本技术公开一种四扑翼飞行器及其姿态控制系统,涉及微型飞行器技术领域,包括固定机架、导向杆、滑块机构、俯仰架、滚转架、滑轮和弦线驱动系统。固定机架有四个悬臂,导向杆上装有滑块机构,俯仰架和滚转架分别通过舵机控制俯仰和滚转动作。四个滑轮连接在俯仰架上,每个滑轮铰接一个翅翼。弦线驱动系统包括导向轮、弦线和曲柄,弦线一端连接滑块机构,另一端绕过导向轮连接滑轮,实现翅翼扑动。本发明通过可偏转翼梁和精细的舵机控制,实现了高效的气动性能、增强的推力输出、出色的飞行灵活性和适应性,同时曲柄滑块的设计减轻了结构应力,延长了使用寿命,并适应多种飞行模式,提升了飞行器的环境适应能力和任务执行效率。
背景技术
扑翼飞行器(Flapping WingAerial Vehicle,FWAV)是一种模仿自然界飞行动物(如鸟类、昆虫等)扑动翅翼飞行的仿生飞行器。这类飞行器由于其轻便灵活的特性,在室内侦察、环境探测、科教研究等方面展现出巨大潜力。然而,现有的扑翼飞行器技术在驱动系统、姿态控制等方面仍存在不少问题,限制了其广泛应用和发展。
在驱动系统方面,现有扑翼飞行器主要采用电机驱动的曲柄-弦线机构,这种系统在翼片快速加速和减速时会产生极大的应力,导致机械疲劳和性能下降。此外,这种驱动方式的能量效率不高,尤其是在翼片上升阶段,由于空气阻力,能量损失较大。对于大型或多翼结构的扑翼飞行器,传统驱动系统的复杂性和受力不均问题更加明显。
在姿态控制方面,现有扑翼飞行器的稳定飞行需要精确的姿态控制,目前主要通过改变重心位置、调整翅根扭转角度或使用多轴姿态控制系统来实现。这些方法各有优缺点,如重心变化控制精度低,翅根扭转角度控制系统复杂,多轴姿态控制系统虽然精准但响应可能延迟。
综上所述,四翼结构的扑翼飞行器虽然能提供更大的推力和稳定性,但对控制系统的要求更高,传统上依赖复杂的多轴控制系统,这增加了硬件和软件的复杂性,并可能导致姿态调节滞后。为此,有必要设计一种基于弦线和曲柄滑块机构的全新驱动方式四扑翼飞行器,以及结合舵机与直线舵机的姿态控制系统,以有效缓解机械应力,提升姿态控制的精度和响应速度。
实现思路