專利名稱：撲翼飛行機(jī)器人研究開(kāi)發(fā)平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種飛行機(jī)器人的研發(fā)平臺(tái)，特別是一種撲翼飛行機(jī)器人的研發(fā)平臺(tái)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代飛機(jī)的飛行實(shí)現(xiàn)了讓人類在天空飛行的夢(mèng)想。但現(xiàn)代飛機(jī)的機(jī)翼都是固定翼，這使得現(xiàn)代飛機(jī)的升降、懸停、推進(jìn)、控制功能受到了諸多限制，無(wú)法滿足讓人類在天空自由翱翔的愿望，因此人們開(kāi)始研發(fā)撲翼飛行機(jī)器人，期望實(shí)現(xiàn)撲翼飛行，這種飛行方式與固定翼飛行方式相比具有高效率、高機(jī)動(dòng)性、低噪音、無(wú)需專用起飛著陸場(chǎng)地等優(yōu)點(diǎn)。
目前韓國(guó)CYBird公司已設(shè)計(jì)出第一款撲翼飛行機(jī)器人。但由于撲翼飛行機(jī)器人是利用不穩(wěn)定氣流的空氣動(dòng)力學(xué)進(jìn)行飛行的，其建模與控制非常復(fù)雜，所以這款撲翼飛行器尚無(wú)任何模型，只能通過(guò)遙控操作使其在幾百米的范圍內(nèi)自由飛行，很難操作，飛行成功率非常低，其飛行中的各種數(shù)據(jù)無(wú)法得到精確的測(cè)量與記錄，在這種情況下，很難對(duì)撲翼飛行機(jī)器人進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)建模，這已經(jīng)成為阻礙撲翼飛行機(jī)器人研究和開(kāi)發(fā)的主要問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法精確測(cè)得撲翼飛行機(jī)器人的飛行數(shù)據(jù)以及無(wú)法對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)建模的問(wèn)題，提供一種撲翼飛行機(jī)器人的研發(fā)平臺(tái)。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種撲翼飛行機(jī)器人研發(fā)平臺(tái)，其包括一底盤、設(shè)于該底盤上的一支撐架、一端豎直安裝于該固定架頂部的可繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的主軸、通過(guò)一鉸鏈機(jī)構(gòu)與該主軸另一端鉸接的橫桿，該橫桿可在立體面受限范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，還包括通過(guò)一萬(wàn)向機(jī)構(gòu)與所述橫桿一端連接的可作球面運(yùn)動(dòng)的試驗(yàn)體、設(shè)于該橫桿另一端的配重塊、分別設(shè)于各相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件處的數(shù)據(jù)采集裝置。
其中，所述的支撐架包括空心立柱、設(shè)于該立柱頂端的箱體、設(shè)于該箱體內(nèi)的一對(duì)皮帶輪，該箱體的頂板中部設(shè)有安裝了主軸承的主軸承座，所述的主軸的一端豎直穿過(guò)該主軸承，所述皮帶輪的大同步輪固定在主軸的穿出端，小同步輪通過(guò)一芯軸連接在所述箱體頂板的內(nèi)表面。
所述芯軸上設(shè)有一調(diào)節(jié)架，該調(diào)節(jié)架上設(shè)有一數(shù)據(jù)采集裝置。
所述鉸鏈機(jī)構(gòu)包括一底部固定在所述主軸上端的U形支架、將所述橫桿與該U形支架鉸接的水平鉸鏈軸，該鉸鏈軸被支撐在設(shè)于該U形支架兩側(cè)邊的第一對(duì)軸承中，該U形支架內(nèi)表面的底部設(shè)有一緩沖塊，U形支架的鉸鏈軸上設(shè)有一數(shù)據(jù)采集裝置。
所述的萬(wàn)向機(jī)構(gòu)兩相互垂直的鉸接軸分別由第二對(duì)軸承和第三對(duì)軸承支撐，該萬(wàn)向機(jī)構(gòu)通過(guò)n型連接架連接在所述的橫桿下面，該萬(wàn)向機(jī)構(gòu)的兩鉸鏈軸上還分別設(shè)有一數(shù)據(jù)采集裝置。
所述橫桿設(shè)置所述配重塊的一端設(shè)有可調(diào)整配重塊位置的刻度。
所述的數(shù)據(jù)采集裝置包括一采集數(shù)據(jù)的光電旋轉(zhuǎn)編碼器、將數(shù)據(jù)傳送出去的數(shù)據(jù)線。
所述的底盤和空心立柱之間還設(shè)有一機(jī)座，所述數(shù)據(jù)采集裝置的數(shù)據(jù)線通過(guò)空心立柱的內(nèi)腔集結(jié)到該機(jī)座側(cè)面的接插面板上。
所述底盤采用圓方相間的框架結(jié)構(gòu)，該底盤的底面邊緣設(shè)有調(diào)整螺栓。
所述的試驗(yàn)體為帶有動(dòng)力的可控的撲翼飛行機(jī)器人。
本實(shí)用新型將撲翼飛行機(jī)器人安裝在一個(gè)三自由度隨動(dòng)云臺(tái)機(jī)構(gòu)上，使機(jī)器人能夠在一個(gè)球面上進(jìn)行三自由度受限飛行。三自由度隨動(dòng)云臺(tái)的各個(gè)關(guān)節(jié)均安裝有光電旋轉(zhuǎn)編碼器，可以精確的檢測(cè)到各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，編碼器檢測(cè)到的各個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳到外部的運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)入計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算后獲得懸掛在云臺(tái)末端的撲翼飛行機(jī)器人的飛行運(yùn)動(dòng)參數(shù)，如位置、姿態(tài)、速度和加速度等。將檢測(cè)到的撲翼飛行機(jī)器人實(shí)際飛行參數(shù)與通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)定的期望飛行參數(shù)進(jìn)行比較后獲得飛行誤差，將誤差輸入撲翼飛行機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制器，運(yùn)動(dòng)控制器根據(jù)飛行誤差計(jì)算撲翼飛行機(jī)器人的三個(gè)控制變量翅膀的撲動(dòng)頻率和尾翼的兩個(gè)角度，實(shí)現(xiàn)對(duì)撲翼飛行機(jī)器人的閉環(huán)控制，以獲得撲翼飛行機(jī)器人的穩(wěn)定受控飛行。本實(shí)用新型操作簡(jiǎn)單，其飛行的各種數(shù)據(jù)可以得到精確的測(cè)量與記錄，便于對(duì)撲翼飛行機(jī)器人進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)建模，可以成為撲翼飛行機(jī)器人研究和開(kāi)發(fā)的有效平臺(tái)。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型詳細(xì)說(shuō)明，其中


圖1是本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的主視圖；圖2是
圖1的A向支撐部分的視圖；圖3是
圖1沿B-B方向的剖視圖；圖4是本實(shí)用新型較佳實(shí)施例萬(wàn)向機(jī)構(gòu)的局部放大圖；圖5是
圖1A向撲翼飛行機(jī)器人的局部視圖。
具體實(shí)施方式
圖1示出了本實(shí)用型新較佳實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)，所述的撲翼飛行機(jī)器人研發(fā)平臺(tái)，其包括一由圓方相間的鋁材框架構(gòu)成的底盤1(請(qǐng)參閱圖3)，設(shè)于該底盤的底面四角的可用于調(diào)整底盤1平面的調(diào)整螺栓22、設(shè)于該底盤上的一支撐架2。該支撐架2包括一空心立柱7、設(shè)于該立柱頂端的箱體8和設(shè)于該箱體內(nèi)的一對(duì)同步皮帶輪，該箱體的頂板中部設(shè)有安裝了主軸承9的主軸承座10。一可繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的主軸3其下端豎直穿出主軸承9，所述同步皮帶輪的大同步輪11固定在主軸3的穿出端，可隨主軸一同轉(zhuǎn)動(dòng)，小同步輪12通過(guò)一芯軸連接在箱體8頂板的內(nèi)表面，所述芯軸上設(shè)有一調(diào)節(jié)架13(請(qǐng)參閱圖3)，該調(diào)節(jié)架上設(shè)有一數(shù)據(jù)采集裝置(圖中未示出)。主軸3的上端通過(guò)一鉸鏈機(jī)構(gòu)與一橫桿4鉸接，以致橫桿可在立體面受限范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，另外一試驗(yàn)體5——帶有動(dòng)力的可控的撲翼飛行機(jī)器人(也可以是其他飛行機(jī)器人)通過(guò)一萬(wàn)向機(jī)構(gòu)18與橫桿4左端連接。橫桿右端設(shè)有刻度，其上設(shè)有一可沿刻度改變位置的配重塊6。
如
圖1和圖2所示，上述的鉸鏈機(jī)構(gòu)包括一底部固定在所述主軸3上端的第一U形支架14、將橫桿4與該U形支架鉸接的水平鉸鏈軸15，該鉸鏈軸被支撐在設(shè)于該U形支架兩則邊的第一對(duì)軸承16中，該U形支架內(nèi)表面的底部設(shè)有一緩沖塊17，用于橫桿4進(jìn)行俯仰時(shí)的緩沖，該U形支架的水平鉸鏈軸15還上設(shè)有一數(shù)據(jù)采集裝置。
如
圖1、圖4、圖5所示，所述的萬(wàn)向機(jī)構(gòu)18通過(guò)一n形連接架19連接在橫桿4的下表面，該萬(wàn)向機(jī)構(gòu)包括第一n形架27和第二n形架28，兩個(gè)n形架開(kāi)口同向(向下)，并分別處于相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)90度的平面內(nèi)。一垂直所述水平鉸鏈軸15的第一鉸接軸23，由設(shè)于第一n形架27兩側(cè)邊的第二對(duì)軸承25支撐；第二n形架28通過(guò)第一鉸接軸23與第一n形架27鉸接；與上述第一鉸接軸23垂直交錯(cuò)的第二鉸接軸24，由設(shè)于第二n形架28兩側(cè)邊的第三對(duì)軸承26支撐。所述的撲翼飛行機(jī)器人5通過(guò)一連桿29由第二鉸接軸24與第二n形架鉸接。第一鉸接軸23和第二鉸接軸24上還分別設(shè)有可采集各相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集裝置。
本實(shí)施例中的數(shù)據(jù)采集裝置包括一采集數(shù)據(jù)的光電旋轉(zhuǎn)編碼器30、將數(shù)據(jù)傳送出去的數(shù)據(jù)線(圖中未示出)。所述的底盤1和空心立柱7之間還設(shè)有一機(jī)座20，數(shù)據(jù)采集裝置的數(shù)據(jù)線可以通過(guò)空心立柱7內(nèi)腔集結(jié)到該機(jī)座側(cè)面的接插面板上21，如
圖1所示。
本實(shí)用新型由所述主軸3、水平鉸鏈軸15和第一鉸接軸23構(gòu)成一個(gè)三維空間。將撲翼飛行機(jī)器人5可繞主軸3、水平鉸鏈軸15第一鉸接軸23作三自由度的隨動(dòng)，即使得撲翼飛行機(jī)器人5能夠在一個(gè)球面上進(jìn)行三自由度受限飛行，而撲翼飛行機(jī)器人自帶動(dòng)力，受外部遙控飛行。安裝在三自由度隨動(dòng)云臺(tái)的各個(gè)關(guān)節(jié)的光電旋轉(zhuǎn)編碼器30，可以精確的檢測(cè)到各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，光電旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)到的各個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳到外部的運(yùn)動(dòng)控制器40進(jìn)入計(jì)算機(jī)(如
圖1所示)，經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算后獲得懸掛在云臺(tái)末端的撲翼機(jī)器人的飛行運(yùn)動(dòng)參數(shù)，如位置、姿態(tài)、速度和加速度等。將檢測(cè)到的撲翼飛行機(jī)器人實(shí)際飛行參數(shù)與通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)定的期望飛行參數(shù)進(jìn)行比較后獲得飛行誤差，將誤差輸入撲翼飛行機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制器，運(yùn)動(dòng)控制器根據(jù)飛行誤差計(jì)算撲翼飛行機(jī)器人的三個(gè)控制變量翅膀的撲動(dòng)頻率和尾翼的兩個(gè)角度，實(shí)現(xiàn)對(duì)撲翼飛行機(jī)器人的閉環(huán)控制，以獲得撲翼飛行機(jī)器人的穩(wěn)定受控飛行。本實(shí)用新型操作簡(jiǎn)單，其飛行的各種數(shù)據(jù)可以得到精確的測(cè)量與記錄，便于對(duì)撲翼飛行機(jī)器人進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)建模，可以成為撲翼飛行機(jī)器人研究和開(kāi)發(fā)的有效平臺(tái)。
權(quán)利要求1.一種撲翼飛行機(jī)器人研發(fā)平臺(tái)，其特征在于包括一底盤(1)、設(shè)于該底盤上的一支撐架(2)、一端豎直安裝于該固定架頂部的可繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的主軸(3)、通過(guò)一鉸鏈機(jī)構(gòu)與該主軸(3)另一端鉸接的可在立體面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的橫桿(4)，還包括通過(guò)一萬(wàn)向機(jī)構(gòu)(18)與所述橫桿(4)一端連接的可作球面運(yùn)動(dòng)的試驗(yàn)體(5)、設(shè)于該橫桿另一端的配重塊(6)、分別設(shè)于各相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件處的數(shù)據(jù)采集裝置。
2.如權(quán)力要求1所述的撲翼飛行機(jī)器人研發(fā)平臺(tái)，其特征在于所述的支撐架(2)包括空心立柱(7)、設(shè)于該立柱頂端的箱體(8)、設(shè)于該箱體內(nèi)的一對(duì)皮帶輪，該箱體的頂板中部設(shè)有安裝了主軸承(9)的主軸承座(10)，所述的主軸(3)的一端豎直穿過(guò)該主軸承，所述皮帶輪的大同步輪(11)固定在主軸(3)的穿出端，小同步輪(12)通過(guò)一芯軸連接在所述箱體(8)頂板的內(nèi)表面。
3.如權(quán)力要求2所述的撲翼飛行機(jī)器人研發(fā)平臺(tái)，其特征在于所述芯軸上設(shè)有一調(diào)節(jié)架(13)，該調(diào)節(jié)架上設(shè)有一數(shù)據(jù)采集裝置。
4.如權(quán)力要求1所述的撲翼飛行機(jī)器人研發(fā)平臺(tái)，其特征在于所述鉸鏈機(jī)構(gòu)包括一底部固定在所述主軸(3)上端的U形支架(14)、將所述橫桿(4)與該U形支架鉸接的水平鉸鏈軸(15)，該鉸鏈軸被支撐在設(shè)于該U形支架兩則邊的第一對(duì)軸承(16)中，該U形支架內(nèi)表面的底部設(shè)有一緩沖塊(17)，所述水平鉸鏈軸(15)上設(shè)有一數(shù)據(jù)采集裝置。
5.如權(quán)力要求1所述的撲翼飛行機(jī)器人研發(fā)平臺(tái)，其特征在于所述的萬(wàn)向機(jī)構(gòu)(18)兩相互垂直的鉸接軸(23、24)分別由第二對(duì)軸承(25)和第三對(duì)軸承(26)支撐，該萬(wàn)向機(jī)構(gòu)(18)通過(guò)n形連接架(19)連接在所述的橫桿(4)的下表面，該萬(wàn)向機(jī)構(gòu)的兩鉸鏈軸上還分別設(shè)有數(shù)據(jù)采集裝置。
6.如權(quán)力要求1所述的撲翼飛行機(jī)器人研發(fā)平臺(tái)，其特征在于所述橫桿(4)設(shè)置所述配重塊(6)的一端設(shè)有可調(diào)整配重塊位置的刻度。
7.如權(quán)力要求1至6任一項(xiàng)所述的撲翼飛行機(jī)器人研發(fā)平臺(tái)，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集裝置包括一采集數(shù)據(jù)的光電旋轉(zhuǎn)編碼器(30)、將數(shù)據(jù)傳送出去的數(shù)據(jù)線。
8.如權(quán)力要求7所述的撲翼飛行機(jī)器人研發(fā)平臺(tái)，其特征在于所述的底盤(1)和空心立柱(7)之間還設(shè)有一機(jī)座(20)，所述數(shù)據(jù)采集裝置的數(shù)據(jù)線通過(guò)空心立柱(7)的內(nèi)腔集結(jié)到該機(jī)座側(cè)面的接插面板上(21)。
9.如權(quán)力要求8所述的撲翼飛行機(jī)器人研發(fā)平臺(tái)，其特征在于所述底盤(1)采用圓方相間的框架結(jié)構(gòu)，該底盤的底面邊緣設(shè)有調(diào)整螺栓(22)。
10.如權(quán)力要求9所述的撲翼飛行機(jī)器人研發(fā)平臺(tái)，其特征在于所述的試驗(yàn)體(5)為帶有動(dòng)力的可控的撲翼飛行機(jī)器人。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種撲翼飛行機(jī)器人研發(fā)平臺(tái)，其包括一底盤(1)、設(shè)于該底盤上的一支撐架(2)、一端豎直安裝于該固定架頂部的可繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的主軸(3)、通過(guò)一鉸鏈機(jī)構(gòu)與該主軸(3)另一端鉸接的橫桿(4)，該橫桿可在立體面受限范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，還包括通過(guò)一萬(wàn)向機(jī)構(gòu)(18)與所述橫桿(4)一端連接的試驗(yàn)體(5)、設(shè)于該橫桿另一端的配重塊(6)、分別設(shè)于各相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件處的數(shù)據(jù)采集裝置。本實(shí)用新型操作簡(jiǎn)單，其飛行的各種數(shù)據(jù)可以得到精確的測(cè)量與記錄，便于對(duì)撲翼飛行機(jī)器人進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)建模，可以成為撲翼飛行機(jī)器人研究和開(kāi)發(fā)的有效平臺(tái)。
文檔編號(hào)B64F5/00GK2861012SQ20052006711
公開(kāi)日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2005年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月3日
發(fā)明者秦志強(qiáng), 李昌帥, 唐忠華, 陳國(guó)璋 申請(qǐng)人:深圳市鷗鵬科技有限公司