一种扑翼机器人及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种扑翼机器人及其控制方法，扑翼机器人包括机身、尾翼组件、扑动机构与翅翼组件，扑动机构包括第一舵机、由第一舵机驱动的传动组件以及两个扑动组件、两个频率调节组件，传动组件包括分别设于机身两侧的两个锥形主动轮，扑动组件包括锥形从动轮和传动杆，锥形主动轮与同侧的锥形从动轮的锥形面朝向彼此；每个频率调节组件的摩擦球同时与锥形主动轮的锥形面、锥形从动轮的锥形面滚动配合，摩擦球保持块沿锥形主动轮的锥面坡度方向可移动地设置；传动杆的两端分别与锥形从动轮的表面和翅翼通过万向节活动连接。本发明专利技术采用一个舵机同时驱动两侧的翅翼扑动，且可通过改变摩擦球的位置独立地调节两侧翅翼的扑动频率，控制过程简单可靠。控制过程简单可靠。控制过程简单可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种扑翼机器人及其控制方法


[0001]本专利技术涉及智能机器人
，尤其涉及一种扑翼机器人及其控制方法。

技术介绍

[0002]鸟是自然飞行的主人之一，可利用有限能量实现长途迁徙。研究表明，鸟类可动态地调节翅膀的振幅和频率。这意味着鸟类在各种飞行条件下的能量消耗是最小的，通过观察自然鸟类的飞行情况，不难发现鸟类在飞行的不同阶段可以选择不同的幅度和频率。
[0003]扑翼是一种模仿鸟类和昆虫飞行，基于仿生学原理设计制造的新型飞行器类型的重要结构。与固定翼和旋翼相比，扑翼的主要特点是将举升、悬停和推进功能集于一个扑翼系统，可以用很小的能量进行长距离飞行，同时，具有较强的机动性。
[0004]仿生扑翼飞行器通常具有尺寸适中、便于携带、飞行灵活、隐蔽性好等特点，因此在民用和国防领域有十分重要而广泛的应用，并能完成许多其他飞行器所无法执行的任务。它可以进行生化探测与环境监测，进入生化禁区执行任务；可以对森林、草原和农田上的火灾、虫灾及空气污染等生态环境进行实时监测；可以进入人员不易进入地区，如地势险要战地，失火或出事故建筑物中等；特别在军事上，仿生扑翼飞行器可用于战场侦察、巡逻、突袭、信号干扰及进行城市作战等。
[0005]由于现有扑翼机构大多采用左右两边翅翼对称的同步运动设计，不能左右分别控制，不利于应对突发情况时的调整和灵活控制，不能适应多变的复杂环境，而非对称频率机构设计的相关文献非常少，因此有必要在这方面进行专利技术研究。北京科技大学的贺威及其团队研发了一款名为“USTBird”的仿鸟飞行器，虽然可以实现双侧翅膀独立控制，但是由于采用两个驱动器分别控制两侧的翅膀，导致两侧翅膀的运动做到了真正完全独立，为保证翅膀动作的协调性需要更加精密复杂的结构或控制过程，增加了设计复杂度，机构整体的可靠性难以保证。

技术实现思路

[0006]鉴于现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种扑翼机器人及其控制方法，可以采用简单的方式精确控制非对称频率的扑翼机器人的动作频率，降低了设计复杂度，提高了机构整体的可靠性。
[0007]为了实现上述的目的，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0008]一种扑翼机器人，包括机身和分别连接所述机身的尾翼组件、扑动机构与翅翼组件，所述翅翼组件包括两个翅翼，每个翅翼的一端与所述机身铰接，两个翅翼的自由端分别朝向机身的左右两侧张开；所述扑动机构包括第一舵机、由所述第一舵机驱动的传动组件以及两个扑动组件、两个频率调节组件，所述传动组件包括分别设于所述机身两侧的两个锥形主动轮，每个所述扑动组件包括锥形从动轮和传动杆，所述锥形主动轮与同侧的锥形从动轮相邻设置，且二者的锥形面朝向彼此；每个所述频率调节组件包括摩擦球保持块和设于所述摩擦球保持块上的摩擦球，所述摩擦球同时与所述锥形主动轮的锥形面、所述锥
形从动轮的锥形面滚动配合，所述摩擦球保持块沿所述锥形主动轮的锥面坡度方向可移动地设置，以改变所述摩擦球的位置；所述传动杆的两端分别与所述锥形从动轮的表面和所述翅翼通过万向节活动连接，以在所述锥形从动轮转动过程中带动所述翅翼的张开角度发生变化。
[0009]作为其中一种实施方式，两个所述锥形主动轮同轴且一体设置。
[0010]作为其中一种实施方式，所述传动组件还包括与所述锥形主动轮同轴固定的一圈轮齿，所述第一舵机通过齿轮组与所述轮齿啮合。
[0011]作为其中一种实施方式，所述频率调节组件包括与所述机身相对固定的导杆，所述导杆设于所述锥形主动轮与所述锥形从动轮之间且相对于所述机身的倾斜角度与所述锥形主动轮的坡度匹配，所述摩擦球保持块沿所述导杆的长度方向可滑动地设置在所述导杆上。
[0012]作为其中一种实施方式，所述频率调节组件包括第二舵机和两端分别铰接所述第二舵机的摆臂和所述摩擦球保持块的调节连杆，所述摩擦球保持块在所述第二舵机的驱动下可沿所述导杆往复运动。
[0013]作为其中一种实施方式，所述尾翼组件包括尾翼和尾翼驱动机构，所述尾翼与所述机身的尾部可转动地连接，所述尾翼驱动机构用于驱动所述尾翼相对于所述机身上下摆动；和/或，每个所述翅翼包括末端的翅翼杆和用于驱动所述翅翼杆相对于翅翼的主体部分前后摆动的翅翼舵机。
[0014]作为其中一种实施方式，每个所述翅翼包括与所述机身铰接的骨架和可滑动地设置在所述骨架上的滑块，所述翅翼组件还包括连接各滑块的振幅调节组件，所述滑块与所述传动杆通过万向节活动连接，所述振幅调节组件用于沿所述骨架的长度方向移动各滑块。
[0015]作为其中一种实施方式，所述振幅调节组件包括固定在所述机身的第三舵机、由所述第三舵机驱动的主动滑轮、固定在每个所述骨架上的第一滑轮以及张力绳，所述第一滑轮相对于所述滑块更远离所述机身，所述张力绳同时套设于所述主动滑轮和两个所述第一滑轮的外周面并张紧，且每个所述滑块均与一股所述张力绳相对固定。
[0016]本专利技术的另一目的在于提供一种扑翼机器人的控制方法，包括：
[0017]启动第一舵机，转矩依次通过两侧的锥形主动轮、摩擦球传递至锥形从动轮；
[0018]两侧的传动杆在锥形从动轮的转动过程中带动对应的翅翼的张开角度发生变化；
[0019]当需要改变某个翅翼的扑动频率时，改变翅翼所在侧的摩擦球在锥形主动轮、锥形从动轮之间的滚动位置。
[0020]作为其中一种实施方式，当需要改变某个翅翼的扑动振幅时，调节与翅翼所在侧的所述传动杆连接的滑块在骨架上的位置。
[0021]本专利技术采用一个舵机同时驱动两侧的翅翼扑动，而且在翅翼扑动过程中，可以通过改变摩擦球的位置独立地调节两侧翅翼的扑动频率，控制过程非常简单可靠，降低了设计的复杂度，提高了飞行的精确性。另外，还可以在翅翼的扑动过程中改变左右两侧翅翼的扑动振幅和翅翼的扭转幅度、尾翼姿态，实现非对称振幅控制、无级变速、翅翼扭转的功能。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例的一种扑翼机器人的结构示意图；
[0023]图2示出了本专利技术实施例的一种扑翼机器人的扑动机构的结构示意图；
[0024]图3示出了本专利技术实施例的一种扑翼机器人的扑动机构的结构分解示意图；
[0025]图4为本专利技术实施例的一种扑翼机器人的局部剖视图；
[0026]图5示出了本专利技术实施例的一种扑翼机器人的频率调节组件的结构示意图；
[0027]图6为本专利技术实施例的一种扑翼机器人的尾部的结构示意图；
[0028]图7为本专利技术实施例的一种扑翼机器人的头部的结构示意图；
[0029]图8为本专利技术实施例的一种扑翼机器人的飞行状态示意图；
[0030]图9为本专利技术实施例的一种扑翼机器人的振幅调节前的状态图；
[0031]图10为本专利技术实施例的一种扑翼机器人的振幅调节后的状态图；
[0032]图11为本专利技术实施例的一种扑翼机器人的控制方法示意图。
具体实施方式
[0033]在本专利技术中，术语“设置”、“设有”、“连接”应做广义理解。例如，可以是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种扑翼机器人，其特征在于，包括机身(10)和分别连接所述机身(10)的尾翼组件(1)、扑动机构(2)与翅翼组件(3)，所述翅翼组件(3)包括两个翅翼(30)，每个翅翼(30)的一端与所述机身(10)铰接，两个翅翼(30)的自由端分别朝向机身(10)的左右两侧张开；所述扑动机构(2)包括第一舵机(20)、由所述第一舵机(20)驱动的传动组件(21)以及两个扑动组件(22)、两个频率调节组件(23)，所述传动组件(21)包括分别设于所述机身(10)两侧的两个锥形主动轮(210)，每个所述扑动组件(22)包括锥形从动轮(220)和传动杆(221)，所述锥形主动轮(210)与同侧的锥形从动轮(220)相邻设置，且二者的锥形面朝向彼此；每个所述频率调节组件(23)包括摩擦球保持块(231)和设于所述摩擦球保持块(231)上的摩擦球(230)，所述摩擦球(230)同时与所述锥形主动轮(210)的锥形面、所述锥形从动轮(220)的锥形面滚动配合，所述摩擦球保持块(231)沿所述锥形主动轮(210)的锥面坡度方向可移动地设置，以改变所述摩擦球(230)的位置；所述传动杆(221)的两端分别与所述锥形从动轮(220)的表面和所述翅翼(30)通过万向节活动连接，以在所述锥形从动轮(220)转动过程中带动所述翅翼(30)的张开角度发生变化。2.根据权利要求1所述的扑翼机器人，其特征在于，两个所述锥形主动轮(210)同轴且一体设置。3.根据权利要求2所述的扑翼机器人，其特征在于，所述传动组件(21)还包括与所述锥形主动轮(210)同轴固定的一圈轮齿(2100)，所述第一舵机(20)通过齿轮组与所述轮齿(2100)啮合。4.根据权利要求1所述的扑翼机器人，其特征在于，所述频率调节组件(23)包括与所述机身(10)相对固定的导杆(232)，所述导杆(232)设于所述锥形主动轮(210)与所述锥形从动轮(220)之间且相对于所述机身(10)的倾斜角度与所述锥形主动轮(210)的坡度匹配，所述摩擦球保持块(231)沿所述导杆(232)的长度方向可滑动地设置在所述导杆(232)上。5.根据权利要求4所述的扑翼机器人，其特征在于，所述频率调节组件(23)包括第二舵机(235)和两端分别铰接所述第二舵机(235)的摆臂和所述摩擦球...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯伟，刘笑，杨显龙，蒋怡星，薛自然，张树潇，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：