仿生自適應(yīng)撲翼飛行器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種仿生自適應(yīng)撲翼飛行器，包括仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀、微處理器、機(jī)身、尾翼、微電機(jī)、鉸鏈傳動(dòng)裝置、可充電電源、傳感器、全球定位系統(tǒng)、信號(hào)接收發(fā)射器；所述仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀安裝在機(jī)身兩側(cè)；所述微處理器、微電機(jī)、鉸鏈傳動(dòng)裝置、可充電電源、傳感器、全球定位系統(tǒng)、信號(hào)接收發(fā)射器與微處理器相連接；所述可充電電源與微處理器、微電機(jī)相連接。本發(fā)明的仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀采用前緣主翅脈驅(qū)動(dòng)、中樞主翅脈驅(qū)動(dòng)、支翅脈系列驅(qū)動(dòng)的多驅(qū)動(dòng)協(xié)同工作，有利于仿生撲翼飛行器能夠在各種復(fù)雜自然環(huán)境中自適應(yīng)撲翼安全飛行，仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀的多層結(jié)構(gòu)具有自發(fā)電自供電的功能，可以廣泛使用在軍用、民用等領(lǐng)域。
【專利說明】
仿生自適應(yīng)撲翼飛行器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及飛行器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種具有仿生多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀的仿生自適應(yīng)撲翼飛行器。
【背景技術(shù)】
[0002]撲翼飛行方式廣泛的應(yīng)用于自然界鳥類和昆蟲的飛行之中，與固定翼和旋翼飛行模式相比，撲翼飛行僅依靠翼面的撲動(dòng)即可同時(shí)產(chǎn)生升力和推力，可以快速的起飛、加速、懸停，具有飛行效率高，機(jī)動(dòng)性好和靈活性好的特點(diǎn)。仿生撲翼飛行機(jī)器人是一種模擬飛行生物的撲翼飛行模式，集成微機(jī)電系統(tǒng)、微動(dòng)力系統(tǒng)、微控制系統(tǒng)等多種前沿技術(shù)于一體的先進(jìn)微小飛行機(jī)器人，能夠在軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用，是近年來研究開發(fā)的熱點(diǎn)。
[0003]仿生撲翼飛行器是一種集合多種先進(jìn)技術(shù)為一體的復(fù)雜系統(tǒng)，涉及到仿生學(xué)、非定?？諝鈩?dòng)力學(xué)、微機(jī)械學(xué)、微電子學(xué)等多個(gè)先進(jìn)學(xué)科，目前的技術(shù)還存在一些問題，如:如何解決在各種氣象條件下的撲翼翅膀的仿生飛行系列多種復(fù)雜形態(tài)調(diào)控，以及如何解決可持續(xù)能源與可持續(xù)動(dòng)力問題等，這些都是面臨的重要問題。伴隨著微小電動(dòng)機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，電池成為了新型撲翼飛行器的首選能量來源，電池具有比內(nèi)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)緊湊的結(jié)構(gòu)和較好的維護(hù)性，但存在其能量密度比較低的問題，因此發(fā)展新型可充電電源技術(shù)，并能夠?yàn)轱w行器電源持續(xù)提供補(bǔ)充新能量顯得日益迫切重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種具有多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀的仿生自適應(yīng)撲翼飛行器。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種仿生自適應(yīng)撲翼飛行器，包括，仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀、微處理器、機(jī)身、尾翼、微電機(jī)、鉸鏈傳動(dòng)裝置、可充電電源、傳感器、全球定位系統(tǒng)、信號(hào)接收發(fā)射器;所述仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀安裝在機(jī)身兩側(cè);所述尾翼安裝在機(jī)身后面;所述微處理器、微電機(jī)、鉸鏈傳動(dòng)裝置、可充電電源、傳感器、全球定位系統(tǒng)、信號(hào)接收發(fā)射器與微處理器相連接;所述可充電電源與微處理器、微電機(jī)相連接，并提供工作電源;可充電電源包括電池及其它形式的電源；
[0006]所述仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀包括:前緣主翅脈、中樞主翅脈、支翅脈系列以及柔性翅膀;前緣主翅脈在柔性翅膀前端；中樞主翅脈在柔性翅膀側(cè)面;支翅脈系列位于柔性翅膀的中間層;前緣主翅脈和中樞主翅脈支撐柔性翅膀，前緣主翅脈和中樞主翅脈與機(jī)身相連接。
[0007]上述方案中，所述柔性翅膀具有多層結(jié)構(gòu)，包括:光伏發(fā)電層、支撐材料層、支翅脈系列及電極電路層、壓電發(fā)電層;層與層間采用樹脂或者其它方式相粘結(jié)，樹脂包括聚酯樹月旨、乙烯樹脂、環(huán)氧樹脂;所述支翅脈系列及電極電路層包括:支翅脈系列、支翅脈系列驅(qū)動(dòng)電路、光伏發(fā)電層連接電路線、壓電發(fā)電層連接電路線、微電機(jī)電路線;所述前緣主翅脈、中樞主翅脈與鉸鏈傳動(dòng)裝置相連接;所述鉸鏈傳動(dòng)裝置與微電機(jī)相連接;所述前緣主翅脈和中樞主翅脈采用碳纖維材料、碳纖維復(fù)合材料、納米碳管復(fù)合材料、有機(jī)無機(jī)雜化復(fù)合材料或有機(jī)高分子材料制作。
[0008]上述方案中，所述支翅脈系列根據(jù)飛行器具體翅膀大小、形態(tài)、飛行設(shè)計(jì)需要來確定支翅脈具體數(shù)量、分布方式及分布形式，包括:支翅脈交叉形成三邊形、四邊形、五邊形、六邊形系列網(wǎng)格及其組合運(yùn)用；所述支翅脈系列能夠形成不同的復(fù)雜驅(qū)動(dòng)，使仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀形成不同彎曲狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)復(fù)雜飛行的需要。
[0009]上述方案中，所述支翅脈系列的驅(qū)動(dòng)采用支翅脈雙晶片懸臂梁式壓電驅(qū)動(dòng)器，其兩層為壓電瓷條，中間為碳纖維;上下兩片壓電陶瓷條在外加電壓作用下，則發(fā)生不相同的伸長，引起支翅脈懸臂梁式結(jié)構(gòu)彎曲，在支翅脈末端實(shí)現(xiàn)位移的輸出。
[0010]上述方案中，所述支翅脈系列的驅(qū)動(dòng)包括:支翅脈人造肌肉驅(qū)動(dòng)，包括采用電致伸縮的聚合物人造肌肉EPAM或/和離子聚合物金屬復(fù)合物IPMC，當(dāng)通入電流時(shí)就會(huì)發(fā)生伸縮、彎曲。
[0011]上述方案中，所述支翅脈系列的驅(qū)動(dòng)還包括:形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)支翅脈、電磁驅(qū)動(dòng)支翅脈;所述形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)支翅脈采用熱敏絲材料;所述電磁驅(qū)動(dòng)支翅脈為給電磁驅(qū)動(dòng)支翅脈的定磁極輸入不同占空比的電流，動(dòng)磁極就能夠產(chǎn)生一定頻率和幅值的振動(dòng)，帶動(dòng)支翅脈做各種拍打運(yùn)動(dòng)。
[0012]上述方案中，所述光伏發(fā)電層包括:光伏發(fā)電薄膜、光伏發(fā)電纖維、光伏發(fā)電片、光伏發(fā)電復(fù)合材料或納米光伏發(fā)電材料;所述支撐材料層包括:聚酯薄膜、聚酰亞胺膜、聚酯纖維膜、有機(jī)薄膜、有機(jī)-無機(jī)雜化薄膜、復(fù)合纖維膜、聚苯乙烯膜、聚氨酯膜、聚氯乙烯膜、納米材料膜、鋁蜂窩或輕木;所述壓電發(fā)電層包括:壓電發(fā)電薄膜、壓電發(fā)電纖維、壓電陶瓷發(fā)電片或壓電纖維復(fù)合材料。
[0013]上述方案中，所述尾翼與鉸鏈傳動(dòng)裝置相連接;所述鉸鏈傳動(dòng)裝置與微電機(jī)相連接;在微處理器指令下，微電機(jī)通過鉸鏈裝置帶動(dòng)尾翼實(shí)現(xiàn)V字形態(tài)、U字形態(tài)或扇型態(tài)以及其它飛行型態(tài)的各種變化;所述尾翼材料包括:碳纖維復(fù)合材料、不銹鋼材料、鈦材料、鋁合金材料、無機(jī)材料、有機(jī)材料、復(fù)合材料、納米材料。
[0014]上述方案中，所述傳感器包括:風(fēng)力傳感器、風(fēng)向傳感器、飛行速度傳感器、飛行高度傳感器、飛行振動(dòng)傳感器、環(huán)境溫度傳感器、環(huán)境濕度傳感器。
[0015]上述方案中，所述可充電電源包括:至少兩個(gè)；兩個(gè)可充電電源采用輪換工作方式，當(dāng)一個(gè)可充電電源處于充電工作狀態(tài)時(shí)，則另一個(gè)可充電電源則處于為微處理器、微電機(jī)、支翅脈系列驅(qū)動(dòng)提供工作電源;所述仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀多層結(jié)構(gòu)中光伏發(fā)電層和壓電發(fā)電層所發(fā)的電，提供給可充電電源儲(chǔ)存待用。
[0016]上述方案中，所述微處理器包括:微型計(jì)算機(jī)芯片、微型存儲(chǔ)器;所述微處理器與傳感器相連接，接收并處理傳感器提供的環(huán)境與飛行信息；所述微處理器通過信號(hào)接收發(fā)射器與基站數(shù)據(jù)控制中心相連接，執(zhí)行并完成基站數(shù)據(jù)控制中心的各種工作指令;所述微處理器與微電機(jī)、支翅脈系列驅(qū)動(dòng)相連接，并通過微電機(jī)帶動(dòng)鉸鏈傳動(dòng)裝置，并帶動(dòng)前緣主翅脈驅(qū)動(dòng)、中樞主翅脈驅(qū)動(dòng)來完成飛行中大幅度的拍打、扭轉(zhuǎn)動(dòng)作;通過微電機(jī)帶動(dòng)鉸鏈傳動(dòng)裝置來調(diào)整尾翼不同形態(tài)來穩(wěn)定飛行姿態(tài);通過執(zhí)行支翅脈系列驅(qū)動(dòng)，來自適應(yīng)環(huán)境條件變化，協(xié)同前緣主翅脈驅(qū)動(dòng)、中樞主翅脈驅(qū)動(dòng)、尾翼驅(qū)動(dòng)來共同完成爬升、懸停、俯沖各種復(fù)雜的飛行動(dòng)作。
[0017]本發(fā)明提供的仿生自適應(yīng)撲翼飛行器的工作過程如下:
[0018]仿生自適應(yīng)撲翼飛行器的微處理器通過信號(hào)接收發(fā)射器接收到基站數(shù)據(jù)控制中心發(fā)來的執(zhí)行飛行任務(wù)指令，傳感器將外界環(huán)境的風(fēng)力參數(shù)等信息傳輸給微處理器;微處理器根據(jù)基站數(shù)據(jù)控制中心確定的飛行任務(wù)與飛行參數(shù)，指令第一微電機(jī)、第二微電機(jī)、支翅脈系列驅(qū)動(dòng)開始執(zhí)行起飛程序;第一可充電電源向微處理器、第一微電機(jī)、第二微電機(jī)、支翅脈系列驅(qū)動(dòng)提供工作電源;第二可充電電源則處于被充電工作狀態(tài)。第一微電機(jī)通過第一鉸鏈傳動(dòng)裝置帶動(dòng)前緣主翅脈驅(qū)動(dòng)和中框主翅脈驅(qū)動(dòng)工作，仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀開始較大幅度拍打，氣流對仿生自適應(yīng)撲翼飛行器產(chǎn)生一定的升力和推動(dòng)力，仿生自適應(yīng)撲翼飛行器開始起飛升空飛行;第二微電機(jī)通過第二鉸鏈傳動(dòng)裝置帶動(dòng)尾翼驅(qū)動(dòng)，使尾翼形態(tài)呈現(xiàn)起飛時(shí)姿態(tài);仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀中的支翅脈系列驅(qū)動(dòng)在微處理器的起飛指令下，按照起飛程序要求使支翅脈系列中的部分支翅脈或支翅脈網(wǎng)格驅(qū)動(dòng)，協(xié)同前緣主翅脈驅(qū)動(dòng)、中樞主翅脈驅(qū)動(dòng)，尾翼驅(qū)動(dòng)，協(xié)同完成仿生自適應(yīng)撲翼飛行器的起飛升空過程。
[0019]當(dāng)仿生自適應(yīng)撲翼飛行器起飛升空到飛行任務(wù)確定的飛行高度，傳感器將飛行高度信息傳輸給微處理器;微處理器指令第一微電機(jī)、第二微電機(jī)、支翅脈系列驅(qū)動(dòng)開始執(zhí)行穩(wěn)定飛行程序;第一微電機(jī)通過第一鉸鏈傳動(dòng)裝置帶動(dòng)前緣主翅脈驅(qū)動(dòng)和中樞主翅脈驅(qū)動(dòng)仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀的形態(tài)和飛行角度調(diào)整;第二微電機(jī)通過第二鉸鏈傳動(dòng)裝置帶動(dòng)尾翼驅(qū)動(dòng)，使尾翼形態(tài)呈現(xiàn)穩(wěn)定飛行時(shí)姿態(tài);仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀中的支翅脈系列驅(qū)動(dòng)在微處理器飛行指令下，按照穩(wěn)定飛行程序使支翅脈系列驅(qū)動(dòng)中的部分支翅脈或部分支翅脈網(wǎng)格驅(qū)動(dòng)，協(xié)同前緣主翅脈驅(qū)動(dòng)、中樞主翅脈驅(qū)動(dòng)、尾翼驅(qū)動(dòng)，協(xié)同完成仿生自適應(yīng)撲翼飛行器的穩(wěn)定飛行過程。
[0020]當(dāng)仿生自適應(yīng)撲翼飛行器在空中飛行遇到強(qiáng)氣流或強(qiáng)風(fēng)，傳感器將強(qiáng)氣流或強(qiáng)大風(fēng)信息傳輸給微處理器;微處理器指令第一微電機(jī)、第二微電機(jī)、支翅脈系列驅(qū)動(dòng)開始執(zhí)行遭遇強(qiáng)氣流或強(qiáng)風(fēng)的安全飛行程序;第一微電機(jī)通過第一鉸鏈傳動(dòng)裝置帶動(dòng)前緣主翅脈驅(qū)動(dòng)和中樞主翅脈驅(qū)動(dòng)進(jìn)行仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀的形態(tài)和飛行角度進(jìn)行安全飛行調(diào)整;第二微電機(jī)通過第二鉸鏈傳動(dòng)裝置帶動(dòng)尾翼驅(qū)動(dòng)，使尾翼形態(tài)呈現(xiàn)飛行安全保護(hù)姿態(tài)；仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀中的支翅脈系列驅(qū)動(dòng)在微處理器指令執(zhí)行遭遇強(qiáng)氣流或強(qiáng)風(fēng)的安全飛行程序，協(xié)同前緣主翅脈驅(qū)動(dòng)、中樞主翅脈驅(qū)動(dòng)、尾翼驅(qū)動(dòng)，協(xié)同完成仿生自適應(yīng)撲翼飛行器的安全飛行。
[0021]當(dāng)仿生自適應(yīng)撲翼飛行器按照微處理器的飛行指令，在空中飛行時(shí)，仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀多層結(jié)構(gòu)中的光伏發(fā)電層在陽光照射下，開始光伏發(fā)電；光伏發(fā)電通過電極電路層與可充電電源相連接，將光伏發(fā)電輸送給可充電電源存儲(chǔ)備用；由于飛行器翅膀在飛行過程中的不斷拍打、扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生振動(dòng)能量，包括:前緣主翅脈驅(qū)動(dòng)翅膀產(chǎn)生的振動(dòng)能量，中樞主翅脈驅(qū)動(dòng)翅膀產(chǎn)生的振動(dòng)能量，支翅脈驅(qū)動(dòng)翅膀產(chǎn)生的振動(dòng)能量，以及氣流產(chǎn)生振動(dòng)能量;在各種不同的振動(dòng)能量的共同作用下，仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀多層結(jié)構(gòu)中的壓電發(fā)電層則不斷后地發(fā)電，其壓電發(fā)電也輸送給充電電源存儲(chǔ)備用。在仿生自適應(yīng)撲翼飛行器中至少有兩個(gè)可充電電源；當(dāng)其中一個(gè)可充電電源處于被充電工作狀態(tài)時(shí)，另一個(gè)可充電電源則向微處理器、第一微電機(jī)、第二微電機(jī)、支翅脈系列驅(qū)動(dòng)及其它需用電設(shè)備提供可持續(xù)工作的電源。
[0022]仿生自適應(yīng)撲翼飛行器在傳感器、全球定位系統(tǒng)、基站數(shù)據(jù)控制中心、微處理器的協(xié)同調(diào)控下能夠自適應(yīng)地完成各種不同的安全飛行任務(wù)；由于仿生自適應(yīng)撲翼飛行器中的仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀具有特殊的多層結(jié)構(gòu)，在飛行過程中光伏發(fā)電層和壓電發(fā)電層均可以自發(fā)電并向飛行器提供可持續(xù)飛行的電源能量。
[0023]實(shí)施本發(fā)明的仿生自適應(yīng)撲翼飛行器具有以下有益效果:
[0024]a、本發(fā)明的仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀采用前緣主翅脈驅(qū)動(dòng)、中樞主翅脈驅(qū)動(dòng)、支翅脈系列驅(qū)動(dòng)的協(xié)同工作，而支翅脈系列驅(qū)動(dòng)根據(jù)飛行器具體仿生翅膀大小、形態(tài)、飛行需要來確定支翅脈具體數(shù)量、分布方式及分布形式，包括:支翅脈交叉形成三邊形、四邊形、五邊形、六邊形系列網(wǎng)格及其組合運(yùn)用，有利于在復(fù)雜環(huán)境中變化飛行器柔性翅膀形態(tài)、角度、拍打頻率，有利于仿生撲翼飛行器能夠在各種復(fù)雜自然環(huán)境中自適應(yīng)撲翼安全飛行。
[0025]b、本發(fā)明的仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀采用多層結(jié)構(gòu)，并具有光伏發(fā)電和壓電發(fā)電的雙發(fā)電工作模式，在飛行或停航中由于太陽光對飛行器翅膀的照射，能夠產(chǎn)生光伏發(fā)電；在飛行過程中，由于飛行器翅膀不斷地拍打、扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生各種振動(dòng)能量，包括:前緣主翅脈驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)能量，中樞主翅脈驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)能量;支翅脈系列驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)能量，以及氣流產(chǎn)生的振動(dòng)能量;這些各種振動(dòng)能量將被多層結(jié)構(gòu)中的壓電發(fā)電層收集并產(chǎn)生壓電發(fā)電效應(yīng);雙發(fā)電工作模式能夠?yàn)榉律赃m應(yīng)撲翼飛行器自發(fā)電自供電，并提供了可持續(xù)飛行的電源能量。
[0026]C、本發(fā)明采用微處理器、傳感器、全球定位系統(tǒng)、信號(hào)接收發(fā)射器與基站數(shù)據(jù)控制中心相結(jié)合，提高了仿生自適應(yīng)撲翼飛行器的可控性、安全性、飛行自適應(yīng)性、飛行持久性，可以廣泛使用在軍用、民用等各種復(fù)雜飛行環(huán)境。
【附圖說明】
[0027]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
[0028]圖1是本發(fā)明仿生自適應(yīng)撲翼飛行器的工作框圖；
[0029]圖2是本發(fā)明仿生自適應(yīng)撲翼飛行器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3是圖2中的A-A剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0032]本發(fā)明仿生自適應(yīng)撲翼飛行器工作框圖見圖1，結(jié)構(gòu)示意圖見圖2、圖3，包括:仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀1、微處理器2、機(jī)身3、尾翼4、微電機(jī)5、鉸鏈傳動(dòng)裝置6、可充電電源
7、傳感器8、全球定位系統(tǒng)9、信號(hào)接收發(fā)射器10;仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀I安裝在機(jī)身3兩側(cè);尾翼4安裝在機(jī)身3后面;微處理器2、微電機(jī)5、鉸鏈傳動(dòng)裝置6、可充電電源7、傳感器
8、全球定位系統(tǒng)9、信號(hào)接收發(fā)射器10裝配在機(jī)身3內(nèi)；微電機(jī)5、傳感器8、全球定位系統(tǒng)9、信號(hào)接收發(fā)射器10與微處理器2相連接;可充電電源7與微處理器2、微電機(jī)5相連接，并提供工作電源;本實(shí)施例的可充電電源采用可充電電池7。
[0033]仿生自適應(yīng)撲翼飛行器的仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀I包括:前緣主翅脈15、中樞主動(dòng)脈16、支翅脈系列17以及柔性翅膀;前緣主翅脈15在柔性翅膀前端，中樞主翅脈16在柔性翅膀側(cè)面;支翅脈系列17在柔性翅膀的中間層;前緣主翅脈15和中樞主翅脈16對柔性翅膀起支撐作用，它們與機(jī)身3相連接;所述柔性翅膀具有多層結(jié)構(gòu)，見圖3，包括:光伏發(fā)電層U、支撐材料層12、支翅脈系列及電極電路層13、壓電發(fā)電層14;光伏發(fā)電層11采用光伏發(fā)電薄膜;支撐材料層12采用聚酯薄膜;壓電發(fā)電層14采用壓電發(fā)電薄膜;支翅脈系列及電極電路層13包括:支翅脈系列17、支翅脈系列驅(qū)動(dòng)電極、連接電路線;前緣主翅脈15、中樞主翅脈16與鉸鏈傳動(dòng)裝置6相連接;鉸鏈傳動(dòng)裝置6與微電機(jī)5相連接;前緣主翅脈15和中樞主翅脈16采用碳纖維材料;支翅脈系列17采用網(wǎng)格形式;支翅脈系列驅(qū)動(dòng)采用雙晶片懸臂梁式壓電驅(qū)動(dòng)器對翅脈系列實(shí)行可調(diào)控的位移輸出；尾翼采用碳纖維復(fù)合材料;可充電電池7采用兩個(gè)輪換工作方式，當(dāng)?shù)谝豢沙潆婋姵?處于充電工作狀態(tài)時(shí)，則第二可充電電池7則處于為微處理器2、微電機(jī)5、支翅脈系列驅(qū)動(dòng)17提供工作電源;仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀I多層結(jié)構(gòu)中光伏發(fā)電層11和壓電發(fā)電層14所發(fā)的電，提供給可充電電池7儲(chǔ)存待用。
[0034]微處理器2包括:微型計(jì)算機(jī)芯片、微型存儲(chǔ)器;微處理器2與傳感器8相連接，接收并處理感器8提供的環(huán)境信息與飛行信息;微處理器2通過信號(hào)接收發(fā)射器10與基站數(shù)據(jù)控制中心相連接，執(zhí)行并完成基站數(shù)據(jù)控制中心的各種工作指令。
[0035]本發(fā)明提供的仿生自適應(yīng)撲翼飛行器的工作過程如下:
[0036]仿生自適應(yīng)撲翼飛行器的微處理器2通過信號(hào)接收發(fā)射器10接收到基站數(shù)據(jù)控制中心發(fā)來的執(zhí)行飛行任務(wù)指令，傳感器8將外界環(huán)境的風(fēng)力參數(shù)等信息傳輸給微處理器2;微處理器2根據(jù)基站數(shù)據(jù)控制中心確定的飛行任務(wù)與飛行參數(shù)，發(fā)指令給第一微電機(jī)5、第二微電機(jī)5、支翅脈系列驅(qū)動(dòng)17開始執(zhí)行起飛程序;第一可充電電池7向微處理器2、第一微電機(jī)5、第二微電機(jī)5、支翅脈系列驅(qū)動(dòng)17提供工作電源;第二可充電電池7則處于被充電工作狀態(tài)。第一微電機(jī)5通過第一鉸鏈傳動(dòng)裝置6帶動(dòng)前緣主翅脈驅(qū)動(dòng)15和中樞主翅脈驅(qū)動(dòng)16工作，仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀I開始產(chǎn)生一定頻率的較大幅度拍打，氣流對具有自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀的仿生撲翼飛行器產(chǎn)生一定的升力和推動(dòng)力，仿生自適應(yīng)撲翼飛行器開始起飛升空飛行;第二微電機(jī)5通過第二鉸鏈傳動(dòng)裝置6帶動(dòng)尾翼4驅(qū)動(dòng)，使尾翼4形態(tài)顯現(xiàn)起飛時(shí)的姿態(tài);仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀I中的支翅脈系列驅(qū)動(dòng)17在微處理器的起飛指令下，按照起飛程序要求使支翅脈系列中的部分支翅脈網(wǎng)格驅(qū)動(dòng)，協(xié)同前緣主翅脈驅(qū)動(dòng)15、中樞主翅脈驅(qū)動(dòng)16、尾翼驅(qū)動(dòng)4，協(xié)同完成仿生自適應(yīng)撲翼飛行器的起飛升空過程。
[0037]當(dāng)仿生自適應(yīng)撲翼飛行器起飛升空到飛行任務(wù)確定的飛行高度，傳感器8將飛行高度信息傳輸給微處理器2;微處理器2指令第一微電機(jī)5、第二微電機(jī)5、支翅脈系列驅(qū)動(dòng)17開始執(zhí)行穩(wěn)定飛行程序;第一微電機(jī)5通過第一鉸鏈傳動(dòng)裝置6帶動(dòng)前緣主翅脈驅(qū)動(dòng)15和中樞主翅脈驅(qū)動(dòng)16進(jìn)行仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀I的形態(tài)和飛行角度調(diào)整;第二微電機(jī)5通過第二鉸鏈傳動(dòng)裝置6帶動(dòng)尾翼4驅(qū)動(dòng)，使尾翼4形成呈現(xiàn)穩(wěn)定飛行姿態(tài);仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀I中的支翅脈系列驅(qū)動(dòng)17在微處理器2的飛行指令下，按照穩(wěn)定飛行程序使支翅脈系列驅(qū)動(dòng)17中的部分支翅脈網(wǎng)格驅(qū)動(dòng)，協(xié)同完成仿生自適應(yīng)撲翼飛行器的穩(wěn)定飛行過程。
[0038]當(dāng)仿生自適應(yīng)撲翼飛行器在空中飛行遭遇到強(qiáng)氣流或強(qiáng)風(fēng)，傳感器8將強(qiáng)氣流或強(qiáng)風(fēng)信息傳輸給微處理器2;微處理器2指令第一微電機(jī)5、第二微電機(jī)5、支翅脈系列驅(qū)動(dòng)17開始執(zhí)行遭遇強(qiáng)氣流或強(qiáng)風(fēng)的安全飛行程序;第一微電機(jī)5通過第一鉸鏈傳動(dòng)裝置6帶動(dòng)前緣主翅脈驅(qū)動(dòng)15和中樞主翅脈驅(qū)動(dòng)16進(jìn)行仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀的形態(tài)和飛行角度進(jìn)行安全飛行調(diào)整;第二微電機(jī)5通過第二鉸鏈傳動(dòng)裝置6帶動(dòng)尾翼驅(qū)動(dòng)4，使尾翼4形態(tài)呈現(xiàn)飛行安全保護(hù)姿態(tài);仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀I中的支翅脈系列驅(qū)動(dòng)17在微處理器2指令執(zhí)行遭遇強(qiáng)氣流或強(qiáng)風(fēng)的安全飛行程序，與前緣主翅脈驅(qū)動(dòng)15、中樞主翅脈驅(qū)動(dòng)16、尾翼驅(qū)動(dòng)4 一道，協(xié)同完成仿生自適應(yīng)撲翼飛行器的安全飛行。
[0039]當(dāng)仿生自適應(yīng)撲翼飛行器按照微處理器2的飛行指令，在空中飛行時(shí)，仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀I的多層結(jié)構(gòu)中的光伏發(fā)電薄膜11在陽光照射下，開始光伏發(fā)電;光伏發(fā)電通過電極電路層13與第二可充電電池7相連接，將光伏發(fā)電輸送給第二可充電電池7存儲(chǔ)備用；由于飛行器翅膀I在飛行過程中的不斷拍打、扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生振動(dòng)能量，包括:前緣主翅膀脈15驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)能量，中樞主翅脈16驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)能量，支翅脈系列17驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)能量，以及氣流產(chǎn)生的振動(dòng)能量;在各種不同振動(dòng)能量的共同作用下，仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀多層結(jié)構(gòu)中的壓電發(fā)電層14則不斷地發(fā)電，其壓電發(fā)電也輸送給第二可充電電池7存儲(chǔ)備用。
[0040]仿生自適應(yīng)撲翼飛行器在傳感器8、全球定位系統(tǒng)9、基站數(shù)據(jù)控制中心、微處理器2的協(xié)同調(diào)控下，能夠自適應(yīng)地完成各種不同的安全飛行任務(wù)；由于仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀具有特殊的多層結(jié)構(gòu)，在飛行過程中光伏發(fā)電層11和壓電發(fā)電層14均可以自發(fā)電并向飛行器提供可持續(xù)飛行的電源能量。
[0041]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種仿生自適應(yīng)撲翼飛行器，其特征在于，包括仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀、微處理器、機(jī)身、尾翼、微電機(jī)、鉸鏈傳動(dòng)裝置、可充電電源、傳感器、全球定位系統(tǒng)、信號(hào)接收發(fā)射器;所述仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀安裝在機(jī)身兩側(cè);所述尾翼安裝在機(jī)身后面;所述微處理器、微電機(jī)、鉸鏈傳動(dòng)裝置、可充電電源、傳感器、全球定位系統(tǒng)、信號(hào)接收發(fā)射器與微處理器相連接;所述可充電電源與微處理器、微電機(jī)相連接，并提供工作電源； 所述仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀包括:前緣主翅脈、中樞主翅脈、支翅脈系列以及柔性翅膀;前緣主翅脈在柔性翅膀前端；中樞主翅脈在柔性翅膀側(cè)面;支翅脈系列位于柔性翅膀的中間層;前緣主翅脈和中樞主翅脈支撐柔性翅膀，前緣主翅脈和中樞主翅脈與機(jī)身相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生自適應(yīng)撲翼飛行器，其特征在于，所述仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀具有多層結(jié)構(gòu)，包括:光伏發(fā)電層、支撐材料層、支翅脈系列及電極電路層、壓電發(fā)電層;層與層間相互粘結(jié);所述支翅脈系列及電極電路層包括:支翅脈系列、支翅脈系列驅(qū)動(dòng)電路、光伏發(fā)電層連接電路線、壓電發(fā)電層連接電路線、微電機(jī)電路線;所述前緣主翅脈、中樞主翅脈與鉸鏈傳動(dòng)裝置相連接;所述鉸鏈傳動(dòng)裝置與微電機(jī)相連接;所述前緣主翅脈和中樞主翅脈采用碳纖維材料、碳纖維復(fù)合材料、納米碳管復(fù)合材料、有機(jī)無機(jī)雜化復(fù)合材料或有機(jī)高分子材料制作。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的仿生自適應(yīng)撲翼飛行器，其特征在于，所述支翅脈系列根據(jù)飛行器具體翅膀大小、形態(tài)、飛行設(shè)計(jì)需要來確定支翅脈具體數(shù)量、分布方式及分布形式，包括:支翅脈交叉形成三邊形、四邊形、五邊形、六邊形系列網(wǎng)格及其組合運(yùn)用；所述支翅脈系列能夠形成不同的復(fù)雜驅(qū)動(dòng)，使仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀形成不同彎曲狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)仿生自適應(yīng)復(fù)雜飛行的需要。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的仿生自適應(yīng)撲翼飛行器，其特征在于，所述支翅脈系列的驅(qū)動(dòng)采用支翅脈雙晶片懸臂梁式壓電驅(qū)動(dòng)器，其兩層為壓電瓷條，中間為碳纖維;上下兩片壓電陶瓷條在外加電壓作用下，則發(fā)生不相同的伸長，引起支翅脈懸臂梁式結(jié)構(gòu)彎曲，在支翅脈末端實(shí)現(xiàn)位移的輸出。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的仿生自適應(yīng)撲翼飛行器，其特征在于，所述支翅脈系列的驅(qū)動(dòng)包括:支翅脈人造肌肉驅(qū)動(dòng)，包括采用電致伸縮的聚合物人造肌肉EPAM或/和離子聚合物金屬復(fù)合物IPMC，當(dāng)通入電流時(shí)就會(huì)發(fā)生伸縮、彎曲。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的仿生自適應(yīng)撲翼飛行器，其特征在于，所述支翅脈系列的驅(qū)動(dòng)還包括:形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)支翅脈、電磁驅(qū)動(dòng)支翅脈;所述形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)支翅脈采用熱敏絲材料;所述電磁驅(qū)動(dòng)支翅脈為給電磁驅(qū)動(dòng)支翅脈的定磁極輸入不同占空比的電流，動(dòng)磁極就能夠產(chǎn)生一定頻率和幅值的振動(dòng)，帶動(dòng)支翅脈做各種拍打運(yùn)動(dòng)。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的仿生自適應(yīng)撲翼飛行器，其特征在于，所述光伏發(fā)電層包括:光伏發(fā)電薄膜、光伏發(fā)電纖維、光伏發(fā)電片、光伏發(fā)電復(fù)合材料或納米光伏發(fā)電材料;所述支撐材料層包括:聚酯薄膜、聚酰亞胺膜、聚酯纖維膜、有機(jī)薄膜、有機(jī)-無機(jī)雜化薄膜、復(fù)合纖維膜、聚苯乙烯膜、聚氨酯膜、聚氯乙烯膜、納米材料膜、鋁蜂窩或輕木;所述壓電發(fā)電層包括:壓電發(fā)電薄膜、壓電發(fā)電纖維、壓電陶瓷發(fā)電片或壓電纖維復(fù)合材料。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生自適應(yīng)撲翼飛行器，其特征在于，所述尾翼與鉸鏈傳動(dòng)裝置相連接;所述鉸鏈傳動(dòng)裝置與微電機(jī)相連接;在微處理器指令下，微電機(jī)通過鉸鏈裝置帶動(dòng)尾翼實(shí)現(xiàn)V字形態(tài)、U字形態(tài)或扇型態(tài)以及其它飛行型態(tài)的各種變化;所述尾翼材料包括:碳纖維復(fù)合材料、不銹鋼材料、鈦材料、鋁合金材料、無機(jī)材料、有機(jī)材料、復(fù)合材料、納米材料。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生自適應(yīng)撲翼飛行器，其特征在于，所述傳感器包括:風(fēng)力傳感器、風(fēng)向傳感器、飛行速度傳感器、飛行高度傳感器、飛行振動(dòng)傳感器、環(huán)境溫度傳感器、環(huán)境濕度傳感器。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生自適應(yīng)撲翼飛行器，其特征在于，所述可充電電源包括:至少兩個(gè);兩個(gè)可充電電源采用輪換工作方式，當(dāng)一個(gè)可充電電源處于充電工作狀態(tài)時(shí)，則另一個(gè)可充電電源則處于為微處理器、微電機(jī)、支翅脈系列驅(qū)動(dòng)提供工作電源;所述仿生自適應(yīng)多驅(qū)動(dòng)柔性翅膀多層結(jié)構(gòu)中光伏發(fā)電層和壓電發(fā)電層所發(fā)的電，提供給可充電電源儲(chǔ)存待用。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生自適應(yīng)撲翼飛行器，其特征在于，所述微處理器包括:微型計(jì)算機(jī)芯片、微型存儲(chǔ)器;所述微處理器與傳感器相連接，接收并處理傳感器提供的環(huán)境與飛行信息;所述微處理器通過信號(hào)接收發(fā)射器與基站數(shù)據(jù)控制中心相連接，執(zhí)行并完成基站數(shù)據(jù)控制中心的各種工作指令;所述微處理器與微電機(jī)、支翅脈系列驅(qū)動(dòng)相連接，并通過微電機(jī)帶動(dòng)鉸鏈傳動(dòng)裝置，并帶動(dòng)前緣主翅脈驅(qū)動(dòng)、中樞主翅脈驅(qū)動(dòng)來完成飛行中大幅度的拍打、扭轉(zhuǎn)動(dòng)作;通過微電機(jī)帶動(dòng)鉸鏈傳動(dòng)裝置來調(diào)整尾翼不同形態(tài)來穩(wěn)定飛行姿態(tài)；通過微電機(jī)來執(zhí)行支翅脈系列驅(qū)動(dòng)，來自適應(yīng)環(huán)境條件變化，協(xié)同前緣主翅脈驅(qū)動(dòng)、中樞主翅脈驅(qū)動(dòng)、尾翼驅(qū)動(dòng)來共同完成爬升、懸停、俯沖各種復(fù)雜的飛行動(dòng)作。
【文檔編號(hào)】B64C33/02GK105905297SQ201610234469
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月15日
【發(fā)明人】袁曦明, 袁楠, 袁一楠
【申請人】中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）