仿生飞行器的制作方法

[0001]
本实用新型属于飞行器技术领域，尤其涉及的是一种仿生飞行器。


背景技术：

[0002]
目前，国际上对仿生飞行器进行了广泛研究，仿生飞行器可以应用于军队、消防员各种职业，在特种情况下具有极大作用，仿生飞行器一般包括大型飞行器和微小型飞行器。大型飞行器中，机翼部分采用两段翼扑翼飞行，但是由于是两段翼布局，尺寸较大，飞行速度较低，无法快速开展侦查工作。微小型飞行器中，类似于蜂鸟，翼展较小，重量较轻，可执行小区域以及室内的侦查任务，但是，这类“蜂鸟”飞行器，由于尺寸较小，飞行速度较低，有效载荷能力较差，因此无法执行多种侦查任务。


技术实现要素：

[0003]
本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种仿生飞行器，所述仿生飞行器飞行速度快，有效载荷大，能够适应的工作场景更广泛。
[0004]
根据本实用新型实施例的一种仿生飞行器，包括：机身，所述机身具有容腔，所述机身上设有与所述容腔连通的第一开口和第二开口；机翼，所述机翼设在所述机身的两侧；尾翼，所述尾翼设在所述机身的两侧，两侧的所述尾翼分别位于两侧的所述机翼的后方，两侧的所述尾翼的前端连接至所述第二开口，且两侧的所述尾翼在向上方向上距离逐渐增加；机翼驱动机构，所述机翼驱动机构设在所述容腔内，所述机翼驱动机构部分伸出所述第一开口且与两侧的所述机翼相连，用于带动两侧的所述机翼上下往复扑动；尾翼驱动机构，所述尾翼驱动机构设在所述机身内，所述尾翼驱动机构与两侧的所述尾翼相连，用于带动两侧的所述尾翼相对所述机身摆动。
[0005]
根据本实用新型实施例的仿生飞行器，通过设置单段翼构成的机翼，在机翼驱动机构的驱动下，两侧的机翼可实现上下扑动运动和翼剖面的扭转运动，具有较高的飞行速度和较大的推力，整体尺寸较小，且具有较高的有效载荷。通过构成“v”字形的尾翼，尾翼驱动机构驱动尾翼摆动，使得仿生飞行器具有姿态控制、姿态平衡、提供部分升力和方向控制的作用，从而使仿生飞行器可应用于侦察、救险、勘测和其他各种场景中，机翼的上下往复扑动、尾翼的摆动相互配合、相互影响，使仿生飞行器在复杂多变的使用环境中保持工作状态，持续发挥机器的效果，帮助完成工作。
[0006]
进一步地，所述机身、所述机翼、所述尾翼均采用柔性材料制成。
[0007]
进一步地，所述容腔内设有支架，所述支架沿所述机身的长度方向延伸，所述机翼驱动机构设在所述支架的前端，所述尾翼驱动机构设在所述支架的后端。
[0008]
进一步地，所述机翼驱动机构包括位于所述支架的两侧的驱动组件，每一侧的所述驱动组件均包括：摇臂，所述摇臂的一端可枢转地连接在所述支架上，所述摇臂的另一端伸出所述第一开口且连接所述机翼，所述摇臂为框架结构且紧贴所述机翼设置；曲柄，所述
曲柄可转动地设在所述支架上；连杆，所述连杆的一端可枢转地连接在所述曲柄上且另一端可枢转地连接在所述摇臂上。
[0009]
根据本实用新型一个实施例的仿生飞行器，所述机翼驱动机构还包括：从动齿轮，所述从动齿轮与所述支架两侧的所述曲柄均连接；主动齿轮，所述主动齿轮可枢转地设在所述支架上且与所述从动齿轮啮合；驱动电机，所述驱动电机设在所述支架上，所述驱动电机与所述主动齿轮相连，以使所述主动齿轮转动。
[0010]
可选地，所述尾翼驱动机构为两个，两个所述尾翼驱动机构与两侧所述尾翼一一对应连接，两个所述尾翼驱动机构分别驱动两侧的所述尾翼摆动。
[0011]
根据本实用新型进一步的实施例，所述机身上设有两个连通所述容腔的第三开口，所述尾翼驱动机构为舵机，所述舵机的输出端连接有拉杆，所述拉杆的一端伸出所述第三开口且与对应的所述尾翼相连，以拉动所述尾翼。
[0012]
进一步地，所述仿生飞行器为仿鸟类飞行器，所述机翼为仿形鸟翼，所述尾翼为仿形鸟尾，所述机身为仿形鸟身。
[0013]
进一步地，所述仿生飞行器两侧的所述仿形鸟翼在远离所述机身的方向上的厚度逐渐减小。
[0014]
可选地，所述柔性材料为epp轻质泡沫材料。
[0015]
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
[0016]
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0017]
图1为本实用新型实施例中仿生飞行器的立体结构示意图；
[0018]
图2为本实用新型实施例中仿生飞行器部分机构示意图一；
[0019]
图3为本实用新型实施例中仿生飞行器部分机构示意图二；
[0020]
图4为本实用新型实施例中仿生飞行器部分机构示意图三；
[0021]
图5为本实用新型实施例中仿生飞行器部分机构示意图四。
[0022]
附图标记：
[0023]
100、仿生飞行器；
[0024]
110、机身；111、支架；113、第一开口；114、第二开口；115、第三开口；
[0025]
120、机翼；
[0026]
130、尾翼；131、尾翼面；132、舵面；133、舵面虚轴；
[0027]
140、机翼驱动机构；141、驱动组件；142、摇臂；143、曲柄；144、连杆；145、从动齿轮；146、主动齿轮；147、驱动电机；
[0028]
150、尾翼驱动机构；151、舵机；152、拉杆。
具体实施方式
[0029]
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参
考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0030]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0031]
此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。
[0032]
在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0033]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0034]
下面结合附图描述本实用新型实施例的仿生飞行器100。
[0035]
如图1至图4所示，根据本实用新型实施例的一种仿生飞行器100，包括：机身110、机翼120、尾翼130、机翼驱动机构140、尾翼驱动机构150。
[0036]
机身110具有容腔(图未示出)，机身110上设有与容腔连通的第一开口113和第二开口114。机翼120设在机身110的两侧，机翼120采用单段翼构成，采用单段翼飞行，扑翼运动可实现上下扑动运动和翼剖面的扭转运动，具有较高的飞行速度和较大的推力，有效提升了升力和推力，从而提升有效载荷。
[0037]
尾翼130设在机身110的两侧，两侧的尾翼130分别位于两侧的机翼120的后方，两侧的尾翼130的前端连接至第二开口114，两侧的尾翼130的前端插进并固定在第二开口114内，且两侧的尾翼130在向上方向上距离逐渐增加，即两侧的尾翼130整体构成v型。
[0038]
机翼驱动机构140设在容腔内，机翼驱动机构140部分伸出第一开口113且与两侧的机翼120相连，用于带动两侧的机翼120上下往复扑动，可以理解为，机翼驱动机构140驱动两侧的机翼120进行上下往复扑动，往复扑动所带来的反推力反推仿生飞行器100浮空、飞行，较大的反推力提供给仿生飞行器100较大的飞行速度。
[0039]
尾翼驱动机构150，尾翼驱动机构150设在机身110内，与两侧的尾翼130相连，用于带动两侧的尾翼130相对机身110摆动，也就是说，两侧的尾翼130整体外形类似于“v”字形，在尾翼驱动机构150的作用下，两侧的尾翼130相对机身110前后摆动，从而使得仿生飞行器100在飞行过程中具有姿态控制、姿态平衡、提供部分升力和方向控制的作用。
[0040]
根据本实用新型实施例的仿生飞行器100，通过设置单段翼构成的机翼120，在机翼驱动机构140的驱动下，两侧的机翼120可实现上下扑动运动和翼剖面的扭转运动，具有较高的飞行速度和较大的推力，整体尺寸较小，且具有较高的有效载荷。通过构成“v”字形的尾翼130，尾翼驱动机构150驱动尾翼130摆动，使得仿生飞行器100具有姿态控制、姿态平衡、提供部分升力和方向控制的作用，从而使仿生飞行器100可应用于侦察、救险、勘测和其他各种场景中，机翼120的上下往复扑动、尾翼130的摆动相互配合、相互影响，使仿生飞行器100在复杂多变的使用环境中保持工作状态，持续发挥机器的效果，帮助完成工作。
[0041]
在一些实施例中，机身110、机翼120、尾翼130均采用柔性材料制成。也就是说，相较于采用帆布等材料的机翼，本实用新型能够使机身110、机翼120、尾翼130在满足轻量化的同时具备一定的刚性，特别是机翼120在上下扑动时能够获得较大的升力，也就使得仿生飞行器100整体具有较大的载荷，提高了载荷能力。此外，相较于刚性材料，柔性材料拥有一些变化量，更适合面对复杂的工作环境；机身110、机翼120、尾翼130的柔性材料赋予仿生飞行器100更加优秀的空气动力属性，使仿生飞行器100在面对雨水、落物等异物时或者发生撞击时减弱所受到的损害。
[0042]
如图2所示，在一些实施例中，容腔内设有支架112，支架112沿机身110的长度方向延伸，机翼驱动机构140设在支架112的前端，尾翼驱动机构150设在支架112的后端。也就是说，支架112固定在容腔内，前端和后端延伸在机身110的前后两端，能够提高机身110整体的刚性，在保证仿生飞行器100发生碰撞时不会断裂的前提下减少了自身质量，在支架112的前端和后端放置机翼驱动机构140和尾翼驱动机构150，起到较好的安装固定作用。
[0043]
具体地，支架112的框架交点处开有孔槽，孔槽用于固定机翼驱动机构140与尾翼驱动机构150，使得仿生飞行器100重心更集中，易于控制。
[0044]
一些实施例中，支架112采用高强度低密度的材料形成的框架，例如钛合金框架。
[0045]
如图3所示，在一些实施例中，机翼驱动机构140包括位于支架112的两侧的驱动组件141，也就是说，两侧的机翼120对应设有驱动组件141，分别驱动相应侧的机翼120上下往复扑动。
[0046]
如图2和图3所示，每一侧的驱动组件141均包括：摇臂142，摇臂142的一端可枢转地连接在支架112上，摇臂142的另一端伸出第一开口113且连接机翼120，摇臂142为框架结构且紧贴机翼120设置，摇臂142的框架结构为方框形式，避免了现有技术中单杠结构与机翼120传力过程中的应力集中问题，具备更好的传力效果。曲柄143，曲柄143可转动地设在支架112上；连杆144，连杆144的一端可枢转地连接在曲柄143上且另一端可枢转地连接在摇臂142上。摇臂142、曲柄143、连杆144构成空间四连杆机构，各部件通过枢转连接保证了运动的连续性，达到了较好的驱动效果，具体地，设在支架112上的曲柄143转动，牵引连杆144的与曲柄143连接的一端上下往复运动，接着，在连杆144的牵引下，摇臂142以固定于支架112的一端为圆心上下往复扑动，扑动的运动轨迹为扇形，由于支架112的两侧均设有驱动组件141，曲柄143在支架112两侧对称，因此，两侧的摇臂142上下往复扑翼运动也就关于支架112所在的平面对称，从而能够消除相位差，避免两侧的机翼120不同步。
[0047]
可选的，摇臂142、曲柄143、连杆144中相邻的两个部件之间采用球铰相连。
[0048]
如图1所示，在一些实施例中，支架112的前端部分伸出第一开口113，摇臂142铰接在该前端伸出部上。也就是说，通过将摇臂142完全放置于容腔外，能够增加机翼120上下扑动的范围，提升升力，同时还具有较好的避让防干涉效果。
[0049]
如图2和图3所示，在一些实施例中，机翼驱动机构140还包括：从动齿轮145，从动齿轮145与支架112两侧的曲柄143均连接；主动齿轮146，主动齿轮146可枢转地设在支架112上且与从动齿轮145啮合；驱动电机147，驱动电机147设在支架112上，驱动电机147与主动齿轮146相连，以使主动齿轮146转动。也就是说，驱动电机147带动主动齿轮146旋转，主动齿轮146带动从动齿轮145旋转，接着带动曲柄143转动，最终使曲柄143带动着摇臂142上下扑动，而且从动齿轮145、主动齿轮146、驱动电机147构成一级减速系统，具有较小的减速
级数，能够提高传动效率，降低功耗损失。
[0050]
如图3和图4所示，一些实施例中，尾翼驱动机构150为两个，两个尾翼驱动机构150与两侧尾翼130一一对应连接，两个尾翼驱动机构150分别驱动两侧的尾翼130摆动。机身110两侧的尾翼130分别由不同的尾翼驱动机构150控制，当面对复杂的工作环境时，单独控制的双尾翼130可以调整出更多的飞行姿态以应对不同的需要。
[0051]
在一些实施例中，如图4所示，尾翼130包括尾翼面131、舵面虚轴133、舵面132，尾翼面131设在机身110上；舵面虚轴133位于尾翼面131后端，为一根假设的虚拟轴；舵面132以舵面虚轴133为轴心上下摆动，通过控制舵面132相对尾翼面131的夹角可以控制空气流动对仿生飞行器100的影响，从而控制仿生飞行器100的飞行姿态，控制飞行方向，同时提供部分升力。
[0052]
在一些实施例中，如图1和图4所示，机身110上设有两个连通容腔的第三开口115，尾翼驱动机构150为舵机151，舵机151的输出端连接有拉杆152，拉杆152的一端伸出第三开口115且与对应的尾翼130相连，以拉动尾翼130。舵机151固定在支架112后端，舵机151工作后其输出端带动拉杆152做前后运动，拉杆152伸出第三开口115拉动尾翼130的舵面132相对舵面虚轴133前后摆动，从而起到姿态控制、姿态平衡、提供部分升力和方向控制的作用。此外，通过舵机151控制尾翼130运动，结构简单可靠，重量轻。
[0053]
如图1所示，仿生飞行器100为仿鸟类飞行器，机翼120为仿形鸟翼，尾翼130为仿形鸟尾，机身110为仿形鸟身。也就是说，仿生飞行器100通过模仿大自然中小型鸟类例如喜鹊、麻雀等鸟类，机翼120的翼面具备翼型，外形轮廓仿照鸟类构造设计，整体采用单段翼飞行，扑翼运动可实现上下扑动运动和翼剖面的扭转运动，具有较高的飞行速度、较大的推力，有效提升了升力、推力，提升有效载荷。此外，本方案通过鸟类外形特点设计了仿形鸟身、仿形鸟翼、仿形鸟尾，能够有效优化飞行过程中的气动效率，而且根据鸟类外形特点设计了仿生外壳，可以减小了空气阻力，同时在侦察时便于融入自然环境隐匿自身。
[0054]
在一些实施例中，如图5所示，仿生飞行器100两侧的仿形鸟翼在远离机身110的方向上的厚度逐渐减小。
[0055]
在一些实施例中，机身110、机翼120、尾翼130使用的柔性材料为epp轻质泡沫材料，利用cnc加工技术，构造轻质外壳。
[0056]
下面结合附图描述本实用新型仿生飞行器100的一个具体实施例。
[0057]
如图1至图4所示，一种仿生飞行器100，包括机身110、机翼120、尾翼130、机翼驱动机构140、尾翼驱动机构150。
[0058]
如图2、图3所示，在支架112前端框架节点处固定有驱动电机147、主动齿轮146、从动齿轮145、曲柄143，驱动电机147固定在支架112左侧，其输出轴穿过支架112上的通孔在支架112右侧与主动齿轮146固定连接，主动齿轮146与同在支架112右侧的从动齿轮145外啮合，在支架112两侧有一对与支架112所在平面对称的曲轴，两个曲轴与从动齿轮145固定在同一轴心上且三者同轴运动；在支架112的右侧上端，框架结构的摇臂142有一端的两个凸起与支架112枢转连接，在摇臂142上距离支架112一定距离的位置连杆144利用球铰接头与摇臂142活动连接，连杆144的另一端与曲轴远离运动轴心的一端利用球铰接头活动连接；同样的，支架112左侧也是如此。
[0059]
如图1所示，摇臂142呈“回”字形，机翼120利用螺栓固定在摇臂142的四个角上。当
驱动电机147运行时，驱动电机147的输出轴旋转带动主动齿轮146、从动齿轮145旋转，固定在从动齿轮145上与从动齿轮145同轴运动的曲柄143围绕轴心旋转，曲柄143的旋转带动着连杆144、摇臂142；因为摇臂142的一端被约束在支架112上，在连杆144的带动下摇臂142、机翼120以与支架112的连接端为轴心上下扑动，其运动轨迹为一扇形。
[0060]
如图2、图4所示，尾翼驱动机构150固定在支架112后端。两个舵机151分别在支架112的两侧，各自的输出轴穿过支架112与对应的曲轴、拉杆152连接，拉杆152的另一端与舵面132通过球铰接头连接；因为尾翼面131固定在机身110上，舵面132只能以舵面虚轴133为轴心上下扑动。当舵机151转动时，拉杆152前后移动拉动着舵面132扑动，改变尾翼面131与舵面132间的夹角。
[0061]
如图1所示，支架112固定在机身110的容腔内，摇臂142伸出机身110上的第一开口113与机翼120固定连接，尾翼面131插在机身110上的第二开口114内，拉杆152伸出第三开口115与尾翼面131后方的舵面132活动连接；整个仿生飞行器100机身110利用epp轻质泡沫塑造成鸟类轮廓，机翼120、尾翼130同样是利用epp轻质泡沫模仿鸟类的翅膀、尾巴制成，质量小强度大，两翼的扑动产生的强大升力使仿生飞行器100具备巨大的有效载荷，同时，尾翼130在两个舵机151的分别控制下灵活调整自身姿态，应对各种复杂情况。
[0062]
根据本实用新型实施例的仿生飞行器100等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
[0063]
在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0064]
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

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