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原文传递仿飞鱼跨介质无人飞行器及其控制方法

专利名称：	仿飞鱼跨介质无人飞行器及其控制方法
摘要：	本发明公开了一种仿飞鱼跨介质无人飞行器，属于仿生机器鱼及飞行器领域。该跨介质无人飞行器以全过程模仿飞鱼的运动行为为目标，根据飞鱼的外形特征进行设计，包括前段、连接段、后段、胸鳍、尾鳍、传动轴和尾夹。飞行器运动过程中包括游动和滑行两种工作模式；在任务执行过程中，通过调整控制飞行器后段和前段的夹角以及尾鳍的拍动频率实现不同模式的切换。该飞行器具有可跨介质运动、隐身性好、高机动性、体积小、易于拆装、成本低的特点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	浙江;33
申请人：	浙江大学
发明人：	邓见;路宽;刘丰睿
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-10T00:00:00+0800
申请号：	CN201910075180.2
公开号：	CN109733601A
代理机构：	杭州求是专利事务所有限公司
代理人：	傅朝栋;张法高
分类号：	B64C35/00(2006.01);B;B64;B64C;B64C35
申请人地址：	310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号
主权项：	1.一种仿飞鱼跨介质无人飞行器，其特征在于，包括前段(1)、连接段(2)、后段(3)、胸鳍(4)和尾鳍(5)；所述前段(1)和后段(3)通过连接段(2)相连，胸鳍(4)设置于前段(1)的两侧，尾鳍(5)设置于后段(3)的尾部，整体呈仿飞鱼躯干形状；所述前段(1)的壳体由前段上壳体(8)和前段下壳体(9)可拆卸式拼合而成，后部开口；前段上壳体(8)和前段下壳体(9)中均设有隔板(11)，通过隔板(11)形成密闭腔体，密闭腔体中设有舵机座(13)，舵机座(13)中安装有两个胸鳍舵机(10)，两副胸鳍(4)分设于前段(1)两侧，且分别与一个胸鳍舵机(10)配合传动；每副胸鳍(4)均包括若干条骨架，骨架的一端聚拢，另一端能够联动开合，骨架表面覆盖第二蒙皮(26)，形成由胸鳍舵机(10)驱动的可开合翼状结构；前段(1)壳体的后部开口处内设用于连接的第一连接件(12)；所述连接段(2)包括传动结构(14)、前节舵机固定架(15)、后节舵机固定板(16)和舵机(17)；所述前节舵机固定架(15)、后节舵机固定板(16)中各自固定有一个舵机(17)；所述的传动结构(14)由多段连杆组成至少具有两个自由度的传动连接结构，传动结构(14)的两端分别连接前节舵机固定架(15)和后节舵机固定板(16)，其中与前节舵机固定架(15)相连的一端具有水平方向旋转自由度，由前节舵机固定架(15)中的舵机驱动旋转；与后节舵机固定板(16)相连的一端具有竖直方向旋转自由度，由后节舵机固定板(16)中的舵机驱动旋转；所述的前节舵机固定架(15)与所述的第一连接件(12)连接固定；所述后段(3)的壳体由后段上壳体(19)和后段下壳体(20)可拆卸式拼合而成，前后部均开口；所述后段(3)的壳体前部内设第二连接件(29)，所述后节舵机固定板(16)与所述的第二连接件(29)连接固定；所述后段下壳体(20)中固定有电机座(27)和传动轴支撑件(28)；电机座(27)上固定有一个电机(21)，电机(21)的输出轴穿过开设于曲柄(22)上的轴孔并带动曲柄(22)水平转动；曲柄(22)的末端设有第一球轴承(24)，第一球轴承(24)通过环形连接件(23)连接一条直线轴承(25)，环形连接件(23)底部固定有一条芯轴，芯轴插入第一球轴承(24)中构成转动副；传动轴支撑件(28)的轴上套设有第二球轴承(30)；所述传动轴(6)呈多段式，其中部位置呈环形且套于第二球轴承(30)，作为传动轴(6)的往复旋转中心；传动轴(6)的一端呈直杆状，穿过直线轴承(25)形成圆柱套筒副，另一端通过尾夹(7)连接尾鳍(5)；。 2.如权利要求1所述的仿飞鱼跨介质无人飞行器，其特征在于，每副所述的胸鳍(4)均有5条线型的长度不一的骨架；由长至短分别为第一骨架、第二骨架、第三骨架、第四骨架、第五骨架；第一骨架的端部呈开有轴孔的定位销，其余四条骨架端部为等大的圆环，定位销依次穿过四个圆环构成能够相对转动的间隙配合，定位销上的轴孔与胸鳍舵机(10)的输出轴配合传动，依次带动第一骨架、第二骨架、第三骨架、第四骨架、第五骨架联动开合。 3.如权利要求1所述的仿飞鱼跨介质无人飞行器，其特征在于，所述前节舵机固定架(15)与第一连接件(12)之间通过卡合结构可拆卸式固定，所述后节舵机固定板(16)与第二连接件(29)之间通过卡合结构可拆卸式固定。 4.如权利要求1所述的仿飞鱼跨介质无人飞行器，其特征在于，所述的尾鳍(5)采用上小下大的非对称结构。 5.如权利要求1所述的仿飞鱼跨介质无人飞行器，其特征在于，所述的尾鳍(5)的摆动角度为无人飞行器中轴线两侧的-15°～15°范围。 6.如权利要求1所述的仿飞鱼跨介质无人飞行器，其特征在于，所述的前段(1)和后段(3)之间覆盖有第一蒙皮(18)。 7.如权利要求1所述的仿飞鱼跨介质无人飞行器，其特征在于，所述的后段(3)与尾鳍(5)之间覆盖有第三蒙皮(31)。 8.如权利要求1所述的仿飞鱼跨介质无人飞行器，其特征在于，所述前段上壳体(8)和前段下壳体(9)之间通过榫卯结构密合固定；所述后段上壳体(19)、后段下壳体(20)之间通过榫卯结构密合固定。 9.如权利要求1所述的仿飞鱼跨介质无人飞行器，其特征在于，所述两副胸鳍(4)沿飞行器中轴线镜像对称分布。 10.一种如权利要求1～9任一所述仿飞鱼跨介质无人飞行器的控制方法，其特征在于，飞行器运动过程中包括游动和滑行两种工作模式；在任务执行过程中，通过调整控制飞行器后段(3)和前段(1)的夹角以及尾鳍(5)的拍动频率实现不同模式的切换，其中：在游动模式下，控制后段(3)的水平和垂直自由度摆动，进而改变前进方向，由尾鳍(5)摆动产生飞行器前进的动力，通过尾鳍(5)摆动的快慢控制前进的速度；游动模式下，飞行器的胸鳍(4)将收于飞行器主躯干两侧；无人飞行器从游动模式转为滑行模式时，控制后段(3)与前段(1)呈一定夹角，并增大尾鳍(5)摆动频率，进而增大速度，使飞行器以一定角度离开水面，在飞行器跃出水面的同时展开胸鳍(4)并停止尾鳍(5)摆动，进入滑行模式；在滑行模式下，控制后段(3)和前段(1)位于同一轴线，同时保持胸鳍(4)展开，用于提供滑行时所需的升力，该模式下飞行器处于无动力滑行状态；当飞行器从滑行模式转为游动模式时，控制胸鳍(4)收于主躯干两侧，飞行器进入水中，并开始摆动尾鳍(5)，进入游动模式。
所属类别：	发明专利