扑翼飞行器论文和设计-张立清

全文摘要

本实用新型涉及一种扑翼飞行器，包括机体和设置于所述机体内腔的一体化模块。所述一体化模块包括固定板、驱动机构、电池以及电路板，所述驱动机构、所述电池以及所述电路板均固定安装于所述固定板上形成一体结构。所述一体化模块被包裹于无应力胶中且与所述无应力胶胶合连接，所述无应力胶与所述机体的内表面胶合连接。一体化模块与机体内表面之间的间隙被无应力胶填充，使一体化固定模块与机体完全粘在一起。扑翼飞行器在飞行碰撞时，一体化固定模块在机体内不会发生位置偏移，一体化模块与机体无硬性接触，无应力胶具有较强的抗冲击能力，有效地提高扑翼飞行器在高冲击环境下使用的可靠性。

主设计要求

1.一种扑翼飞行器，其特征在于，所述扑翼飞行器（10）包括机体（100）和设置于所述机体（100）内腔的一体化模块；所述一体化模块包括固定板（200）、驱动机构（300）、电池（400）以及电路板（500），所述驱动机构（300）、所述电池（400）以及所述电路板（500）均固定安装于所述固定板（200）上形成一体结构；所述一体化模块被包裹于无应力胶中且与所述无应力胶胶合连接，所述无应力胶与所述机体（100）的内表面胶合连接。

设计方案

1.一种扑翼飞行器，其特征在于，所述扑翼飞行器（10）包括机体（100）和设置于所述机体（100）内腔的一体化模块；

所述一体化模块包括固定板（200）、驱动机构（300）、电池（400）以及电路板（500），所述驱动机构（300）、所述电池（400）以及所述电路板（500）均固定安装于所述固定板（200）上形成一体结构；

所述一体化模块被包裹于无应力胶中且与所述无应力胶胶合连接，所述无应力胶与所述机体（100）的内表面胶合连接。

2.根据权利要求1所述的扑翼飞行器，其特征在于，所述机体（100）上开设有注胶孔（110），所述注胶孔（110）与所述机体（100）的内腔连通。

3.根据权利要求2所述的扑翼飞行器，其特征在于，所述机体（100）上还开设有排气孔（120），所述排气孔（120）与所述机体（100）的内腔连通。

4.根据权利要求3所述的扑翼飞行器，其特征在于，所述注胶孔（110）开设于所述机体（100）的顶部，所述排气孔（120）开设于所述机体（100）的底部。

5.根据权利要求1所述的扑翼飞行器，其特征在于，所述扑翼飞行器（10）的前端设置有用于发射红外线的红外发射器，及用于接收所述红外线的红外接收器，所述红外发射器及所述红外接收器均与所述电路板（500）电连接。

6.根据权利要求1所述的扑翼飞行器，其特征在于，所述扑翼飞行器（10）包括机头，所述机头上设置有与所述电路板（500）电连接的摄像头（600），所述摄像头（600）用于采集所述扑翼飞行器（10）周边环境的图像。

7.根据权利要求1至6中任一项权利要求所述的扑翼飞行器，其特征在于，所述固定板（200）上具有至少一个镂空孔。

8.根据权利要求1至6中任一项权利要求所述的扑翼飞行器，其特征在于，所述机体（100）包括左机体和右机体，所述左机体与所述右机体合拢后可拆卸地连接形成容纳所述一体化模块的内腔。

9.根据权利要求8所述的扑翼飞行器，其特征在于，所述左机体或所述右机体上开设有多个槽口，所述固定板（200）的外缘上设有多个凸起，多个所述凸起与相对应的多个所述槽口卡接固定。

10.根据权利要求1至6中任一项权利要求所述的扑翼飞行器，其特征在于，所述驱动机构（300）、所述电池（400）以及所述电路板（500）均分布于所述固定板（200）上，且所述驱动机构（300）、所述电池（400）以及所述电路板（500）的中心线与所述固定板（200）的中心线重合。

11.根据权利要求1至6中任一项权利要求所述的扑翼飞行器，其特征在于，所述扑翼飞行器（10）的尾部安装有尾舵片（700），所述尾舵片（700）沿水平方向上的最大长度为所述尾舵片（700）沿竖直方向上的最大长度的至少2倍。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及具备导航功能的飞行器技术领域，特别是涉及一种扑翼飞行器。

背景技术

扑翼飞行器的飞行原理是由电机等驱动翅膀扑动，从而产生向上升力，驱动飞行器在空中飞行。由于扑动翅膀产生的升力有限，扑翼飞行器的重量不能高于最大升力，所以扑翼飞行器的机身、翅膀等都尽可能采用轻质的材料，如碳纤维杆、泡沫、塑料薄膜等。这类型材料在成型过程中，无法像塑料那样，安排内部模块固定用的螺丝孔等，使得扑翼飞行器的电路板、可充电电池等模块只能以卡槽等形式固定在机体中。上述扑翼飞行器机体内部模块的固定方式，在实际飞行中，不可避免的产生多次碰撞，如飞行中撞墙、降落时撞地等。频繁碰撞会产生以下问题：

1.因碰撞，内部模块在机体中位置产生偏移，导致扑翼飞行器重心偏移，重心偏移会导致扑翼飞行器飞行轨迹飞不直，随偏移方向拐弯；

2.因碰撞，会增加电路板接插件接触不良的风险。

实用新型内容

基于此，提供一种降低甚至杜绝机体内的各个模块在机体发生碰撞时出现偏移现象以及提高避障实现导航功能的扑翼飞行器。

一种扑翼飞行器，所述扑翼飞行器包括机体和设置于所述机体内腔的一体化模块；

所述一体化模块包括固定板、驱动机构、电池以及电路板，所述驱动机构、所述电池以及所述电路板均固定安装于所述固定板上形成一体结构；

所述一体化模块被包裹于无应力胶中且与所述无应力胶胶合连接，所述无应力胶与所述机体的内表面胶合连接。

在其中一个实施例中，所述机体上开设有注胶孔，所述注胶孔与所述机体的内腔连通。

在其中一个实施例中，所述机体上还开设有排气孔，所述排气孔与所述机体的内腔连通。

在其中一个实施例中，所述注胶孔开设于所述机体的顶部，所述排气孔开设于所述机体的底部。

在其中一个实施例中，所述扑翼飞行器的前端设置有用于发射红外线的红外发射器，及用于接收所述红外线的红外接收器，所述红外发射器及所述红外接收器均与所述电路板电连接。

在其中一个实施例中，所述扑翼飞行器包括机头，所述机头上设置有与所述电路板电连接的摄像头，所述摄像头用于采集所述扑翼飞行器周边环境的图像。

在其中一个实施例中，所述固定板上具有至少一个镂空孔。

在其中一个实施例中，所述机体包括左机体和右机体，所述左机体与所述右机体合拢后可拆卸地连接形成容纳所述一体化模块的内腔。

在其中一个实施例中，所述左机体或所述右机体上开设有多个槽口，所述固定板的外缘上设有多个凸起，多个所述凸起与相对应的多个所述槽口卡接固定。

在其中一个实施例中，所述驱动机构、所述电池以及所述电路板均分布于所述固定板上，且所述驱动机构、所述电池以及所述电路板的中心线与所述固定板的中心线重合。

在其中一个实施例中，所述扑翼飞行器的尾部安装有尾舵片，所述尾舵片沿水平方向上的最大长度为所述尾舵片沿竖直方向上的最大长度的至少2倍。

上述实施例中的技术方案至少产生以下技术效果：

上述扑翼飞行器，包括机体和设置于所述机体内腔的一体化模块。所述一体化模块包括固定板、驱动机构、电池以及电路板，所述驱动机构、所述电池以及所述电路板均固定安装于所述固定板上形成一体结构。所述一体化模块被包裹于无应力胶中且与所述无应力胶胶合连接，所述无应力胶与所述机体的内表面胶合连接。一体化模块与机体内表面之间的间隙被无应力胶填充，使一体化固定模块与机体完全粘在一起。扑翼飞行器在飞行碰撞时，一体化固定模块在机体内不会发生位置偏移，一体化模块与机体无硬性接触，无应力胶具有较强的抗冲击能力，有效地提高扑翼飞行器在高冲击环境下使用的可靠性。扑翼飞行器的红外避障模组及摄像头的设置使扑翼飞行器在飞行过程中可实现避障及飞行导航功能，提高了扑翼飞行器的飞行顺畅性。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例提供的扑翼飞行器的整体结构图；

图2为本实用新型一实施例提供的扑翼飞行器的一体化模块安装结构图；

图3为本实用新型一实施例提供的扑翼飞行器的右机体的结构图。

附图标记说明：

10-扑翼飞行器

100-机体

110-注胶孔

120-排气孔

200-固定板

300-驱动机构

400-电池

500-电路板

600-摄像头

700-尾舵片

800-红外避障模组。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。下面对具体实施方式的描述仅仅是示范性的，应当理解，此处所描述的具体实施仅仅用以解释本实用新型，而绝不是对本实用新型及其应用或用法的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。相反，当元件被称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

以下结合附图1至3对本实用新型的技术方案做更为详尽的阐述。

请参阅图1和图2，本实用新型一实施例中提供一种扑翼飞行器10，所述扑翼飞行器10包括机体100和设置于所述机体100内腔的一体化模块。所述一体化模块包括固定板200、驱动机构300、电池400以及电路板500。所述驱动机构300、所述电池400以及所述电路板500均固定安装于所述固定板200上形成一体结构。所述一体化模块被包裹于无应力胶中且与所述无应力胶胶合连接，所述无应力胶与所述机体100的内表面胶合连接。一体化模块与机体100内表面之间的间隙被无应力胶填充，使一体化固定模块与机体100完全粘在一起。扑翼飞行器10在飞行碰撞时，一体化固定模块在机体100内不会发生位置偏移，一体化模块与机体100无硬性接触，无应力胶具有较强的抗冲击能力，有效地提高扑翼飞行器10在高冲击环境下使用的可靠性。在一些实施例中，所述机体100包括左机体和右机体。所述左机体与所述右机体上均开设有容纳所述一体化模块的容纳腔，所述左机体与所述右机体合拢后可拆卸地连接形成容纳所述一体化模块的内腔。

在一些实施例中，所述左机体或所述右机体上开设有多个槽口，所述固定板200的外缘上设有多个凸起，多个所述凸起与相对应的多个所述槽口卡接固定。所述右机体或所述左机体扣合在所述左机体或所述右机体上，所述左机体与所述右机体卡扣连接或者螺纹固定连接。

在一些实施例中，所述驱动机构300、所述电池400以及所述电路板500均分布于所述固定板200上，且所述驱动机构300、所述电池400以及所述电路板500的中心线与所述固定板200的中心线重合，这样有利于保证扑翼飞行器的重心落在所述固定板200所在的平面上，便于保证飞行平衡。

具体地，所述驱动机构300包括电机和齿轮组，所述齿轮组安装在支架上并对称地分布在所述固定板200的两侧，所述电机安装在齿轮组的支架上并对称地分布在所述固定板200的两侧。所述固定板200上开设有方形孔，所述电池400嵌入所述方形孔中并围绕所述固定板200对称分布。所述电路板500固定安装于所述固定板200上，比如通过螺纹固定连接。根据所述一体化固定模块的结构，设计左、右机体的内部结构，使得左、右机体合拢时能精确嵌入所述一体化固定模块。

可选地，所述左、右机体的合拢采用卡扣连接、螺纹或者其他连接方式。可选地，所述固定板200的左右两侧通过支撑柱分别与电路板500连接，采用支撑柱利于两者之间散热。可选地，所述支撑柱采用铜柱。所述固定板200上开设镂空孔将所述电池400卡住。

在一些实施例中，请参阅图3，所述机体100上开设有注胶孔110。所述注胶孔110与所述机体100的内腔连通。可选地，所述左机体和所述右机体上均开设有注胶孔110，所述左机体上的注胶孔110与所述左机体和所述一体化模块之间的间隙连通。所述右机体上的注胶孔110与所述右机体和所述一体化模块之间的间隙连通。一体化模块安装于左机体上，再将右机体与所述左机体合拢盖紧，所述一体化模块位于所述左机体和所述右机体形成的腔体内，所述一体化模块与所述左机体和右机体之间具有一定的间隙，然后再通过所述注胶孔110注入无应力胶，直至所述一体化模块被包裹于无应力胶中且与所述无应力胶胶合连接，所述无应力胶与所述机体100的内表面胶合连接。使一体化模块与机体100之间无硬性接触，无应力胶与机体100的内表面胶合连接。

在一些实施例中，请参阅图3，所述机体100上还开设有排气孔120，所述排气孔120与所述机体100的内腔连通。可选地，所述注胶孔110和所述排气孔120均为多个。具体地，所述左机体上既开设有注胶孔110又开设有排气孔120，所述注胶孔110与所述左机体和所述一体化模块之间的间隙所连通。所述排气孔120与所述左机体和所述一体化模块之间的间隙所连通。所述右机体上既开设有注胶孔110又开设有排气孔120，所述注胶孔110与所述右机体和所述一体化模块之间的间隙所连通。所述排气孔120与所述右机体和所述一体化模块之间的间隙所连通。通过左机体和右机体上的注胶孔110注入无应力胶，排气孔120排出气体，直至所述一体化模块被包裹于无应力胶中且与无应力胶胶合连接，使所述一体化模块与机体100内表面无硬性接触，无应力胶与机体100的内表面胶合连接。

在一些实施例中，请参阅图3，所述注胶孔110开设于所述机体100的顶部，所述排气孔120开设于所述机体100的底部。具体地，所述左机体上的顶部一前一后开设有两个注胶孔110，所述左机体上的底部一前一后开设有两个排气孔120。所述右机体上的顶部一前一后开设有两个注胶孔110，所述右机体上的底部一前一后开设有两个排气孔120。无应力胶通过注胶孔110注入，机体100内的气体通过排气孔120排出，直至所述一体化模块被包裹于无应力胶中且与无应力胶胶合连接，使所述一体化模块与机体100内表面无硬性接触，无应力胶与机体100的内表面胶合连接。有效地避免因碰撞导致机体100的内部模块在机体100中位置产生偏移，导致扑翼飞行器10重心偏移，导致扑翼飞行器10飞行轨迹飞不直，随偏移方向拐弯的问题。同时有效地避免因碰撞导致电路板500接插件接触不良的风险。

可选地，所述无应力胶为硅胶或者乳胶，具有较强的抗冲击能力，从而减少一体化模块的振动以及偏移。所述的无应力胶是指在固化过程中和固化后保持柔软，不产生形变及应力。这种无应力胶能够用于粘合带材和填充带材间的空隙，减小振动和噪音。在用于本实用新型的无应力胶还要求其对所述一体化模块无腐蚀作用，即胶液或胶液固化过程中不会含有或产生与所述一体化模块起化学反应的成分，如有些硅胶和乳胶就是这种无应力胶。具体如一些明胶类弹性胶或类似的阻尼胶类水溶性乳胶等，其对所述一体化模块无腐蚀作用，在胶液固化过程中和固化后都无应力，能保持良好的弹性和柔软度。往装有所述一体化模块的机体100内腔中注入无应力胶，使所述一体化模块被包裹于且胶合连接于无应力胶中，使所述一体化模块与所述机体100无硬性接触。

在一些实施例中，如图2所示，扑翼飞行器10前端设置有红外避障模组800，用来探测扑翼飞行器10前方是否存在障碍物，以使扑翼飞行器10做出避障反馈。如扑翼飞行器10前方30厘米处具有障碍物，红外避障模组800检测到飞行方向上具有障碍物，扑翼飞行器10做出避障反馈，减速向左或向右转弯，绕开障碍物飞行。

具体地，红外避障模组800包括用于发射红外线的红外发射器，及用于接收所述红外线的红外接收器，红外发射器及红外接收器均与电路板500电连接。

在一些实施例中，如图1、2所示，扑翼飞行器10包括机头，所述机头上设置有与电路板500电连接的摄像头600，用于采集扑翼飞行器10周边环境的图像。可选地，为了使扑翼飞行器10更为仿生，设置两个摄像头600分别位于机头的左右两侧，类比于鸟类的眼睛，在扑翼飞行器10飞行的过程中，摄像头600实时采集扑翼飞行器10周边的环境情况，以方便扑翼飞行器10做出飞行轨迹的判断，实现扑翼飞行器10的导航功能。当然，在一些实施例中，摄像头600也可以间歇性的采集扑翼飞器10周边的环境情况，本实用新型在此不做限定。

在一些实施例中，如图1、2所示，扑翼飞行器10的尾部安装有尾舵片700，尾舵片700可在水平方向上进行180度角度范围内的转动，以此实现扑翼飞行器10的转向。尾舵片700呈细长状，远离扑翼飞行器10机身的一端为圆弧形，这样可减少飞行过程中的空气阻力。优选地，尾舵片700沿水平方向上的最大长度为尾舵片700沿竖直方向上的最大长度的至少2倍，以此降低转向时的转弯半径，提高转向效率，使扑翼飞行器10在转向过程中更加灵活。

在一些实施例中，所述固定板200为塑料薄板。根据所述驱动机构300、所述电池400以及所述电路板500的尺寸以及在机体100中的位置，设计一块塑料薄板，可将所有电路板500、电池400等内部模块，通过拧螺丝等方式固定在塑料薄板上形成一体化模块。

进一步，所述固定板200上具有至少一个镂空孔，以减轻所述一体化模块的重量。有些镂空孔用于至少将驱动机构300、所述电池400以及所述电路板500安装于所述固定板200上。

本实用新型的结构，无固定应力，却还具有较强的抗冲击能力。当扑翼飞行器10受到冲击时，所述一体化模块受到的固定力来自于包裹所述一体化模块并与所述一体化模块连成一体的无应力胶并且施加于一体化模块的全部表面，包括所述一体化模块的整个表面，受力面积是明显大于传统设计。本实用新型的结构设计，受到向上的冲击时，与一体化模块上表面相连的无应力胶胶体阻尼冲击，同时一体化模块内侧面和外侧面及下表面相连的胶体因为与机体100的内壁相连，故而会“拉住”所述一体化模块向上的运动，即冲击产生的应力分散作用在一体化模块全部表面上。因此本实用新型的结构可以加大冲击缓冲，分散受力，两个方面同时降低冲击应力，进而避免一体化模块的位置发生偏移而受损，可以保证一体化模块的稳定，提高扑翼飞行器10在高冲击环境下使用时的可靠性。同时由于无应力胶浸透了所述一体化模块与机体100之间的各个缝隙，无应力胶固化后所述一体化模块的各部位都受到柔性约束，这样制成扑翼飞行器10后，所述一体化模块的振动以及位移受到阻尼限制，扑翼飞行器10在飞行碰撞时，一体化固定模块在机体100内不会发生位置偏移，一体化模块与机体100无硬性接触，无应力胶具有较强的抗冲击能力，有效地提高扑翼飞行器10在高冲击环境下使用的可靠性。

上述扑翼飞行器10，包括机体100和设置于所述机体100内腔的一体化模块。所述一体化模块包括固定板200、驱动机构300、电池400以及电路板500，所述驱动机构300、所述电池400以及所述电路板500均固定安装于所述固定板200上形成一体结构。所述一体化模块被包裹于无应力胶中且与所述无应力胶胶合连接，所述无应力胶与所述机体100的内表面胶合连接。一体化模块与机体100内表面之间的间隙被无应力胶填充，使一体化固定模块与机体100完全粘在一起。扑翼飞行器10在飞行碰撞时，一体化固定模块在机体100内不会发生位置偏移，一体化模块与机体100无硬性接触，无应力胶具有较强的抗冲击能力，有效地提高扑翼飞行器10在高冲击环境下使用的可靠性。扑翼飞行器10的红外避障模组800及摄像头600的设置使扑翼飞行器10在飞行过程中可实现避障及飞行导航功能，提高了扑翼飞行器10的飞行顺畅性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

设计图

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