一种仿鸟扑翼机及其扑翼机构和使用方法

本发明涉及扑翼机，具体涉及一种仿鸟扑翼机及其扑翼机构和使用方法。

背景技术：

1、飞行生物在飞行过程中有着复杂的扑翼运动方式，归纳起来大致有四种运动方式：扑动、扭转、挥摆以及折叠，其中，扑动运动是绕与飞行方向相同的轴做上下运动拍动；扭转是绕翅翼中线的旋转运动；挥摆是绕与机身垂直轴的前后划动；折叠是翅膀沿翼展方向的伸展与弯曲，鸟类在运动过程中通过四种运动方式完成最基本的飞行运动。因此，扑翼运动并不是在单一平面内的上下扑动，而是需要在多个维度进行多种运动姿态的过程。目前大部分扑翼机只考虑在单一维度的运动，仿鸟运动的相似性低，导致扑翼机飞行的气动效率低。目前针对仿鸟运动的多自由度运动过程的研究较少。

技术实现思路

1、本发明提供了一种仿鸟扑翼机及其扑翼机构和使用方法，该扑翼机构增加了扑翼的运动自由度，提高了仿鸟类运动的相似程度，将扑翼运动从平面维度拓展到空间维度，实现扑翼的折叠-展开，同时根据外界条件调节扑翼伸展程度，在增强仿生度的同时提高了气动效率，提升了扑翼机的飞行效率和稳定性。

2、本发明采用以下具体技术方案：

3、本发明提供了一种仿鸟扑翼机的扑翼机构，该扑翼机构包括内段扑翼、外段扑翼、扑翼转换机构、人工羽毛、驱动机构以及控制器；

4、所述内段扑翼的一端部固定连接于仿鸟扑翼机，另一端部通过所述扑翼转换机构连接所述外段扑翼；

5、所述驱动机构固定安装于所述内段扑翼，并与所述扑翼转换机构传动连接，用于驱动所述扑翼转换机构对所述外段扑翼进行收折，以使所述外段扑翼与所述内段扑翼之间产生相位角；

6、所述控制器与所述驱动机构信号连接，用于控制所述驱动机构运转；

7、所述人工羽毛固定安装于所述内段扑翼和所述外段扑翼的下侧，用于为仿鸟扑翼机的飞行提供升力。

8、更进一步地，所述扑翼转换机构包括扑翼曲柄、扑翼摇杆以及扑翼活动板；

9、所述扑翼曲柄的一端部通过转轴转动安装于所述内段扑翼，另一端与所述扑翼摇杆的一端部转动连接；

10、所述扑翼摇杆的另一端部通过销轴连接于所述扑翼活动板的顶端中部；

11、所述扑翼活动板的一端与所述内段扑翼的外端部转动连接，另一端与所述外段扑翼的内端部固定连接；

12、所述驱动机构与所述转轴之间传动连接，用于驱动所述转轴转动并通过所述扑翼曲柄和所述扑翼摇杆驱动所述外段扑翼摆动。

13、更进一步地，所述驱动机构包括驱动电机和传动机构；

14、所述驱动电机固定安装于所述内段扑翼朝向所述外段扑翼的一端部，并通过所述传动机构与所述转轴传动连接。

15、更进一步地，所述传动机构为齿轮传动机构；

16、所述齿轮传动机构包括主动齿轮和从动齿轮；所述主动齿轮固定安装于所述驱动电机的电机轴；所述从动齿轮固定安装于所述转轴；所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合。

17、更进一步地，所述内段扑翼和所述外段扑翼均开设有凹槽；

18、所述人工羽毛可调节方向地嵌入所述凹槽内，并通过粘接剂粘接固定。

19、更进一步地，所述人工羽毛与所述凹槽之间的间隙填充有泡沫型材质。

20、更进一步地，所述外段扑翼采用拼接结构，包括外段翼中和外段翼尖；

21、所述外段翼中和所述外段翼尖通过合页活动连接，并且所述外段翼尖与所述外段翼中之间的相位角为5-10°。

22、更进一步地，所述合页包括转动连接的第一连接块和第二连接块；

23、在所述第一连接块和所述第二连接块之间具有楔形空间；

24、所述第一连接块与所述外段翼中固定连接；

25、所述第二连接块与所述外段翼尖固定连接。

26、同时，本发明还提供了一种仿鸟扑翼机，该仿鸟扑翼机包括上述技术方案提供的任意一种扑翼机构。

27、另外，本发明还提供了一种上述技术方案提供的任意一种扑翼机构的使用方法，该使用方法包括以下步骤：

28、步骤一，驱动机构将动力通过传动结构传输至扑翼曲柄，扑翼曲柄带动扑翼摇杆运动；

29、步骤二，外段扑翼收缩-展开过程中，外段扑翼固定连接于所述扑翼活动板的一端部，扑翼活动板的另一端部与扑翼摇杆活动连接，扑翼活动板受到扑翼摇杆驱动后，带动外段扑翼做往复运动，由初始时刻与内段扑翼平行的姿态转变为与内段扑翼具有相位差的姿态；

30、步骤三，外段扑翼和内段扑翼在扑翼机作用下上下扑动过程中，扑翼机构下扑时，外段翼尖与外段翼中受力向上，扑翼展平，扩大受力面，扑翼上收时，外段翼尖与外段翼中受力向下，扑翼弯曲，减小受力面，降低阻力。

31、有益效果：

32、本发明的扑翼机构应用于仿鸟扑翼机，利用驱动机构产生的动力驱动扑翼转换机构动作，通过扑翼转换机构能够使内段扑翼与外段扑翼产生相位差，从而完成扑翼的折叠与伸展，配合扑翼的扑动能够实现多自由度的运动，将扑翼运动从平面维度拓展到空间维度，在扑动过程中，外段扑翼可根据不同的运动过程产生不同的形态变化；人工羽毛的角度和顺序可以调节，并嵌入外段扑翼与内段扑翼的下侧，有效地提高了气动效率和仿生度，从而提升仿鸟扑翼机的能源利用效率和续航能力。因此，上述扑翼机构能够通过控制器的主动控制实现内段扑翼和外段扑翼之间的折叠，通过被动方式实现外段翼中和外段翼尖之间的扭转，这两种措施结合提高了气动力利用效率和飞行稳定性，实现了扑翼机多维度的空间运动；并且扑翼机构可以在飞行过程中进行实时控制，及时调换运动姿态，能够有效地针对各种外界环境或者飞行要求，提高仿鸟扑翼机的适用性。

技术特征：

1.一种仿鸟扑翼机的扑翼机构，其特征在于，包括内段扑翼、外段扑翼、扑翼转换机构、人工羽毛、驱动机构以及控制器；

2.如权利要求1所述的扑翼机构，其特征在于，所述扑翼转换机构包括扑翼曲柄、扑翼摇杆以及扑翼活动板；

3.如权利要求2所述的扑翼机构，其特征在于，所述驱动机构包括驱动电机和传动机构；

4.如权利要求3所述的扑翼机构，其特征在于，所述传动机构为齿轮传动机构；

5.如权利要求1所述的扑翼机构，其特征在于，所述内段扑翼和所述外段扑翼均开设有凹槽；

6.如权利要求5所述的扑翼机构，其特征在于，所述人工羽毛与所述凹槽之间的间隙填充有泡沫型材质。

7.如权利要求1-6中任意一项所述的扑翼机构，其特征在于，所述外段扑翼采用拼接结构，包括外段翼中和外段翼尖；

8.如权利要求7所述的扑翼机构，其特征在于，所述合页包括转动连接的第一连接块和第二连接块；

9.一种仿鸟扑翼机，其特征在于，包括如权利要求1-8中任意一项所述的扑翼机构。

10.一种如权利要求1-8任一项所述的扑翼机构的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种仿鸟扑翼机及其扑翼机构和使用方法，该扑翼机构利用内段扑翼的一端部固定连接于仿鸟扑翼机，另一端部通过扑翼转换机构连接外段扑翼；驱动机构固定安装于内段扑翼，并与扑翼转换机构传动连接，用于驱动扑翼转换机构对外段扑翼进行收折，以使外段扑翼与内段扑翼之间产生相位角；控制器与驱动机构信号连接；人工羽毛固定安装于内段扑翼和外段扑翼的下侧。上述扑翼机构通过控制器的主动控制实现内段扑翼和外段扑翼之间的折叠，通过被动方式实现外段翼中和外段翼尖之间的扭转，两种措施结合提高了气动力利用效率和飞行稳定性，实现了扑翼机多维度的空间运动。技术研发人员：申强,蒲文洋,陆一鸣,杨宇航,严尧桀,邓子龙,毛瑞芝受保护的技术使用者：北京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5