1.本发明涉及可动翼飞行器和飞行机器人领域，特别是一种双同步直动拉帘式驱动能量可调扑翼无人机。


背景技术：

2.飞行器飞行方式有固定翼、旋翼和扑翼三种飞行类型，其中扑翼飞行是自然界飞行生物采用的飞行方式，主要利用双翅的上下扑动同时产生升力和推力，其主要特点是将举升、悬停和推进功能基于一体，同时具有很强的机动性和灵活性，更适合于执行绕过障碍物等的飞行。对于小尺寸和低速飞行状态的飞行器，属于低雷诺数下飞行，扑翼产生的非定常升力比固定翼的定常升力大得多；从推力方面来看，扑翼推进效率比螺旋桨推进效率高。
3.目前扑翼飞行器研究主要集中在模拟大自然中飞行生物的飞行姿态设计各种帘翼机构。扑翼驱动机构划可以分为多自由度扑翼驱动机构与单自由度扑翼驱动机构，前者能实现复杂的运动形式，但机构相对庞大复杂，后者驱动机构只需要实现拍打运动，通过固定机翼的后缘形成一个随机翼拍打而变化的迎角来实现扭转运动。
4.但这些扑翼机构的共同问题是总体气动效率偏低，甚至低于同尺度的固定翼微型飞行器。扑翼飞行器总体效率低下的主要原因是目前研究中大多是简单的仿造鸟类或昆虫翅膀的外形和扑动运动，却很难实现飞行生物扑翼上下扑动过程中利用翼翅自身姿态和结构的改变减小空气阻力并产生非定常气动力，由此产生的气动效率较低问题严重制约了扑翼式飞行器的普及应用。同时，目前的扑翼飞行器大多无法实现垂直起降和空中悬停，灵活性和机动性还不够好。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种非常显著的减小扑翼型和旋翼型飞行器飞行阻力大、提升气动效率、方便实现垂直起降、空中悬停、前进后退、转弯等功能的双同步直动拉帘式驱动能量可调扑翼无人机，以解决现有技术中存在的上述问题。
6.实现本发明目的的技术解决方案是：
7.提供一种双同步直动拉帘式驱动能量可调扑翼无人机，包括帘翼、第一减速器、驱动电机、机身顶板、连接件、第二减速器、步进电机、传动机构、第三减速器、电动机、机身底板和滑道，所述机身顶板四周对称的安装固定有四个竖直方向的所述滑道，两个所述连接件分别固定连接在推杆上，两个所述帘翼分别连接在两个所述连接件上且可相对转动，所述帘翼包括帘翼框架，以及套装在帘翼框架上的连续的软质帘，所述帘翼框架还设置有驱动电机和第一减速器，所述驱动电机通过所述第一减速器减速后控制所述软质帘的展开和收缩，所述传动机构连接在两个所述连接件上，设置在所述机身底板的所述电动机通过设置在所述机身底板上的所述第三减速器减速后带动所述传动机构运动使两个连接件同步上下滑动，分别设置在两个所述连接件上的两个所述步进电机分别通过设置在两个所述连接件上的两个第二减速器减速后分别带动两个所述帘翼转动。
8.进一步的是，所述帘翼框架上有第一卷簧安装孔、第二卷簧安装孔、导轨、帘翼安装梁、电机安装孔、转轮轴、帘翼转轴、第一安装板、第二安装板和连接横梁，所述软质帘上有软质帘迎风面、软质帘背风面，所述连接件设置有帘翼转轴孔和固定安装孔，所述帘翼转轴孔的轴线与所述固定安装孔的轴线垂直，所述帘翼转轴插装在所述帘翼转轴孔内且可转动；所述导轨安装在所述第一安装板与所述第二安装板上，所述转轮轴插装在所述第一安装板与所述第二安装板内，所述连接横梁插装在所述第一安装板与所述第二安装板内，所述帘翼安装梁插装在所述导轨内且可滑动，所述驱动电机安装在所述电机安装孔上，所述卷簧安装在所述第一卷簧安装孔和所述第二卷簧安装孔上。
9.进一步的是，所述传动机构包括推杆、滚轮、圆柱凸轮和传动轴，所述圆柱凸轮设置有圆柱凸轮转孔和凸轮圆柱面，所述凸轮圆柱面与所述传动轴同轴，所述凸轮圆柱面上设置有绕所述凸轮圆柱面一周的连通的凸轮曲线槽，所述推杆上设置有所述滑道孔，推杆支架和推杆轴孔，竖直方向所述推杆轴孔与所述滚轮通过连接杆经滚轮安装轴连接，所述滚轮的圆柱面通过所述滚轮安装轴与所述凸轮曲线槽的两个侧面相切且可滑动，所述滑道插装在所述滑道孔内且可滑动，两个所述连接件通过所述固定安装孔设置在所述推杆支架上，所述传动轴连接所述圆柱凸轮转孔和所述第三减速器。
10.进一步的是，所述凸轮曲线槽的两个侧面均为螺旋曲面。
11.进一步的是，所述帘翼转轴安装在所述第二减速器的输出轴上，所述步进电机的输出轴安装在所述第二减速器的输入孔内。
12.进一步的是，所述电动机的输出轴安装在所述第三减速器输入孔内。
13.进一步的是，所述驱动电机的输出轴安装在所述第一减速器输入孔内。
14.进一步的是，所述帘翼框架上设置有所述转轮轴、所述帘翼转轴和所述连接横梁，其都采用空心结构且采用工程塑料、碳素纤维等轻质材料。
15.进一步的是，每个所述帘翼框架内安装所述卷簧的数量为2个。
16.一种双同步直动拉帘式驱动能量可调扑翼无人机，其特征在于帘翼、第一减速器、驱动电机、机身顶板、连接件、第二减速器、步进电机、传动机构、第三减速器、电动机、机身底板和滑道，机身顶板四周对称的安装固定有四个竖直方向的滑道，两个连接件分别固定连接在推杆上，两个帘翼分别连接在两个连接件上且可相对转动，帘翼包括帘翼框架，以及套装在帘翼框架上的连续的软质帘，帘翼框架还设置有驱动电机和第一减速器，驱动电机通过第一减速器减速后控制软质帘的展开和收缩，传动机构连接在两个连接件上，设置在机身底板的电动机通过设置在机身底板上的第三减速器减速后带动传动机构运动使两个连接件同步上下滑动，分别设置在两个连接件上的两个步进电机分别通过设置在两个连接件上的两个第二减速器减速后分别带动两个帘翼转动，帘翼框架上有第一卷簧安装孔、第二卷簧安装孔、导轨、帘翼安装梁、电机安装孔、转轮轴、帘翼转轴、第一安装板、第二安装板和连接横梁，软质帘上有软质帘迎风面、软质帘背风面，连接件设置有帘翼转轴孔和固定安装孔，帘翼转轴孔的轴线与固定安装孔的轴线垂直，帘翼转轴插装在帘翼转轴孔内且可转动；导轨安装在第一安装板与第二安装板上，转轮轴插装在第一安装板与第二安装板内，连接横梁插装在第一安装板与第二安装板内，帘翼安装梁插装在导轨内且可滑动，驱动电机安装在电机安装孔上，卷簧安装在第一卷簧安装孔和第二卷簧安装孔上，传动机构包括推杆、滚轮、圆柱凸轮和传动轴，圆柱凸轮设置有圆柱凸轮转孔和凸轮圆柱面，凸轮圆柱面与
传动轴同轴，凸轮圆柱面上设置有绕凸轮圆柱面一周的连通的凸轮曲线槽，推杆上设置有滑道孔，推杆支架和推杆轴孔，竖直方向推杆轴孔与滚轮通过连接杆经滚轮安装轴连接，滚轮的圆柱面通过滚轮安装轴与凸轮曲线槽的两个侧面相切且可滑动，滑道插装在滑道孔内且可滑动，两个连接件通过固定安装孔设置在推杆支架上，传动轴连接圆柱凸轮转孔和第三减速器，凸轮曲线槽的两个侧面均为螺旋曲面，帘翼转轴安装在第二减速器的输出轴上，步进电机的输出轴安装在第二减速器的输入孔内，电动机的输出轴安装在第三减速器输入孔内，驱动电机的输出轴安装在第一减速器输入孔内，帘翼框架上设置有转轮轴、帘翼转轴和连接横梁，其都采用空心结构且采用工程塑料、碳素纤维等轻质材料。
17.本发明的工作原理是：当电动机启动后，经过第三减速器减速后带动圆柱凸轮和传动轴连续转动，凸轮曲面槽带动插装在其中的滚轮作同步往复运动，在圆柱凸轮和滚轮共同作用下，推杆带动连接件和两个帘翼框架作往复同步平动，当帘翼框架作靠近传动轴的平动时为帘翼工作状态，此时驱动电机不工作，软质帘在卷簧的作用下拉伸至最大面积，软质帘迎风面正对气流，软质帘迎风面与气流运动方向垂直，气流直接作用在软质帘迎风面上获得最大的气动力，同时，通过步进电机经过第二减速器减速后带动帘翼框架转动，改变帘翼的倾角，气流作用在软质帘迎风面上的正压力可分解为升力和推力，倾角的改变可以调节升力和推力的大小；当帘翼框架作远离传动轴的平动时为帘翼复位状态，此时驱动电机开始工作，经第一减速器减速后驱动转轮轴转动，转轮轴卷动软质帘收缩，气流直接从帘翼框架处流出，因此帘翼在复位过程中所受的空气阻力最小；当帘翼复位行程结束时，气流作用力降低，此时驱动电机反方向转动，在卷簧的作用下，驱动软质帘转动到工作状态。当两个步进电机调节两个帘翼的翼面为水平状态时，即可实现垂直起降功能，若两个帘翼产生的气动力与整机重量和阻力相等时，则可实现空中悬停，通过步进电机和电动机调整两侧扑翼的扑翼倾角和往返运动频率一致，则可实现前进和后退功能；若两侧扑翼的扑翼倾角不一致时，则可实现转弯功能。
18.本发明与现有技术相比，其显著优点是：
19.1.本发明所述的双同步直动拉帘式驱动能量可调扑翼无人机，将帘翼设置为直线平动，并设计由驱动电机控制的软质帘，使软质帘工作状态时以最大面积迎风运动获得最大气动力，并且帘翼在工作状态时迎风面积可变，因此驱动能量可调；而复位状态时在驱动电机控制下，软质帘收缩，气流从帘翼框架处直接流出从而阻力大大降低，达到提高帘翼飞行气动效率的目的。
20.2.本发明所述的双同步直动拉帘式驱动能量可调扑翼无人机，直动式帘翼中的软质帘在工作状态与复位状态之间的切换是在驱动电机控制下，卷簧带动软质帘完成的，控制精度高且可靠性较好。
21.3.本发明所述的双同步直动拉帘式驱动能量可调扑翼无人机，通过一个电动机同步控制四个帘翼的上下往返直动，两侧帘翼同步、动作一致性好、且控制系统较简单，通过步进电机独立控制每一个帘翼倾角，从而实现垂直起降、空中悬停、前进后退、转弯等功能，因此该类型扑翼无人机的机动性较好。
22.4.本发明所述的双同步直动拉帘式驱动能量可调扑翼无人机，结构简单，加工工艺性好，生产成本低，可广泛应用于低雷诺数飞行的各类小型飞行器和无人机中。
附图说明
23.图1是本发明的双同步直动拉帘式驱动能量可调扑翼无人机的整体结构示意图。
24.图2是本发明的双同步直动拉帘式驱动能量可调扑翼无人机只安装一个帘翼在工作状态详细结构示意图。
25.图3是本发明的双同步直动拉帘式驱动能量可调扑翼无人机只安装一个帘翼在复位状态详细结构示意图。
26.图4是本发明的双同步直动拉帘式驱动能量可调扑翼无人机工作状态剖视图。
27.图5是本发明的双同步直动拉帘式驱动能量可调扑翼无人机复位状态剖视图。
28.图6是本发明的双同步直动拉帘式驱动能量可调扑翼无人机的帘翼框架的结构示意图。
29.图7是本发明的双同步直动拉帘式驱动能量可调扑翼无人机的软质帘的结构示意图。
30.图8是本发明的双同步直动拉帘式驱动能量可调扑翼无人机的连接件的结构示意图。
31.图9是本发明的双同步直动拉帘式驱动能量可调扑翼无人机的推杆的结构示意图。
32.图10是本发明的双同步直动拉帘式驱动能量可调扑翼无人机的凸轮的结构示意图。
具体实施方式
33.下面结合附图对本发明作进一步描述，但不以任何方式限制本发明。
34.实施例1：结合图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10，采用双同步直动拉帘式驱动能量可调扑翼无人机的高压电线巡检无人机。包括帘翼、第一减速器4、驱动电机5、机身顶板6、连接件7、第二减速器8、步进电机9、传动机构、第三减速器15、电动机16、机身底板17和滑道18，机身顶板6四周对称的安装固定有四个竖直方向的滑道18，两个连接件7分别固定连接在推杆10上，两个帘翼分别连接在两个连接件7上且可相对转动，帘翼包括帘翼框架1，以及套装在帘翼框架1上的连续的软质帘2，帘翼框架1还设置有驱动电机5和第一减速器4，驱动电机5通过第一减速器4减速后控制软质帘2的展开和收缩，传动机构连接在两个连接件7上，设置在机身底板17的电动机16通过设置在机身底板17上的第三减速器15减速后带动传动机构运动使两个连接件7同步上下滑动，分别设置在两个连接件7上的两个步进电机9分别通过设置在两个连接件7上的两个第二减速器8减速后分别带动两个帘翼转动；帘翼框架1上有第一卷簧安装孔101、第二卷簧安装孔102、导轨103、帘翼安装梁104、电机安装孔105、转轮轴106、帘翼转轴107、第一安装板108、第二安装板109和连接横梁110，软质帘2上有软质帘迎风面201、软质帘背风面202，连接件7设置有帘翼转轴孔701和固定安装孔702，帘翼转轴孔701的轴线与固定安装孔702的轴线垂直，帘翼转轴107插装在帘翼转轴孔701内且可转动；导轨103安装在第一安装板108与第二安装板109上，转轮轴106插装在第一安装板108与第二安装板109内，连接横梁110插装在第一安装板108与第二安装板109内，帘翼安装梁104插装在导轨103内且可滑动，驱动电机5安装在电机安装孔105上，卷簧3安装在第一卷簧安装孔101和第二卷簧安装孔102上，传动机构包括推杆10、滚轮13、圆柱凸
轮14和传动轴20，圆柱凸轮14设置有圆柱凸轮转孔1401和凸轮圆柱面1402，凸轮圆柱面1402与传动轴20同轴，凸轮圆柱面1402上设置有绕凸轮圆柱面1402一周的连通的凸轮曲线槽1403，推杆10上设置有滑道孔1001，推杆支架1002和推杆轴孔1003，竖直方向推杆轴孔1003与滚轮13通过连接杆12经滚轮安装轴19连接，滚轮13的圆柱面通过滚轮安装轴19与凸轮曲线槽1403的两个侧面相切且可滑动，滑道18插装在滑道孔1001内且可滑动，两个连接件7通过固定安装孔702设置在推杆支架1002上，传动轴20连接圆柱凸轮转孔1401和第三减速器15，凸轮曲线槽1403的两个侧面均为螺旋曲面，帘翼转轴107安装在第二减速器8的输出轴上，步进电机9的输出轴安装在第二减速器8的输入孔内，电动机16的输出轴安装在第三减速器15输入孔内，驱动电机5的输出轴安装在第一减速器4输入孔内，帘翼框架1上设置有转轮轴106、帘翼转轴107和连接横梁110，其都采用空心结构且采用工程塑料、碳素纤维等轻质材料。高压电线巡检无人机采用本发明双同步直动拉帘式驱动能量可调扑翼无人机后，由于帘翼阻力小、气动效率高，能完成各项检测和拍照工作，相对于旋翼无人机，在搭载摄影设备等相同的工作载荷后，一次飞行时间增加20％，实现了较长航时工作。
35.实施例2：结合图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10，采用双同步直动拉帘式驱动能量可调扑翼无人机的高层建筑灭火专用无人机。包括帘翼、第一减速器4、驱动电机5、机身顶板6、连接件7、第二减速器8、步进电机9、传动机构、第三减速器15、电动机16、机身底板17和滑道18，机身顶板6四周对称的安装固定有四个竖直方向的滑道18，两个连接件7分别固定连接在推杆10上，两个帘翼分别连接在两个连接件7上且可相对转动，帘翼包括帘翼框架1，以及套装在帘翼框架1上的连续的软质帘2，帘翼框架1还设置有驱动电机5和第一减速器4，驱动电机5通过第一减速器4减速后控制软质帘2的展开和收缩，传动机构连接在两个连接件7上，设置在机身底板17的电动机16通过设置在机身底板17上的第三减速器15减速后带动传动机构运动使两个连接件7同步上下滑动，分别设置在两个连接件7上的两个步进电机9分别通过设置在两个连接件7上的两个第二减速器8减速后分别带动两个帘翼转动；帘翼框架1上有第一卷簧安装孔101、第二卷簧安装孔102、导轨103、帘翼安装梁104、电机安装孔105、转轮轴106、帘翼转轴107、第一安装板108、第二安装板109和连接横梁110，软质帘2上有软质帘迎风面201、软质帘背风面202，连接件7设置有帘翼转轴孔701和固定安装孔702，帘翼转轴孔701的轴线与固定安装孔702的轴线垂直，帘翼转轴107插装在帘翼转轴孔701内且可转动；导轨103安装在第一安装板108与第二安装板109上，转轮轴106插装在第一安装板108与第二安装板109内，连接横梁110插装在第一安装板108与第二安装板109内，帘翼安装梁104插装在导轨103内且可滑动，驱动电机5安装在电机安装孔105上，卷簧3安装在第一卷簧安装孔101和第二卷簧安装孔102上，传动机构包括推杆10、滚轮13、圆柱凸轮14和传动轴20，圆柱凸轮14设置有圆柱凸轮转孔1401和凸轮圆柱面1402，凸轮圆柱面1402与传动轴20同轴，凸轮圆柱面1402上设置有绕凸轮圆柱面1402一周的连通的凸轮曲线槽1403，推杆10上设置有滑道孔1001，推杆支架1002和推杆轴孔1003，竖直方向推杆轴孔1003与滚轮13通过连接杆12经滚轮安装轴19连接，滚轮13的圆柱面通过滚轮安装轴19与凸轮曲线槽1403的两个侧面相切且可滑动，滑道18插装在滑道孔1001内且可滑动，两个连接件7通过固定安装孔702设置在推杆支架1002上，传动轴20连接圆柱凸轮转孔1401和第三减速器15，凸轮曲线槽1403的两个侧面均为螺旋曲面，帘翼转轴107安装在第二减速器8的输出轴上，步进电机9的输出轴安装在第二减速器8的输入孔内，电动机16的输出轴安装在
第三减速器15输入孔内，驱动电机5的输出轴安装在第一减速器4输入孔内，帘翼框架1上设置有转轮轴106、帘翼转轴107和连接横梁110，其都采用空心结构且采用工程塑料、碳素纤维等轻质材料。高层建筑灭火专用无人机采用本发明双同步直动拉帘式驱动能量可调扑翼无人机后，由于帘翼工作行程推力大、阻力小、气动效率高，因此有较强的机动性，能快速响应高层建筑的紧急情况，快速飞行到高层建筑失火点进行灭火。