專利名稱：撲翼飛行機器人研究開發平臺的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種飛行機器人的研發平臺，特別是一種撲翼飛行機器人的研發平臺。
背景技術：
現代飛機的飛行實現了讓人類在天空飛行的夢想。但現代飛機的機翼都是固定翼，這使得現代飛機的升降、懸停、推進、控制功能受到了諸多限制，無法滿足讓人類在天空自由翱翔的愿望，因此人們開始研發撲翼飛行機器人，期望實現撲翼飛行，這種飛行方式與固定翼飛行方式相比具有高效率、高機動性、低噪音、無需專用起飛著陸場地等優點。
目前韓國CYBird公司已設計出第一款撲翼飛行機器人。但由于撲翼飛行機器人是利用不穩定氣流的空氣動力學進行飛行的，其建模與控制非常復雜，所以這款撲翼飛行器尚無任何模型，只能通過遙控操作使其在幾百米的范圍內自由飛行，很難操作，飛行成功率非常低，其飛行中的各種數據無法得到精確的測量與記錄，在這種情況下，很難對撲翼飛行機器人進行準確的數學建模，這已經成為阻礙撲翼飛行機器人研究和開發的主要問題。

實用新型內容本實用新型的目的是為了解決現有技術無法精確測得撲翼飛行機器人的飛行數據以及無法對其進行準確的數學建模的問題，提供一種撲翼飛行機器人的研發平臺。
為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是構造一種撲翼飛行機器人研發平臺，其包括一底盤、設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動的主軸、通過一鉸鏈機構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轉動，還包括通過一萬向機構與所述橫桿一端連接的可作球面運動的試驗體、設于該橫桿另一端的配重塊、分別設于各相對轉動構件處的數據采集裝置。
其中，所述的支撐架包括空心立柱、設于該立柱頂端的箱體、設于該箱體內的一對皮帶輪，該箱體的頂板中部設有安裝了主軸承的主軸承座，所述的主軸的一端豎直穿過該主軸承，所述皮帶輪的大同步輪固定在主軸的穿出端，小同步輪通過一芯軸連接在所述箱體頂板的內表面。
所述芯軸上設有一調節架，該調節架上設有一數據采集裝置。
所述鉸鏈機構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于該U形支架兩側邊的第一對軸承中，該U形支架內表面的底部設有一緩沖塊，U形支架的鉸鏈軸上設有一數據采集裝置。
所述的萬向機構兩相互垂直的鉸接軸分別由第二對軸承和第三對軸承支撐，該萬向機構通過n型連接架連接在所述的橫桿下面，該萬向機構的兩鉸鏈軸上還分別設有一數據采集裝置。
所述橫桿設置所述配重塊的一端設有可調整配重塊位置的刻度。
所述的數據采集裝置包括一采集數據的光電旋轉編碼器、將數據傳送出去的數據線。
所述的底盤和空心立柱之間還設有一機座，所述數據采集裝置的數據線通過空心立柱的內腔集結到該機座側面的接插面板上。
所述底盤采用圓方相間的框架結構，該底盤的底面邊緣設有調整螺栓。
所述的試驗體為帶有動力的可控的撲翼飛行機器人。
本實用新型將撲翼飛行機器人安裝在一個三自由度隨動云臺機構上，使機器人能夠在一個球面上進行三自由度受限飛行。三自由度隨動云臺的各個關節均安裝有光電旋轉編碼器，可以精確的檢測到各個關節的運動，編碼器檢測到的各個關節運動數據通過數據線傳到外部的運動控制器進入計算機，經過運動學計算后獲得懸掛在云臺末端的撲翼飛行機器人的飛行運動參數，如位置、姿態、速度和加速度等。將檢測到的撲翼飛行機器人實際飛行參數與通過計算機設定的期望飛行參數進行比較后獲得飛行誤差，將誤差輸入撲翼飛行機器人的運動控制器，運動控制器根據飛行誤差計算撲翼飛行機器人的三個控制變量翅膀的撲動頻率和尾翼的兩個角度，實現對撲翼飛行機器人的閉環控制，以獲得撲翼飛行機器人的穩定受控飛行。本實用新型操作簡單，其飛行的各種數據可以得到精確的測量與記錄，便于對撲翼飛行機器人進行準確的數學建模，可以成為撲翼飛行機器人研究和開發的有效平臺。
以下結合附圖對本實用新型詳細說明，其中


圖1是本實用新型較佳實施例的主視圖；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是本實用新型較佳實施例萬向機構的局部放大圖；圖5是
圖1A向撲翼飛行機器人的局部視圖。
具體實施方式
圖1示出了本實用型新較佳實施例的基本結構，所述的撲翼飛行機器人研發平臺，其包括一由圓方相間的鋁材框架構成的底盤1(請參閱圖3)，設于該底盤的底面四角的可用于調整底盤1平面的調整螺栓22、設于該底盤上的一支撐架2。該支撐架2包括一空心立柱7、設于該立柱頂端的箱體8和設于該箱體內的一對同步皮帶輪，該箱體的頂板中部設有安裝了主軸承9的主軸承座10。一可繞自身軸線轉動的主軸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，可隨主軸一同轉動，小同步輪12通過一芯軸連接在箱體8頂板的內表面，所述芯軸上設有一調節架13(請參閱圖3)，該調節架上設有一數據采集裝置(圖中未示出)。主軸3的上端通過一鉸鏈機構與一橫桿4鉸接，以致橫桿可在立體面受限范圍內轉動，另外一試驗體5——帶有動力的可控的撲翼飛行機器人(也可以是其他飛行機器人)通過一萬向機構18與橫桿4左端連接。橫桿右端設有刻度，其上設有一可沿刻度改變位置的配重塊6。
如
圖1和圖2所示，上述的鉸鏈機構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于該U形支架兩則邊的第一對軸承16中，該U形支架內表面的底部設有一緩沖塊17，用于橫桿4進行俯仰時的緩沖，該U形支架的水平鉸鏈軸15還上設有一數據采集裝置。
如
圖1、圖4、圖5所示，所述的萬向機構18通過一n形連接架19連接在橫桿4的下表面，該萬向機構包括第一n形架27和第二n形架28，兩個n形架開口同向(向下)，并分別處于相對轉動90度的平面內。一垂直所述水平鉸鏈軸15的第一鉸接軸23，由設于第一n形架27兩側邊的第二對軸承25支撐；第二n形架28通過第一鉸接軸23與第一n形架27鉸接；與上述第一鉸接軸23垂直交錯的第二鉸接軸24，由設于第二n形架28兩側邊的第三對軸承26支撐。所述的撲翼飛行機器人5通過一連桿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上還分別設有可采集各相對轉動構件數據的數據采集裝置。
本實施例中的數據采集裝置包括一采集數據的光電旋轉編碼器30、將數據傳送出去的數據線(圖中未示出)。所述的底盤1和空心立柱7之間還設有一機座20，數據采集裝置的數據線可以通過空心立柱7內腔集結到該機座側面的接插面板上21，如
圖1所示。
本實用新型由所述主軸3、水平鉸鏈軸15和第一鉸接軸23構成一個三維空間。將撲翼飛行機器人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，即使得撲翼飛行機器人5能夠在一個球面上進行三自由度受限飛行，而撲翼飛行機器人自帶動力，受外部遙控飛行。安裝在三自由度隨動云臺的各個關節的光電旋轉編碼器30，可以精確的檢測到各個關節的運動，光電旋轉編碼器檢測到的各個關節運動數據通過數據線傳到外部的運動控制器40進入計算機(如
圖1所示)，經過運動學計算后獲得懸掛在云臺末端的撲翼機器人的飛行運動參數，如位置、姿態、速度和加速度等。將檢測到的撲翼飛行機器人實際飛行參數與通過計算機設定的期望飛行參數進行比較后獲得飛行誤差，將誤差輸入撲翼飛行機器人的運動控制器，運動控制器根據飛行誤差計算撲翼飛行機器人的三個控制變量翅膀的撲動頻率和尾翼的兩個角度，實現對撲翼飛行機器人的閉環控制，以獲得撲翼飛行機器人的穩定受控飛行。本實用新型操作簡單，其飛行的各種數據可以得到精確的測量與記錄，便于對撲翼飛行機器人進行準確的數學建模，可以成為撲翼飛行機器人研究和開發的有效平臺。
權利要求1.一種撲翼飛行機器人研發平臺，其特征在于包括一底盤(1)、設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動的主軸(3)、通過一鉸鏈機構與該主軸(3)另一端鉸接的可在立體面內轉動的橫桿(4)，還包括通過一萬向機構(18)與所述橫桿(4)一端連接的可作球面運動的試驗體(5)、設于該橫桿另一端的配重塊(6)、分別設于各相對轉動構件處的數據采集裝置。
2.如權力要求1所述的撲翼飛行機器人研發平臺，其特征在于所述的支撐架(2)包括空心立柱(7)、設于該立柱頂端的箱體(8)、設于該箱體內的一對皮帶輪，該箱體的頂板中部設有安裝了主軸承(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)通過一芯軸連接在所述箱體(8)頂板的內表面。
3.如權力要求2所述的撲翼飛行機器人研發平臺，其特征在于所述芯軸上設有一調節架(13)，該調節架上設有一數據采集裝置。
4.如權力要求1所述的撲翼飛行機器人研發平臺，其特征在于所述鉸鏈機構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于該U形支架兩則邊的第一對軸承(16)中，該U形支架內表面的底部設有一緩沖塊(17)，所述水平鉸鏈軸(15)上設有一數據采集裝置。
5.如權力要求1所述的撲翼飛行機器人研發平臺，其特征在于所述的萬向機構(18)兩相互垂直的鉸接軸(23、24)分別由第二對軸承(25)和第三對軸承(26)支撐，該萬向機構(18)通過n形連接架(19)連接在所述的橫桿(4)的下表面，該萬向機構的兩鉸鏈軸上還分別設有數據采集裝置。
6.如權力要求1所述的撲翼飛行機器人研發平臺，其特征在于所述橫桿(4)設置所述配重塊(6)的一端設有可調整配重塊位置的刻度。
7.如權力要求1至6任一項所述的撲翼飛行機器人研發平臺，其特征在于所述的數據采集裝置包括一采集數據的光電旋轉編碼器(30)、將數據傳送出去的數據線。
8.如權力要求7所述的撲翼飛行機器人研發平臺，其特征在于所述的底盤(1)和空心立柱(7)之間還設有一機座(20)，所述數據采集裝置的數據線通過空心立柱(7)的內腔集結到該機座側面的接插面板上(21)。
9.如權力要求8所述的撲翼飛行機器人研發平臺，其特征在于所述底盤(1)采用圓方相間的框架結構，該底盤的底面邊緣設有調整螺栓(22)。
10.如權力要求9所述的撲翼飛行機器人研發平臺，其特征在于所述的試驗體(5)為帶有動力的可控的撲翼飛行機器人。
專利摘要本實用新型公開了一種撲翼飛行機器人研發平臺，其包括一底盤(1)、設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動的主軸(3)、通過一鉸鏈機構與該主軸(3)另一端鉸接的橫桿(4)，該橫桿可在立體面受限范圍內轉動，還包括通過一萬向機構(18)與所述橫桿(4)一端連接的試驗體(5)、設于該橫桿另一端的配重塊(6)、分別設于各相對轉動構件處的數據采集裝置。本實用新型操作簡單，其飛行的各種數據可以得到精確的測量與記錄，便于對撲翼飛行機器人進行準確的數學建模，可以成為撲翼飛行機器人研究和開發的有效平臺。
文檔編號B64F5/00GK2861012SQ20052006711
公開日2007年1月24日 申請日期2005年11月3日 優先權日2005年11月3日
發明者秦志強, 李昌帥, 唐忠華, 陳國璋 申請人:深圳市鷗鵬科技有限公司