1.本发明涉及可动翼飞行器和飞行机器人领域，特别是一种用于无人机的变迎风面积驱动能量可调双连续带翼同步摆动式无人机。


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带翼机构。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。


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飞行器扑翼复位过程阻力、提升气动效率、气动力连续振动小、方便实现垂直起降、能快速切换飞行方向、飞行灵活性和机动性非常好的变迎风面积驱动能量可调双连续带翼同步摆动式无人机，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.提供一种变迎风面积驱动能量可调双连续带翼同步摆动式无人机，包括带翼、摆动轴、连接件、第一减速器、步进电机、传动机构、第二减速器、电动机、机身框架、第三减速器以及驱动电机，所述机身框架两侧对称的安装固定有两个水平方向的所述摆动轴，两个所述连接件分别连接在两个所述摆动轴上且相对转动，两个所述带翼分别连接在两个所述连接件上且可相对转动，所述带翼包括带翼框架，以及套装在带翼框架上的连续的软质带，所述带翼框架内设置有带翼大带轮、带翼小带轮、第三减速器以及驱动电机，所述驱动电机通过所述第三减速器减速后带动所述软质带围绕所述带翼框架运动，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一减速器减速后分别带动两个所述带翼转动，所述传动机构连接在两个所述连接件上，设置在所述机身框架上的所述电动机通过设置在所述机身框架上的所述第二减速器减速后通过所述传动
机构使两个连接件同步上下摆动。
8.进一步的是，所述带翼框架上设置有框架连接杆、框架上横梁、框架下横梁、框架纵梁、电机安装孔和带翼转轴，所述软质带包括相对设置的软质带迎风面、软质带背风面以及软质带通孔，所述连接件设置有摆动轴孔和带翼转轴孔，所述摆动轴孔的轴线与所述带翼转轴孔的轴线垂直，所述摆动轴插装在所述摆动轴孔内且可转动，所述带翼转轴插装在所述带翼转轴孔内且可转动，所述带翼大带轮插装在所述框架上横梁的端点位置，所述带翼小带轮插装在所述框架下横梁的端点位置，所述驱动电机设置在所述电机安装孔处，所述张紧轮插装在所述框架连接杆的中间位置。
9.进一步的是，所述传动机构包括连杆、推杆、凸轮、传动轴，所述连接件上设置有方形轴，所述方形轴的方向与所述摆动轴孔的轴线垂直，所述连杆上设置有连杆方形孔和连杆圆孔，所述推杆上有第一推杆孔和第二推杆孔，所述凸轮上有凸轮转孔和凸轮曲面槽，两个所述连杆通过所述连杆方形孔分别套装在两个所述连接件的所述方形轴上，所述连杆可在所述方形轴上滑动但不能转动，所述连杆和所述推杆通过第一销轴连接所述连杆圆孔和所述第二推杆孔，所述推杆和所述凸轮通过第二销轴连接所述第一推杆孔和所述凸轮曲面槽，所述第二销轴的圆柱面与所述凸轮曲面槽的两个侧面都相切，所述传动轴连接所述凸轮转孔和所述第二减速器。
10.进一步的是，所述凸轮曲面槽关于凸轮转孔的轴线中心对称。
11.进一步的是，所述第一推杆孔的轴线和所述第二推杆孔的轴线垂直异面，所述凸轮曲面槽的两个侧面都为直纹面且直纹面素线与所述凸轮转孔的轴线平行，所述凸轮曲面槽的轮廓曲线为椭圆或其它对称且光滑的平面曲线。
12.进一步的是，所述带翼转轴安装在所述第一减速器的输出轴上，所述步进电机的输出轴安装在所述第一减速器的输入孔内。
13.进一步的是，所述电动机的输出轴安装在所述第二减速器输入孔内。
14.进一步的是，所述驱动电机的输出轴安装在所述第三减速器输入孔内。
15.进一步的是，所述的框架连接杆、所述框架上横梁、所述框架下横梁和所述框架纵梁均为空心结构；所述的框架连接杆、所述框架上横梁、所述框架下横梁和所述框架纵梁为工程塑料材质或碳素纤维材质。
16.进一步的是，每个所述带翼框架内安装4个相同的带翼大带轮、4个相同的带翼小带轮以及4个相同的张紧轮。
17.一种变迎风面积驱动能量可调双连续带翼同步摆动式无人机，其特征在于包括带翼、摆动轴、连接件、第一减速器、步进电机、传动机构、第二减速器、电动机、机身框架、第三减速器以及驱动电机，机身框架两侧对称的安装固定有两个水平方向的摆动轴，两个连接件分别连接在两个摆动轴上且相对转动，两个带翼分别连接在两个连接件上且可相对转动，带翼包括带翼框架，以及套装在带翼框架上的连续的软质带，所述带翼框架内设置有带翼大带轮、带翼小带轮、第三减速器以及驱动电机，所述驱动电机通过所述第三减速器减速后带动所述软质带围绕所述带翼框架运动，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一减速器减速后分别带动两个带翼转动，传动机构连接在两个连接件上，设置在机身框架上的电动机通过设置在机身框架上的第二减速器减速后带动传动机构运动使两个连接件同步上下摆动，带翼框架上的驱动电机通过第三减速器减
速后带动软质带运动，实现连续带翼工作模式与复位状态的切换，凸轮曲面槽关于凸轮转孔的轴线中心对称，第一推杆孔的轴线和第二推杆孔的轴线垂直异面，凸轮曲面槽的两个侧面都为直纹面且直纹面素线与凸轮转孔的轴线平行，凸轮曲面槽的轮廓曲线为椭圆或其它对称且光滑的平面曲线，带翼转轴安装在第一减速器的输出轴上，步进电机的输出轴安装在第一减速器的输入孔内，电动机的输出轴安装在第二减速器输入孔内，驱动电机的输出轴安装在第三减速器输入孔内，框架连接杆、框架上横梁、框架下横梁和框架纵梁均为空心结构；框架连接杆、框架上横梁、框架下横梁和框架纵梁为工程塑料材质或碳素纤维材质。
18.本发明的工作原理是：当电动机启动后，经过第二减速器减速后带动传动轴和凸轮连续转动，对称的凸轮曲面槽带动插装在其中的两个第二销轴作对称的同步往复运动，两个第二销轴分别带动两个推杆作对称的往复平动，推杆通过与连杆的铰接，从而带动两侧的连接件和带翼框架作上下往复摆动，当带翼框架下扑时为工作状态，此时在所述驱动电机的驱动下，所述带翼大齿轮开始运动，驱动所述软质带传动，使得所述软质带迎风面正对气流，所述软质带通孔运动到两侧避开气流，而所述软质带迎风面与气流运动方向垂直，气流直接作用在所述软质带迎风面上获得最大的推动力，同时，通过步进电机经过第一减速器减速后带动带翼框架转动，改变带翼的倾角，气流作用在软质带迎风面上的正压力可分解为升力和推力，带翼倾角的改变可以调节升力和推力的大小；当带翼框架远离传动轴运动时为复位状态，此时所述软质带通孔运动到正对气流处，气流直接从所述软质带通孔处流出，因此所述软质带在复位过程中所受的空气阻力最小，因此所述软质带在往返平动过程中能量利用效率高；复位行程结束时，气流作用力降低，在所述驱动电机的作用下，所述带翼大齿轮运动，驱动所述软质带转动到工作状态，当两个步进电机调节两个带翼的翼面的倾角为零时，即可实现垂直起降功能，若两个带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；通过两个步进电机分别调整两个带翼的带翼倾角，则可调整每一个带翼产生的升力和推力大小，可实现前进、后退和转弯功能。
19.本发明与现有技术相比，其显著优点是：
20.1.本发明所述的变迎风面积驱动能量可调双连续带翼同步摆动式无人机，将带翼设置为上下摆动，并设计由驱动电机控制的软质带，工作行程中软质带以最大面积迎风运动，表面获得较大且分布均匀压力，工作行程推力大且稳定，并且帘翼在工作状态时迎风面积可变，因此驱动能量可调；在复位行程中所述软质带通孔运动到正对气流处，气流直接从所述软质带通孔处流出，风力作用面积小，因此带翼复位阻力最小，从而达到大幅度提高带翼气动效率的目的。
21.2.本发明所述的变迎风面积驱动能量可调双连续带翼同步摆动式无人机，摆动式带翼中的软质带在工作状态与复位状态之间的切换是在驱动电机控制下，带轮带动完成，控制精度高且可靠性好。
22.3.本发明所述的变迎风面积驱动能量可调双连续带翼同步摆动式无人机，通过一个电动机同步控制两个扑翼的摆动，两侧扑翼同步、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扑翼倾角，从而实现垂直起降、空中悬停、前进、后退和转弯等功能，因此该类型扑翼无人机的机动性较好。
23.4.本发明所述的变迎风面积驱动能量可调双连续带翼同步摆动式无人机，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
24.图1是本发明的变迎风面积驱动能量可调双连续带翼同步摆动式无人机的整体结构示意图。
25.图2是本发明的变迎风面积驱动能量可调双连续带翼同步摆动式无人机只安装一个带翼在工作状态下详细结构示意图。
26.图3是本发明的变迎风面积驱动能量可调双连续带翼同步摆动式无人机只安装一个带翼在复位状态下详细结构示意图。
27.图4是本发明的变迎风面积驱动能量可调双连续带翼同步摆动式无人机工作状态剖视图。
28.图5是本发明的变迎风面积驱动能量可调双连续带翼同步摆动式无人机复位状态剖视图。
29.图6是本发明的变迎风面积驱动能量可调双连续带翼同步摆动式无人机的带翼框架的结构示意图。
30.图7是本发明的变迎风面积驱动能量可调双连续带翼同步摆动式无人机的软质带的结构示意图。
31.图8是本发明的变迎风面积驱动能量可调双连续带翼同步摆动式无人机的连接件的结构示意图。
32.图9是本发明的变迎风面积驱动能量可调双连续带翼同步摆动式无人机的连杆的结构示意图。
33.图10是本发明的变迎风面积驱动能量可调双连续带翼同步摆动式无人机的推杆的结构示意图。
34.图11是本发明的变迎风面积驱动能量可调双连续带翼同步摆动式无人机的凸轮的结构示意图。
具体实施方式
35.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。
36.实施例1：结合图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10和图11，采用变迎风面积驱动能量可调双连续带翼同步摆动式无人机的高压电线巡检无人机。包括带翼、摆动轴3、连接件4、第一减速器5、步进电机6、传动机构、第二减速器11、电动机12、机身框架15、第三减速器16以及驱动电机17，机身框架15两侧对称的安装固定有两个水平方向的摆动轴3，两个连接件4分别连接在两个摆动轴3上且相对转动，两个带翼分别连接在两个连接件4上且可相对转动，带翼包括带翼框架1，以及套装在带翼框架1上的连续的软质带2，带翼框架1内设置有带翼大带轮18、带翼小带轮19、第三减速器16以及驱动电机17，驱动电机17通过第三减速器16减速后带动软质带2围绕带翼框架1运动，分别设置在两个连接件4上的两个步进电机6分别通过设置在两个连接件4上的两个第一减速器5减速后分别带动两个带翼转动，传动机构连接在两个连接件4上，设置在机身框架15上的电动机12通过设置在机身框
架15上的第二减速器11减速后通过传动机构使两个连接件4同步上下摆动；带翼框架1上设置有框架连接杆103、框架上横梁104、框架下横梁105、框架纵梁106、电机安装孔107和带翼转轴108，软质带2包括相对设置的软质带迎风面201、软质带背风面203以及软质带通孔202，连接件4设置有摆动轴孔402和带翼转轴孔403，摆动轴孔402的轴线与带翼转轴孔403的轴线垂直，摆动轴3插装在摆动轴孔402内且可转动，带翼转轴108插装在带翼转轴孔403内且可转动，带翼大带轮18插装在框架上横梁104的端点位置，带翼小带轮19插装在框架下横梁105的端点位置，驱动电机17设置在电机安装孔107处，张紧轮20插装在框架连接杆103的中间位置，传动机构包括连杆7、推杆8、凸轮9、传动轴10，连接件4上设置有方形轴401，方形轴401的方向与摆动轴孔402的轴线垂直，连杆7上设置有连杆方形孔701和连杆圆孔702，推杆8上有第一推杆孔801和第二推杆孔802，凸轮9上有凸轮转孔901和凸轮曲面槽902，两个连杆7通过连杆方形孔701分别套装在两个连接件4的方形轴401上，连杆7可在方形轴401上滑动但不能转动，连杆7和推杆8通过第一销轴13连接连杆圆孔702和第二推杆孔802，推杆8和凸轮9通过第二销轴14连接第一推杆孔801和凸轮曲面槽902，第二销轴14的圆柱面与凸轮曲面槽902的两个侧面都相切，传动轴10连接凸轮转孔901和第二减速器11，凸轮曲面槽902关于凸轮转孔901的轴线中心对称，第一推杆孔801的轴线和第二推杆孔802的轴线垂直异面，凸轮曲面槽902的两个侧面都为直纹面且直纹面素线与凸轮转孔901的轴线平行，凸轮曲面槽902的轮廓曲线为椭圆或其它对称且光滑的平面曲线，带翼转轴108安装在第一减速器5的输出轴上，步进电机6的输出轴安装在第一减速器5的输入孔内，电动机12的输出轴安装在第二减速器11输入孔内，驱动电机17的输出轴安装在第三减速器16输入孔内，框架连接杆103、框架上横梁104、框架下横梁105、框架纵梁106和带翼转轴108均为空心结构；框架连接杆103、框架上横梁104、框架下横梁105、框架纵梁106和带翼转轴108为工程塑料材质或碳素纤维材质。高压电线巡检无人机采用本发明同步摆动式变倾角两连续带翼飞行器后，由于带翼阻力小、气动效率高，能方便实现垂直起降、空中悬停，特别是能快速切换飞行方向，机动性和灵活性非常好，且装置气动力连续振动小，能高效率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。
37.实施例2：结合图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10和图11，采用同步摆动式变倾角两连续带翼飞行器的高层建筑灭火专用无人机。包括带翼、摆动轴3、连接件4、第一减速器5、步进电机6、传动机构、第二减速器11、电动机12、机身框架15、第三减速器16以及驱动电机17，机身框架15两侧对称的安装固定有两个水平方向的摆动轴3，两个连接件4分别连接在两个摆动轴3上且相对转动，两个带翼分别连接在两个连接件4上且可相对转动，带翼包括带翼框架1，以及套装在带翼框架1上的连续的软质带2，带翼框架1内设置有带翼大带轮18、带翼小带轮19、第三减速器16以及驱动电机17，驱动电机17通过第三减速器16减速后带动软质带2围绕带翼框架1运动，分别设置在两个连接件4上的两个步进电机6分别通过设置在两个连接件4上的两个第一减速器5减速后分别带动两个带翼转动，传动机构连接在两个连接件4上，设置在机身框架15上的电动机12通过设置在机身框架15上的第二减速器11减速后通过传动机构使两个连接件4同步上下摆动；带翼框架1上设置有框架连接杆103、框架上横梁104、框架下横梁105、框架纵梁106、电机安装孔107和带翼转轴108，软质带2包括相对设置的软质带迎风面201、软质带背风面203以及软质带通孔202，连接件4设置有
摆动轴孔402和带翼转轴孔403，摆动轴孔402的轴线与带翼转轴孔403的轴线垂直，摆动轴3插装在摆动轴孔402内且可转动，带翼转轴108插装在带翼转轴孔403内且可转动，带翼大带轮18插装在框架上横梁104的端点位置，带翼小带轮19插装在框架下横梁105的端点位置，驱动电机17设置在电机安装孔107处，张紧轮20插装在框架连接杆103的中间位置，传动机构包括连杆7、推杆8、凸轮9、传动轴10，连接件4上设置有方形轴401，方形轴401的方向与摆动轴孔402的轴线垂直，连杆7上设置有连杆方形孔701和连杆圆孔702，推杆8上有第一推杆孔801和第二推杆孔802，凸轮9上有凸轮转孔901和凸轮曲面槽902，两个连杆7通过连杆方形孔701分别套装在两个连接件4的方形轴401上，连杆7可在方形轴401上滑动但不能转动，连杆7和推杆8通过第一销轴13连接连杆圆孔702和第二推杆孔802，推杆8和凸轮9通过第二销轴14连接第一推杆孔801和凸轮曲面槽902，第二销轴14的圆柱面与凸轮曲面槽902的两个侧面都相切，传动轴10连接凸轮转孔901和第二减速器11，凸轮曲面槽902关于凸轮转孔901的轴线中心对称，第一推杆孔801的轴线和第二推杆孔802的轴线垂直异面，凸轮曲面槽902的两个侧面都为直纹面且直纹面素线与凸轮转孔901的轴线平行，凸轮曲面槽902的轮廓曲线为椭圆或其它对称且光滑的平面曲线，带翼转轴108安装在第一减速器5的输出轴上，步进电机6的输出轴安装在第一减速器5的输入孔内，电动机12的输出轴安装在第二减速器11输入孔内，驱动电机17的输出轴安装在第三减速器16输入孔内，框架连接杆103、框架上横梁104、框架下横梁105、框架纵梁106和带翼转轴108均为空心结构；框架连接杆103、框架上横梁104、框架下横梁105、框架纵梁106和带翼转轴108为工程塑料材质或碳素纤维材质。高层建筑灭火专用无人机采用本发明同步摆动式变倾角两连续带翼飞行器后，由于带翼工作行程推力大、旋翼阻力小、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。