[0001] 本发明涉及仿生机器人技术领域，尤其是涉及一种蜂鸟仿生飞行机器人及其工作方法。

[0002] 飞行机器人、尤其是小型飞行器，在现代科技的发展中占据了重要位置。这些飞行机器人在各种领域中得到了广泛的应用，如军事侦察、环境监测、灾难救援、农业作业等。然而，传统的飞行器主要采用旋翼或固定翼的结构设计，这些设计在复杂环境中的应用存在诸多局限性。

[0003] 旋翼飞行器，例如四旋翼无人机，通过旋转叶片产生升力和推力，具有较好的悬停和垂直起降能力。然而，由于旋翼尺寸和设计的限制，它们在狭窄空间中的机动性有限，同时旋翼在飞行过程中产生的噪音较大，易受风力影响。此外，旋翼飞行器的能量利用效率较低，飞行时间较短。

[0004] 固定翼飞行器则通过固定的机翼产生升力，通常具有较高的飞行速度和较长的续航能力。然而，固定翼飞行器需要一定的起降空间，无法在狭小或复杂环境中灵活操作。它们的悬停能力较差，无法像旋翼飞行器那样实现原地停留。

[0005] 在自然界中，蜂鸟是一种飞行能力极为出色的鸟类。它们不仅能够在空中悬停，还能迅速前进、后退和左右移动。蜂鸟的翅膀以每秒数十次的频率高速振动，这种独特的飞行机制使得它们在捕食、迁徙和躲避天敌时具有极高的灵活性和稳定性。此外，蜂鸟的能量利用效率极高，它们能够在高频振动中保持较长时间的飞行。

[0006] 蜂鸟的飞行能力和机制为飞行机器人的设计提供了宝贵的灵感。通过研究蜂鸟的飞行姿态、翅膀结构和振动机制，可以开发出一种新型的飞行机器人，即蜂鸟仿生机器人。这种机器人能够结合旋翼和固定翼飞行器的优点，具备高机动性、灵活性和高效的能量利用率。

[0007] 近年来，仿生学和机器人技术的结合成为研究热点，许多学者致力于开发仿生飞行器。然而，尽管已有一些仿生飞行器的研究和应用，但在模仿蜂鸟飞行机制方面仍存在技术挑战。例如，如何实现翅膀的高速振动和多自由度运动，如何实现精确的飞行控制和姿态调整。

[0034] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

[0035] 实施例

[0036] 一种蜂鸟仿生飞行机器人，包括主体框架，主体框架内设置有左右对称的第一凸轮连杆结构和第二凸轮连杆结构，第一凸轮连杆结构和第二凸轮连杆结构分别连接有翅膀主体，主体框架内还设置有电源及其连接的电机组，电机组连接至控制器，控制器与用户端通信连接，用户端通信连接有摄像头，摄像头安装在主体框架的前端位置，用于拍摄飞行机器人的前方视角图像、并传输至用户端；

[0037] 用户端用于发送控制指令给控制器；

[0038] 控制器用于对应调节电机组的工作状态；

[0039] 电机组用于驱动改变第一凸轮连杆结构、第二凸轮连杆结构以及摄像头的运动状态。

[0040] 本实施例中，在用户端设计安装相应的应用程序软件，用于展示摄像头拍摄的图像数据以及接收用户的操作指令，并将操作指令转换为控制指令发送给控制器，以相应改变机器人的飞行方式或飞行状态。

[0041] 本实施例中，主体框架采用3D打印的蜂鸟外壳设计，翅膀主体采用柔性材料制作。机身采用碳纤维材料，减轻重量并提高强度；翅膀采用柔性材料、并且在关键部位加强，以适应高频震动和复杂运动；控制器则通过HC06蓝牙与用户端实现通信连接。

[0042] 为有效模拟蜂鸟的翅膀结构和飞行姿态，本方案设计电机组包括第一电机、第二电机、第三电机和第四电机，第一电机用于驱动改变第一凸轮连杆结构和第二凸轮连杆结构发生同步运动，以实现8字形状的轨迹扇动，本实施例将第一电机安装在第一凸轮连杆结构和第二凸轮连杆结构的中间位置；

[0043] 第二电机和第三电机用于分别驱动改变第一凸轮连杆结构和第二凸轮连杆结构与水平面之间的角度，以实现向前扇动或向后扇动；

[0044] 第四电机用于驱动改变摄像头的转动位置。

[0045] 具体的，如图1～3所示，第一凸轮连杆结构包括右机架1，右机架1上安装有右主动轴6，右主动轴6上套设有右凸轮2，右凸轮2连接有右凸轮关节3，右凸轮关节3连接有右连杆4，右连杆4与右翼支撑7的一端相连接，右翼支撑7的另一端与翅膀主体相连接，右机架1上还安装有右关节连接件5，右关节连接件5分别连接右轴承8和右翼支撑7。当第一电机通过右主动轴6驱动右凸轮2旋转时，带动右凸轮关节3做旋转运动，并且通过连接在右凸轮关节
3上的右连杆4拉动右翼支撑7做往复的摆动，同时右关节连接件5与右翼支撑7的末端相连在右连杆4的拉动下做左右的摆动，在两种运动的作用下，使得右翼支撑作8字形运动，如图
4所示。

[0046] 同样的，第二凸轮连杆结构包括左机架，左机架上安装有左主动轴，左主动轴上套设有左凸轮，左凸轮连接有左凸轮关节，左凸轮关节连接有左连杆，左连杆与左翼支撑的一端相连接，左翼支撑的另一端与翅膀主体相连接，左机架上还安装有左关节连接件，左关节连接件分别连接左轴承和左翼支撑。

[0047] 上述蜂鸟仿生飞行机器人的工作方法，包括空中悬停过程、向前飞行过程和向后飞行过程。

[0048] 其中，空中悬停过程包括：根据用户端的控制指令，控制器相应控制电机组，以调整第一凸轮连杆结构和第二凸轮连杆结构的角度，使翅膀主体的前缘与水平面之间呈钝角，并驱动改变第一凸轮连杆结构和第二凸轮连杆结构发生同步运动，以实现8字形状的轨迹向前扇动，从而在翅膀主体的下方形成一个低压区、在翅膀主体的上方形成一个高压区，由于气压差的作用，翅膀主体受到一个向下的升力，这种升力与重力相抵消，使得飞行机器人保持平衡。

[0049] 向前飞行过程包括：根据用户端的控制指令，控制器相应控制电机组，以调整第一凸轮连杆结构和第二凸轮连杆结构的角度，使翅膀主体的前缘与水平面之间呈锐角，并驱动改变第一凸轮连杆结构和第二凸轮连杆结构发生同步运动，以实现8字形状的轨迹向后扇动，从而在翅膀主体的下方形成一个高压区、在翅膀主体的上方形成一个低压区，由于气压差的作用，翅膀主体受到一个向上的升力。

[0050] 向后飞行过程包括：根据用户端的控制指令，控制器相应控制电机组，以调整第一凸轮连杆结构和第二凸轮连杆结构的角度，使翅膀主体的前缘与水平面之间呈直角，并驱动改变第一凸轮连杆结构和第二凸轮连杆结构发生同步运动，以实现8字形状的轨迹前后扇动。

[0051] 在实际应用中，还可在机器人尾部安装电机以控制尾翼的角度，用户通过在用户端观看机器人拍摄的图像，并输入操作指令，即可相应调节各电机的旋转速度、旋转方向，调整机器人翅膀、尾翼的角度来控制蜂鸟仿生飞行机器人的飞行速度和方向。当控制蜂鸟机器人在空中悬停时，则调整翅膀角度向前扇动，使翅膀的前缘与水平面呈钝角，通过电机驱动连杆使得翅膀以8字形状的轨迹扇动，这样就会在翅膀的下方形成一个低压区，而在翅膀的上方形成一个高压区。由于气压差的作用，翅膀就会受到一个向下的升力。这种升力与重力相抵消，使得蜂鸟机器人能够保持平衡。

[0052] 当控制蜂鸟机器人向前飞行时，则调整翅膀角度向后扇动，使翅膀的前缘与水平面呈锐角，这样就会在翅膀的上方形成一个低压区，而在翅膀的下方形成一个高压区。由于气压差的作用，翅膀就会受到一个向上的升力。

[0053] 当控制蜂鸟机器人向后飞行时，则调整将机器人身体垂直于地面，并将翅膀的前缘与水平面垂直，实现翅膀的前后挥动，从而达到向后飞行的效果。

[0054] 综上可知，本方案通过有效模仿蜂鸟的飞行姿态和翅膀结构，提供一种能够在复杂环境中灵活飞行且能量利用高效的蜂鸟仿生机器人，通过模仿蜂鸟的翅膀结构和振动模式，实现高效的能量利用。传统的旋翼飞行器能量利用效率较低，而仿生机器人的设计可以显著减少能量消耗，延长飞行时间，提高续航能力，这在需要长时间飞行任务的应用中具有显著优势。该机器人不仅可以应用于现有的各类飞行机器人无法胜任的任务，还能够拓展新的应用领域(比如环境监测：能够灵活进入复杂环境，如森林、湿地等，进行环境数据采集和监测；农业作业：在农业领域，可以用于精准授粉，提高农作物产量，减少人力成本；灾难救援：在灾难现场，仿生机器人可以进入废墟等危险区域进行搜索和救援工作，提高救援效率和安全性；军事侦察：在军事领域，可用于隐蔽侦察和情报收集，降低被敌方发现的风险)，具有广阔的市场前景和重要的实际意义。