一种舵机驱动的扑翼飞行器及扑翼飞行器驱动方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107867396A(43)申请公布日2018.04.03(21)申请号201711077561.1(22)申请日2017.11.06(71)申请人北京科技大学地址100083北京市海淀区学院路30号(72)发明人贺威卢子瑜康业猛黄恺孙长银(74)专利代理机构北京市广友专利事务所有限责任公司11237代理人张仲波(51)Int.Cl.B64C33/02(2006.01)B64C33/00(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图8页(54)发明名称一种舵机驱动的扑翼飞行器及扑翼飞行器驱动方法(57)摘要本发明公开了一种舵机驱动的扑翼飞行器及扑翼飞行器驱动方法，所述扑翼飞行器包括：舵机结构、飞控板、机体；舵机用来控制左右两翼的运动；飞控板用来实现舵机与遥控器的无线通信功能，并通过舵机实现遥控器的飞行指令达到对扑翼飞行器的运动控制。本发明采用舵机作为控制机翼运动的驱动方式，使用两个舵机替代了传统的电机与齿轮组的驱动方式，对扑翼飞行器左右两翼进行独立控制，可控量包括每个机翼的扑动幅度、扑动频率与初始位置，实现了扑翼飞行器直飞、盘旋、转向等多种飞行姿态，减少了扑翼飞行器的传动机构，提高了传动效率，使扑翼机易于操作，能够实现平稳飞行和转向控制。CN107867396ACN107867396A权利要求书1/2页1.一种舵机驱动的扑翼飞行器，其特征在于，所述扑翼飞行器包括：舵机结构、飞控板、机体；其中，所述舵机，用来控制左右两翼的运动；所述飞控板，与舵机相连，用来实现舵机与遥控器的无线通信功能，并通过舵机实现遥控器的飞行指令达到对扑翼飞行器的运动控制；所述机体，包括机身、翅膀骨架和尾翼装置。2.根据权利要求1所述的扑翼飞行器，其特征在于，所述舵机包含左舵机和右舵机，并分别独立控制左右两翼的运动。3.根据权利要求1所述的扑翼飞行器，其特征在于，所述飞控板，包括电平转换模块、信号接收机、控制芯片；其中，所述电平转换模块用于将扑翼飞行器电池的7.4V电压转换成控制芯片需要的3.3V电压，同时也保留7.4V为舵机供电；所述信号接收机用于接收遥控器的遥控信号或控制信号，从而达到对扑翼机的运动控制；所述控制芯片，用于接收并分析控制信号，并按控制信号控制舵机的转动。4.根据权利要求3所述的扑翼飞行器，其特征在于，所述信号接收机，通过接收脉冲宽度调制(PulseWidthModulation，PWM)波与遥控器进行无线通信。5.根据权利要求3所述的扑翼飞行器，其特征在于，所述控制芯片进一步用于通过接收到的控制信号来决定翅膀的扑动状态，包括如下过程：根据鸟类翅膀扑动角度的数学模型：得到舵机可用的简化扑动模型：αL＝UL-ALsin(ω1t)(2)αR＝UR+ARsin(ω2t)(3)其中αL和αR分别是左右两翼的扑动角度，UL和UR分别是左右两翼的扑动初始位置，AL和AR分别是左右两翼的扑动幅度，ω1和ω2分别是左右两翼的扑动频率，t是时间；所述控制芯片根据式(2)和式(3)所示的模型来控制舵机，使扑动角度以sin函数的形式变化，带动翅膀做扑动运动，根据遥控信号改变左右翅膀的扑动初始位置U、扑动幅度A和扑动频率ω。6.根据权利要求1所述的扑翼飞行器，其特征在于，所述机体，包括机身、翅膀骨架和尾翼装置，所述舵机通过舵机支架与机身连接；所述舵机支架在机身中以左右两侧对称的方式放置，开有左舵机安装孔和右舵机安装孔；通过所述左舵机安装孔将左舵机安装到舵机支架上；通过所述右舵机安装孔将右舵机安装到舵机支架上；所述舵机支架上开有支架插孔，机身包括机身碳杆。将所述机身碳杆的一端插入支架插孔，使机身碳杆安装到所述舵机支架上；同时，将机身碳杆的另一端插入尾翼插孔，使尾翼连接到机身碳杆上。7.一种驱动如权利要求1至6任一项扑翼飞行器的驱动方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤S1：根据舵机的简化扑动模型：2CN107867396A权利要求书2/2页αL＝UL-ALsin(ω1t)(2)αR＝UR+ARsin(ω2t)(3)令UL＝UR＝0°，AL＝AR＝60°，ω1＝ω2，当t＝0时，左右两翼都处于水平位置，即0°；步骤S2：当t增加，使得sin函数到达波峰时，αL＝-60°，αR＝+60°；左翼舵机顺时针旋转60度，右翼舵机逆时针旋转60度，两个舵机都向上转动，带动翅膀展向碳杆1向上抬，使得翅膀向上扑动；步骤S3：随着t继续增加，sin函数的输出值从波峰时的最大值向波谷的最小值变化，αL从最小值-60°开始逐渐增大，左翼舵机开始逆时针转动，左翼开始下扑运动；αR从最大值+60°开始逐渐变小，右翼舵机开始顺时针转动，右翼开始下扑运动；当sin函数的输出值到达其最小值时，αL＝+60°，αR＝