1.本发明属于仿生扑翼无人飞行器技术领域，具体涉及一种可悬停的多翼仿生飞行器。


背景技术：

2.微型扑翼飞行器是一种模仿鸟类和昆虫飞行方式的无人飞行器，因其独特的仿生外形和飞行特性，使其具有了高度机动性和灵活性以及隐蔽性，因而在低空侦察、城市作战、电子干扰、核生化探测、地理勘测、自然灾害监视与支援、环境污染监测以及边境巡逻等任务中相较于固定翼式和旋翼式微型飞行器更具优势，在国防军事以及民用方面有着广泛的应用前景。蜻蜓具有优秀的飞行能力，平均飞行速度约为1～5m/s，扑动频率约30～40hz，具备前飞、侧飞、后飞、垂直飞行或悬停等飞行能力。蜻蜓的四个扑动翼的气动干扰效应增强了升力且提供了稳定的飞行性能。悬停作为蜻蜓的独特飞行能力，在其仿生飞行器设计过程中，对于实际侦察勘测具有重要的价值和应用。
3.扑动翼传动系统作为扑翼飞行器的关键组成系统，其性能好坏对于飞行器整体飞行性能具有重要的影响。目前在仿鸟扑翼飞行器中主要的传动形式是直流电机作为动力源，利用曲柄摇杆等连杆机构和齿轮齿条等实现周转运动与往复运动的转化。在仿昆虫扑翼飞行器中，基于智能材料学者们提出了多种新型的驱动方式，如压电驱动、人工肌肉、电磁驱动等。
4.目前在仿蜻蜓多翼扑翼飞行器中，由于飞行器整体尺寸和重量小，而且扑动翼的扑动频率较高，传统的电机加曲柄摇杆或齿轮齿条的传动机构，结构复杂，运动精度低，可靠性差，很难满足飞行器的设计需求。而受限于材料、微机电以及加工制造等技术的制约，新型驱动方式很难用于实际工程化的扑翼飞行器中。如何能够结合现有技术水平以及飞行器应用需求，设计满足微型仿昆虫扑翼飞行器性能要求的传动系统，成为制约微型扑翼飞行器工程化的关键问题，亟待解决。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种可悬停的多翼仿生飞行器，解决了现有技术中存在的上述不足。
6.为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
7.本发明提供的一种可悬停的多翼仿生飞行器，包括整体支架，所述整体支架上设置有四个直驱传动机构，每个直驱传动机构上安装有一个扑动翼；
8.每个直驱传动机构均连接至飞控驱动系统。
9.优选地，所述直驱传动机构包括无刷电机和不完全传动齿轮，其中，所述无刷电机的输出轴驱动连接不完全传动齿轮；所述扑动翼安装在不完全传动齿轮上。
10.优选地，所述整体支架上安装有用于获取扑动翼转动角度的翼位置传感系统，所述翼位置传感系统与飞控驱动系统连接。
11.优选地，所述翼位置传感系统与扑动翼之间通过传动轴组件连接。
12.优选地，所述飞控驱动系统包括电子调速器、能源系统、接收机和飞行控制系统，其中，所述能源系统的输出端连接电子调速器的输入端；所述接收机的输出端与飞行控制系统的输入端连接；所述飞行控制系统的输出端与电子调速器的输入端连接；电子调速器的输出端与直驱传动系统的输入端连接。
13.优选地，所述扑动翼和直驱传动系统之间插装连接。
14.优选地，所述整体支架包括驱动支架和连接架杆，其中，所述驱动支架设置有两个，两个驱动支架分别安装在连接架杆的两端。
15.优选地，每个驱动支架的两端分别安装有一个直驱传动机构；所述飞控驱动系统安装在连接架杆上。
16.优选地，每个驱动支架上开设有两个对称布置的卡槽，所述直驱传动系统的不完全传动齿轮的齿条端卡装早卡槽内。
17.优选地，两个驱动支架的中间段分别安装有头部和尾巴。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
19.本发明提供的一种可悬停的多翼仿生飞行器，采用四个驱动的直驱传动系统，在保证传动功率和扭矩要求的基础上，极大的简化了传动系统结构，提高了飞行器整体的传动效率以及机械可靠性；通过合理的空间分布布局，有效的减小了前后翼之间的气动干扰，提升了飞行器整体的气动性能。
20.进一步的，四个扑动翼独立运动，通过飞控驱动系统结合翼位置传感系统，保证了四个扑动翼之间的协同运动；
21.综上所述，结合以上三方面的优势，最终可实现扑翼飞行器的稳定悬停，具有良好的应用前景。
附图说明
22.图1为仿蜻蜓扑翼飞行器整体结构示意图；
23.图2为仿蜻蜓扑翼飞行器电子控制系统结构示意图；
24.图3为仿蜻蜓扑翼飞行器整机支架结构示意图；
25.图4为仿蜻蜓扑翼飞行器直驱传动系统结构示意图；
26.其中：1头部，2扑动翼，3飞控驱动系统，4尾巴，5直驱传动机构，6机架，7连接架杆，8接收机，9飞行控制系统，10电子调速器，11弹簧安装支架，12弹簧，13传动主轴支架，14翼角度感知系统支架，15翼连接杆，16驱动机构支架，17翼位置传感系统，18无刷电机，19翼运动角度限位器，20不完全齿轮，21翼安装支架，22弹簧安装支架，23传动轴组件，24能源系统。
具体实施方式
27.下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
28.本发明中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异性件根据说明书记载可以进行定制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、焊接、粘贴等常规手段，在此不再详述。
29.如附图1所示，本发明提供的一种可悬停的多翼仿生飞行器，包括整体支架，所述整体支架包括驱动支架6、连接架杆7、弹簧安装支架11、弹簧12、传动主轴支架13、翼角度感知系统支架14、翼连接杆及支架15以及传动部分和驱动部分连接支架16，其中，所述驱动支架6设置有两个，两个驱动支架6安装在连接架杆7的两端。
30.两个驱动支架6通过胶水与连接架杆7固连。
31.每个驱动支架6的两端上表面均设置有一个弹簧安装支架11；每个弹簧安装支架11上安装有弹簧12。
32.每个驱动支架6的两端下表面均传动主轴支架13，所述每个传动主轴支架13的自由端安装有翼角度感知系统支架14，所述翼角度感知系统支架14的自由端安装有翼连接杆及支架15。
33.两个驱动支架6的中间位置分别安装有头部1和尾巴4。
34.所述头部1和尾巴4通过粘接的形式分别固定在两个驱动支架6上。
35.所述驱动支架6的两端上表面安装有传动部分和驱动部分连接支架16，所述传动部分和驱动部分连接支架16靠近驱动支架6的中间位置。
36.每个传动部分和驱动部分连接支架16上安装有一个直驱传动机构5。
37.每个直驱传动机构5上安装有一个扑动翼2。
38.每个直驱传动机构5均连接至飞控驱动系统3。
39.飞控驱动系统3粘贴在连接架杆7上。
40.所述直驱传动机构5包括无刷电机18和不完全传动齿轮20，其中，所述无刷电机18的输出轴驱动连接不完全传动齿轮20；所述扑动翼2插装在不完全传动齿轮20上。
41.所述不完全传动齿轮20上设置有翼运动角度限位器19。
42.飞控驱动系统3包括电子调速器10、能源系统24、接收机8和飞行控制系统9，其中，所述飞控驱动系统3利用泡沫胶带固定在连接架杆7上；所述接收机8的输出端与飞行控制系统9的输入端连接；所述飞行控制系统9的输出端与电子调速器10的输入端连接；电子调速器10的输出端与直驱传动系统5的输入端连接；所述能源系统24的输出端与电子调速器10的输入端连接。
43.所述翼角度感知系统支架14还设置有翼位置传感系统17，翼位置传感系统17利用翼角度感知系统支架14连接到直驱传动系统5上,用于获取实时扑动翼位置进而实现运动闭环控制。
44.所述翼位置传感系统17通过传动轴组件23与不完全传动齿轮20连接。
45.所述传动轴组件23的一端与不完全传动齿轮20的安装端固定连接，所述传动轴组件23的另一端与翼位置传感系统17连接。
46.所述弹簧12套装在传动轴组件23上。
47.本发明的工作流程如下所示：
48.接收机8用于接受外部指令系统发出的操纵信号，并将信号进行滤波处理后作为指令信号发送给飞行控制系统9；飞行控制系统9用于生成各个电机作动器的预期运动信号；电子调速器10用于接受预期运动信号并生成电机的驱动信号，直驱传动机构5中的无刷电机18带动传动系统实现指令运动。
49.翼位置传感系统17用于采集输出端的运动结果，并将误差信号发送给电子调速器
10，结合该硬件中的pi d高精运动控制算法实现对电机运动的闭环控制。
50.整机安装机架结构如附图3所示，包括上述所有部件通过胶水粘接固接在一起提升整个机身系统的刚性进而减少机身弹性带来的影响；其中：
51.弹簧安装支架11利用粘接的形式固定弹簧12保证其在工作过程中运动平稳提升运动的稳定性并提升了整机运动效果。
52.传动主轴支架13支撑传动轴及安装轴承23的精密配合实现传动系统工作过程的平稳性。
53.翼角度感知系统支架14用于固定翼位置传感系统17。
54.翼连接杆及支架15用于实现扑动翼2和整机其他系统的连接，使得翼可以在扑动过程准确执行期望运动。
55.所述不完全传动齿轮20、翼安装支架21、弹簧安装支架22为一体成型的多功能部件，上述一体成型的多功能部件利用传动轴及安装轴承23固定在传动主轴支架13进而与整机支架系统相连接。
56.驱动支架6的中间位置开设有两个对称布置的卡槽，所述不完成传动齿轮20的齿条端卡装在所述卡槽内；用于对不完全传动齿轮20的上下振动进行约束，实现飞行器空中动态过程的啮合稳定性。
57.扑动翼2利用翼运动角度限位器19约束在翼安装支架21中并可以在其中绕轴进行一定幅度的转动，同时利用翼连接杆及支架15强化连接效果并进一步限制翼绕翼前缘轴的被动扭转幅度。
58.带传动齿轮的无刷电机18在电子调速器10的驱动下实现加减速及换向等运动；无刷伺服电机18将运动和力矩传递给不完全齿轮20；在不完全齿轮20的带动下，扑动翼2在翼安装支架21上产生扑动运动，与此同时利用运动过程中的惯性，通过利用翼运动角度限位器19，扑动翼2产生一定幅度的扭转运动；弹簧10在弹簧安装支架11和弹簧安装支架22作用下辅助驱动结构实现部分能量回收，减小系统功耗并提高换向稳定性。