一种具备空水双域运动能力的扑翼飞行器及其控制方法

本发明涉及扑翼飞行器领域，尤其涉及一种具备空水双域运动能力的扑翼飞行器及其控制方法。

背景技术：

1、近年来，科技的迅猛发展极大地拓展了人类的活动范围，催生出对各种辅助作业的高性能海、陆、空无人系统的需求。但现有常规海、陆、空无人系统通常 仅具备单一介质环境下的感知与运动能力，限制了其在多种介质环境下的应用。空水跨介质机器人作为一类可在空域和水域同时作业的海空一体化无人系统，突 破了传统无人系统定式，有效增强了其多种环境适应能力，极大提高了作业效率 与成功率，在军事和民事上具有重要应用价值和广泛应用前景。仿生扑翼飞行器以其优异的低空飞行性能，成为众多学者的研究对象，目前的扑翼飞行器还不能实现水下推进功能，急需要设计一款具有空水跨介质运动能力的扑翼飞行器来进行飞行和跨介质运动，进行相应的任务。

2、已有专利cn 115056980 a提出《水空跨介质扑翼飞行器的变后掠机翼组件及扑翼飞行器》，该发明公开了一种水空跨介质扑翼飞行器的变后掠机翼组件，包括：机身；转动架，设置在 机身前端的一侧，转动架的前端与机身转动连接；第一摆杆，转动设置在转动架上，第一摆杆能 够相对于转动架上下摆动；翼面，固定设置在第 一摆杆上；扑翼驱动机构，设置在机身上，扑翼驱 动机构用于驱动第一摆杆相对于转动架上下摆动；机翼调整机构，设置在机身上，机翼调整机构用于驱动转动架相对于机身左右转动；应用上述水空跨介质扑翼飞行器的变后掠机翼组件能够提高飞行器在不同工况下飞行的性能。该专利的翅膀可以实现后掠变形，使得其在入水过程中能减小入水阻力，但是在水中只能扑动翅膀，由于翅膀面积大，扑动不起来，在水中行进速度很小。

3、已有专利cn 115258153 a提出《一种用于水空跨介质扑翼飞行器的机翼变形机构》，该发明公开了一种用于水空跨介质扑翼飞 行器的机翼变形机构，包括：机身；第一前摆杆， 转动连接于机身的前侧，第一前摆杆能够相对于 机身上下摆动；扑翼驱动机构，设置在机身上，扑 翼驱动机构用于驱动第一前摆杆上下摆动；翼 面，翼面的第一侧连接机身，翼面的第二侧转动 连接第一前摆杆；变形驱动机构，用于驱动翼面 相对于第一前摆杆向后转动并驱动翼面变形；应用上述机构能够提高飞行器在不同工况下飞行的性能。此发明的翅膀具有收折功能，在水中扑动阻力大，行进速度很小。

技术实现思路

1、本发明提供一种具备空水双域运动能力的扑翼飞行器及其控制方法，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

2、本发明的技术方案为一种具备空水双域运动能力的扑翼飞行器，包括：

3、主梁；

4、动力组件，用于驱动扑翼飞行器运动，所述动力组件设置在所述主梁的前端；

5、翅膀组件，所述翅膀组件包括左侧翅膀和右侧翅膀，所述左侧翅膀和所述右侧翅膀分别安装在所述主梁前端的两侧并与所述动力组件连接；

6、尾翼组件8，所述尾翼组件安装在所述主梁的末端。

7、进一步，所述动力组件包括动力输出部、翅膀驱动部和尾翼驱动部，所述翅膀驱动部和所述尾翼驱动部分别与所述动力输出部连接。

8、进一步，所述动力输出部包括依次连接的电机、第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮和所述第二齿轮分别安装在所述电机的输出轴上，所述第一齿轮与所述尾翼驱动部连接，所述第二齿轮与所述翅膀驱动部连接。

9、进一步，所述尾翼驱动部包括依次连接的第一驱动齿轮、第一单向轴承、蜗杆、涡轮、第二传动轴、第一联轴器、第一传动轴、第二联轴器、尾翼摆动传动轴和摆动驱动曲柄，

10、所述第一驱动齿轮与所述动力输出部的第一齿轮啮合，所述第一单向轴承安装在所述第一驱动齿轮的的中轴位置，所述蜗杆安装在所述第一单向轴承的延长轴上，所述涡轮安装在所述蜗杆的上方且与所述蜗杆啮合，所述第二传动轴的第一端与所述蜗杆的中轴连接，所述第二传动轴的第二端和所述第一联动轴的第一端通过所述第一联轴器连接，所述第一传动轴的第二端和所述尾翼摆动传动轴的第一端通过所述第二联轴器连接，所述尾翼摆动传动轴驱动所述摆动驱动曲柄转动，带动整个尾翼组件摆动。

11、进一步，所述翅膀驱动部包括依次连接的第二驱动齿轮、第二单向轴承、第三驱动齿轮、驱动轴、右侧曲柄、右侧摆动连杆和右侧摆杆，

12、所述第二驱动齿轮与所述动力输出部的第二齿轮啮合，所述第二单向轴承安装在所述第二驱动齿轮的中轴位置，所述第三驱动齿轮与所述第二驱动齿轮通过安装在与所述第二单向轴承中轴延长轴的传动齿轮连接，所述驱动轴与所述第三驱动齿轮的中心轴连接，所述右侧曲柄安装在所述驱动轴的第一端，所述右侧摆动连杆的第一端与所述右侧曲柄的第二端连接，所述右侧摆动连杆的第二端与所述右侧摆杆通过安装在所述主梁上的摆杆支架连接，所述右侧摆杆与所述右侧翅膀连接。

13、进一步，所述翅膀驱动部还包括依次连接的左侧曲柄、左侧摆动连杆和左侧摆杆，

14、所述左侧曲柄安装在所述驱动轴的第二端，所述左侧摆动连杆的第一端与所述左侧曲柄的第二端连接，所述左侧摆动连杆的第二端与所述左侧摆杆通过安装在所述主梁上的摆杆支架连接，所述左侧摆杆与所述左侧翅膀连接。

15、进一步，所述尾翼组件包括尾翼固定架、尾翼摆动块、尾翼摆动支架、俯仰舵机、俯仰曲柄、连杆、旋转舵机支架、旋转舵机、旋转舵机舵盘、尾翼夹持板和尾翼，

16、所述尾翼摆动传动轴穿过所述尾翼固定架，所述尾翼摆动传动轴的末端与所述摆动驱动曲柄连接，所述摆动驱动曲柄的末端设置在所述尾翼摆动块的中部，所述尾翼摆动块和所述俯仰舵机安装在所述尾翼摆动支架上，所述俯仰舵机的输出轴与所述俯仰曲柄连接，所述连杆的数量为2个，每个所述连杆的第一端分别与所述俯仰曲柄连接，每个所述连杆的第二端分别与所述旋转舵机支架连接，所述旋转舵机、所述旋转舵机舵盘和所述尾翼夹持板和尾翼依次连接。

17、进一步，还包括第一单向轴承支撑板和蜗轮蜗杆防护板，所述第一单向轴承支撑板设置在所述第一单向轴承的外侧，所述蜗轮蜗杆防护板设置在所述第一单向轴承支撑板的对侧。

18、进一步，还包括第二单向轴承支撑板、第三驱动齿轮安装板和第三驱动齿轮防护板，

19、所述第二单向轴承支撑板设置在所述第二单向轴承的外侧，所述第三驱动齿轮安装在所述第三驱动齿轮安装板上，所述第三驱动齿轮防护板安装在所述第三驱动齿轮安装板的对侧。

20、进一步，本发明还提出一种具备空水双域运动能力的扑翼飞行器的控制方法，所述的具备空水双域运动能力的扑翼飞行器，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

21、s100、扑翼飞行器在空中飞行时，控制器控制电机正转，电机动力往前传递，通过第二单向轴承将动力传递到左侧摆杆和右侧摆杆，从而带动翅膀组件扑动，第一单向轴承处于空转状态，不能带动第一驱动齿轮转动，尾翼组件不能摆动；

22、s200、若接到需要到水中运行前进的信号，控制器控制电机反转，电机动力往后传递，通过第一单向轴承将动力传递到涡轮，从而驱动尾翼组件摆动，而第二单向轴承处空转状态，翅膀组件不能扑动，从而驱动扑翼飞行器在水中运动。

23、本发明的有益效果是：

24、所述的具备空水双域运动能力的扑翼飞行器能够实现空中扑翼飞行也可以实现在水下的尾翼驱动游动前进，实现了空水双域运动。翅膀的扑动和尾翼摆动采用同一电机进行驱动，节省动力源，减轻整机质量，利用单向轴承的单向传动扭矩的特性，在控制系统的控制下控制电机正转即可实现空中飞行模式，控制电机进行反转即可实现在水下推进模式。