[0001] 本发明涉及扑翼飞行器领域，具体涉及一种主动展开和被动折叠式扑翼飞行器。

[0002] 扑翼飞行器具有质量轻，飞行效率高，灵活性高、隐蔽性好的优点，各种仿生扑翼机能够在复杂的环境中飞行。在扑翼飞行器的发展中，多集中在机翼的驱动机构和控制改进，而机翼的结构也需要满足扑翼飞行器的持续飞行、悬停的需求；采用能够进行折叠和展开的机翼能够使得扑翼飞行更加稳定。

[0003] 中国专利（公开号：CN220391513U）中公开了一种被动式的机翼折叠扑翼飞行器，机翼第二主杆能够相对于第一主杆折叠和展开，在飞行过程中，机翼折叠杆件机构向下运动，利用惯性使机翼第二主杆呈展开状态，向下阻力变大，机翼折叠杆件机构向上运动，利用惯性使机翼第二主杆呈折叠状态，向上阻力变小。目前扑翼飞行器的机翼多利用其运动时的惯性来实现被动折叠和展开，在扑翼飞行器的机翼从折叠状态到变化为展开状态的过程中，速度较慢，需要机翼的主体段下压一段行程后，才能使整个机翼展开，难以实现扑翼动作的快速响应，导致扑翼向下动作提供的升力偏低，影响飞行效率。

[0029] 实施例1本发明的一个典型实施例中，如图1‑图8所示，给出一种主动展开和被动折叠式扑翼飞行器。

[0030] 在扑翼飞行器的机翼从折叠状态到变化为展开状态的过程中，速度较慢，需要机翼的主体段4下压一段行程后，才能使整个机翼展开；基于此，本实施例提供一种主动展开和被动折叠式扑翼飞行器，采用相铰接的主体段4和折叠段5构成机翼，牵引索61穿过主体段4后延伸并固定在折叠段5上，以收卷电机26和弹性元件带动牵引索61实现张紧牵拉和释放松弛，在折叠段5相对于主体段4展开时，利用牵引索61的张紧牵拉作用对折叠段5进行驱动，提高机翼展开速度，从而提高扑翼动作的响应速度，提高扑翼向下动作时提供的升力，提高飞行效率。

[0031] 如图4所示，主动展开和被动折叠式扑翼飞行器，包括机身1和机翼，机身1一端安装驱动机构2，另一端安装尾翼机构3，机身1上安装有收卷电机26和弹性元件；一对机翼相对于机身1两端连线对称分布，并分别接入驱动机构2；机翼包括折叠段5和转动连接于机身1的主体段4，折叠段5一端通过铰接件连接主体段4远离机身1的一端；折叠段5连接有牵引索61，牵引索61经由多个导向件导引，并依次越过铰接件、主体段4、弹性元件后接入收卷电机26，弹性元件被牵引索61挤压以压缩蓄能，并能够回弹驱动牵引索61。

[0032] 具体的，如图1所示，主体段4、折叠段5和机身1是主动展开和被动折叠式扑翼飞行器的主体支撑结构，机身1由扑翼舵机固定架11、机身前支撑12、收卷电机架13、机身固定杆一14、机身后支撑15、机身固定杆二16、机身固定杆三17、机身多向连接件18、后挡板19、前挡板20组成。可以理解的是，主体段4、折叠段5和尾翼机构3上均覆盖有翼膜。

[0033] 机身1设有沿其两端连线方向分布的支撑杆，支撑杆设有三根，分别为机身固定杆一14、机身固定杆二16、机身固定杆三17，前挡板20固定于机身1，后挡板19沿支撑杆滑动。

[0034] 于机身1两端连线方向上，扑翼舵机固定架11、机身前支撑12、机身后支撑15依次间隔布置，机身固定杆二16和机身固定杆三17一端固定于机身前支撑12，另一端固定于机身后支撑15，机身固定杆一14一端固定于机身后支撑15下端的方形凹槽中，另一端穿过收卷电机架13、机身前支撑12后，连接于扑翼舵机固定架11。机身固定杆一14、机身固定杆二16和机身固定杆三17三者在竖直面内呈三角形分布，扑翼舵机固定架11与机身前支撑12刚好贴合，机身固定杆二16与机身固定杆三17固定于机身前支撑12上端两圆形孔中，机身固定杆一14固定于机身前支撑12方形孔中。机身多向连接件18连接在机身固定杆三17上，用于连接主体段4的第二主杆45。

[0035] 尾翼机构3由尾翼固定架31、尾翼左侧杆32、尾翼中杆33、尾翼右侧杆34组成，尾翼固定架31固定于机身后支撑15，尾翼左侧杆32、尾翼中杆33和尾翼右侧杆34依次固定于尾翼固定架31。

[0036] 结合图2和图4，机翼的主体段4和折叠段5之间通过铰接件实现连接，铰接件由主杆端块43、固定铰接块47和摆动铰接块51共同构成，主体段4远离机身1的一端设有主杆端块43，固定铰接块47安装于主杆端块43，摆动铰接块51安装于折叠段5并与固定铰接块47铰接。如图7所示，固定铰接块47与摆动铰接块51之间通过销轴实现铰接，使得固定铰接块47和摆动铰接块51之间能够相对转动，实现折叠段5相对于主体段4的展开动作或折叠动作。

[0037] 主杆端块43延伸至主体段4外的部分形成供牵引索61穿过的导向件，主杆端块43所形成的导向件与固定铰接块47之间设有限位部60，摆动铰接块51与限位部60之间形成抵接以约束折叠段5的转动范围。本实施例中，主杆端块43上设置的导向件为导向孔59，牵引索61穿过其导向孔59后接入折叠段5。设置限位部60能够约束折叠段5相对于主体段4的最大转动范围，避免折叠段5过度展开。

[0038] 如图2所示，机翼由主体段4、折叠段5构成。其中，机翼包括第一导向件41、辅助连接件42、主杆端块43、第一主杆48、第二主杆45、第三主杆46、固定铰接块47、摆动铰接块51、机翼多向连接件52、第四主杆53、牵引索固定装置54、第五主杆55、末端连接件56、机翼第六主杆57、中间连接杆58组成。

[0039] 主体段4为矩形框架结构，第一主杆48一端连接摇臂后固定板22和摇臂前固定板23，第一主杆48位于摇臂后固定板22和摇臂前固定板23之间，第一主杆48另一端连接在主杆端块43上。第一主杆48和第二主杆45之间通过第三主杆46连接，同时，为了提高第一主杆
48和第二主杆45之间的稳定性，第一主杆48通过辅助连接件42连接有辅助杆44，辅助杆44与第三主杆46平行并间隔分布，辅助杆44一端通过辅助连接件42固定于第一主杆48的中段，另一端固定于第二主杆45上。主体段4上设有导向件，为第一导向件41，第一导向件41采用导向轮结构，第一导向件41与牵引索61配合并对牵引索61进行导向。

[0040] 如图2所示，第二主杆45的端部也通过铰接件与折叠段5形成转动连接，第二主杆45一端安装有主杆端块43，以便于连接折叠段5，第二主杆45另一端通过机身多向连接件18转动连接于机身1，两侧机翼对应第二主杆45分别通过机身多向连接件18转动连接于机身固定杆二16和机身固定杆三17。第三主杆46一端固定在第一主杆48端部的主杆端块43上，另一端固定在第二主杆45端部的主杆端块43上。固定铰接块47一端与摆动铰接块51连接，另一端固定在主杆端块43上。

[0041] 对于折叠段5，折叠段5设有第四主杆53、第五主杆55和第六主杆57，第四主杆53一端通过中间连接杆58与铰接件相连，另一端形成悬臂段。其中，中间连接杆58与第三主杆46平行分布，中间连接杆58分别通过铰接件连接第一主杆48和第二主杆45。

[0042] 如图2所示，中间连接杆58穿过铰接件的摆动铰接块51并固连，从而建立折叠段5和主体段4的转动连接。中间连接杆58能够连接第一主杆48和第二主杆45端部的主杆端块43，从而使得折叠段5与主体段4之间通过两个间隔分布的铰接件形成铰接。

[0043] 第六主杆57通过机翼多向连接件52连接在第四主杆53上，第五主杆55通过末端连接件56连接在机翼第四主杆53上，牵引索固定装置54固定于末端连接件56，第二导向件28安装在牵引索固定装置54和中间连接杆58之间。机翼的折叠段5上也设有导向件，为第二导向件28，第二导向件28可以采用滑轮支架，配合牵引索61并对牵引索61进行导向。

[0044] 具体的，于第四主杆53轴向上，牵引索固定装置54、末端连接件56、第二导向件28、机翼多向连接件52和中间连接杆58依次分布。

[0045] 如图3所示，驱动机构2由舵机摇臂21、摇臂后固定板22、摇臂前固定板23、舵机一24、舵机二25组成，机身1上安装有收卷电机26，摇臂后固定板22与摇臂前固定板23固定在舵机摇臂21上，舵机一24和舵机二25固定在扑翼舵机固定架11两侧，收卷电机26固定在收卷电机架13上，舵机一24驱动一对机翼中的其中一个机翼，舵机二25驱动一对机翼中的另一个机翼。

[0046] 如图8所示，弹性元件包括依次连接的前挡板20、弹簧27和后挡板19，弹簧27轴线沿机身1两端连线方向布置，牵引索61一端越过前挡板20、弹簧27后，经由后挡板19上分布的导向件导引后折返接入收卷电机26。后挡板19上的导向件也为孔状导向结构。

[0047] 弹簧27一端固定在前挡板20，一端固定在后挡板19，前挡板20固定在机身固定杆二16和机身固定杆三17上，后挡板19能够相对于机身固定杆二16和机身固定杆三17滑动。扑翼舵机固定架11上设置有与第四主杆53上类似的第二导向件28，第二导向件28采用滑轮支架，第二导向件28的滑轮29能够进行转动，牵引索61穿过滑轮29并接受滑轮29的导向作用。同样的，前挡板20上也设有供牵引索61穿过的滑轮29，前挡板20结合其上的滑轮29也构成导向件。

[0048] 如图4到图6所示，舵机一24转轴旋转带动舵机摇臂21转动，舵机摇臂21带动摇臂后固定板22和摇臂前固定板23转动，摇臂后固定板22和摇臂前固定板23转动带动第一主杆48上下运动，第四主杆53靠第一主杆48的上下运动的惯性完成向上运动时折叠和向下运动时展开。

[0049] 如图5和图6所示，牵引索61一端卷绕在收卷电机26上，另一端穿过后挡板19上的孔状导向结构、前挡板20上的滑轮29、扑翼舵机固定架11上的第二导向件28、第一导向件41、主杆端块43上的导向孔59、第四主杆53上的第二导向件28后固定在牵引索固定装置54上，当第一主杆48向上运动时，第四主杆53在外力作用下被动折叠，收卷电机26转动释放牵引索61，同时，弹簧27被牵引索61带动而压缩，以适应第四主杆53的折叠动作，第一主杆48和第四主杆53所呈夹角为折叠角度，最大折叠角度为90°，在第一主杆48转动到最高点时，准备执行扑翼动作，收卷电机26反向转动，第四主杆53被动展开，收卷电机26逆时针转动，同时被压缩的弹簧27回弹伸长，共同驱动牵引索61从而带动第四主杆53相对于第一主杆48主动展开，提高其展开速度，第四主杆53展开至和机翼第一主杆48呈平行或共线状态，由主杆端块43的限位部60限制第四主杆53的进一步展开，保持此良好受力状态，执行向下扑翼动作。

[0050] 工作原理：舵机一24转轴带动舵机摇臂21转动，舵机摇臂21带动摇臂后固定板22和摇臂前固定板23转动，摇臂后固定板22和摇臂前固定板23转动带动机翼第一主杆48上下运动实现机翼拍打，当机翼第一主杆48向下运动时，机翼第四主杆53被动展开，因有主杆端块43展开幅度为机翼第一主杆48和机翼第四主杆53共线，同时收卷电机26逆时针转动，利用牵引索61让后挡板19向前挡板20靠近，弹簧27压缩，机翼第一主杆48向上运动时，机翼第四主杆53被动折叠，最大折叠角度90°，最高点时，收卷电机26顺时针转动，后挡板19远离前挡板20，弹簧27伸长，利用牵引索61使机翼第四主杆53主动展开，展开幅度和机翼第一主杆48呈水平状态，实现在向下扑动时机翼展开，向上扑动时机翼折叠，最高点机翼展开。

[0051] 利用收卷电机26能够释放和收卷牵引索61，减少牵引索61在外部的冗余，降低勾挂导致的卡死或不当约束问题，还可以通过调节收卷电机26的处理来控制释放速度和收卷速度，改变机翼的展开速度，根据实际需求匹配扑翼动作时折叠段的展开过程，满足不同状态下的飞行需求。

[0052] 相较于利用绳索牵引折叠段5延伸出的拐臂结构，本实施例中，将牵引索61沿折叠位置延伸至折叠段5的中部，并以牵引索固定装置54进行固定，直接牵引折叠段5中部驱动其展开，提高展开效率，降低驱动阻力。

[0053] 采用弹性元件能够在机翼上抬时压缩蓄能，在机翼下压动作初始时，弹性元件能够回弹并结合收卷电机26的收卷作用共同驱动机翼折叠段展开，提高机翼的展开速度，并能够降低收卷电机的功率。

[0054] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。