装点至所述机翼与所述中心碳杆的连接点的距离为l4；所述l1、l2、l3和l4满足公式(1)、公式(2)、公式(3)和公式(4)：其中，为单侧机翼的上极限扑动角度，α为l1所在直线与所述基础水平面之间的夹角；其中，为单侧机翼的下极限扑动角度，α为l1所在直线与所述基础水平面之间的夹角；其中，为单侧机翼的扑动范围，β为l4所在直线与所述基础水平面的夹角由转变时，l3所在直线变换的角度；其中，γ
min
为扑动角度达到上极限时的最小传动角度。9.根据权利要求8所述的仿生蜂鸟扑翼飞行器，其特征在于，包括：设置所述γ
min
的值为59.7
°
时；其中，所述l1为14mm，所述l2为3.025mm，所述l3为12.7mm，所述l3为6.05mm，10.根据权利要求2所述的仿生蜂鸟扑翼飞行器，其特征在于，所述电机为空心杯电机。

技术总结
在飞行器领域中，本发明提供一仿生蜂鸟扑翼飞行器，包括机头、机身、尾翼和机翼；机头设置在机身的一端，尾翼设置在机身的另一端，两个机翼分别对称设置在机身的两侧；机头包括：安装板和齿轮驱动装置，机身的一端安装在安装板上，齿轮驱动装置安装在安装板的板面上，齿轮驱动装置用于驱动机身两侧的机翼上下摆动。本飞行器简化结构，降低整机的重量，能保证轻量化的同时稳定性飞行。量化的同时稳定性飞行。量化的同时稳定性飞行。


技术研发人员：邹尧 王畅 贺威 何修宇 刘志杰 付强 陈泽
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：2023.07.11
技术公布日：2023/9/20