(19)中华人民共和国国家知识产权局 ▣▣ (12)发明专利申请 (10)申请公布号CN105416575A (43)申请公布日2016.03.23 (21)申请号201510933810.7 (22)申请日2015.12.14 (71)申请人西北工业大学 地址710072陕西省西安市友谊西路127号 (72)发明人薛栋宋笔锋杨文青年鹏 付鹏唐伟钟京洋梁少然 (74)专利代理机构北京市盛峰律师事务所 11337 代理人席小东 (51)Int.CI. B64C25/32(2006.01) B6402524(2006.01) B64033/002006.01) 权利要求书3页说明书7页附图4页 (54)发明名称 应用在扑翼飞行器的仿生起落架系统及起落 控制方法 (57)摘要 本发明提供一种应用在扑翼飞行器的仿生起 等袋或 落架系统及起落控制方法，仿生起落架系统包括： 视觉导航单元、运动协调处理器、机械爪单元和全 密裳波源效 我觉导號单元 动V尾作动机构：所述视觉导航单元包括左摄像 头、右摄像头和图像处理器：所述左摄像头和所 述右摄像头对称安装于扑翼飞行器的腹部前方； 溶动游藏处漂器 所述左摄像头和所述右摄像头均连接到所述图像 处理器：所述运动协调处理器安装于扑翼飞行器 械税成 的机体内部，分别与所述图像处理器、所述左机械 补赛端被深 爪舵机、所述右机械爪舵机和所述作动器机构连 接。优点为：在安装该仿生起落架系统后，扑翼飞 行器能够具有像鸟类一样的起降能力，提高扑翼 飞行器的高效机动性，扩大其应用范围和能力。 石
CN105416575A 权利要求书 1/3页 1.一种应用在扑翼飞行器的仿生起落架系统，其特征在于，包括：视觉导航单元、运动 协调处理器、机械爪单元和全动V尾作动机构； 其中，所述视觉导航单元包括左摄像头、右摄像头和图像处理器：所述左摄像头和所述 右摄像头对称安装于扑翼飞行器的腹部前方：所述左摄像头和所述右摄像头均连接到所述 图像处理器； 所述机械爪单元包括：左机械爪、右机械爪、左机械爪舵机和右机械爪舵机：所述左机 械爪和所述右机械爪横向对称安装于扑翼飞行器重心位置：所述左机械爪舵机和所述右机 械爪舵机安装于扑翼飞行器的机体内部；所述左机械爪舵机和所述左机械爪联动，用于控 制所述左机械爪的开合动作：所述右机械爪舵机和所述右机械爪联动，用于控制所述右机 械爪的开合动作： 所述全动V尾作动机构包括：全动V尾和作动器机构；所述全动V尾安装于机体尾部， 所述作动器机构安装于机体内部，所述作动器机构用于控制所述全动V尾进行水平方向转 动或俯仰方向转动，进而平衡扑翼飞行器降落或起飞时带来的转动力矩； 所述运动协调处理器安装于扑翼飞行器的机体内部，分别与所述图像处理器、所述左 机械爪舵机、所述右机械爪舵机和所述作动器机构连接。 2.根据权利要求1所述的应用在扑翼飞行器的仿生起落架系统，其特征在于，所述左 机械爪和所述右机械爪为对称结构： 对于所述左机械爪，为铰链四杆机构，包括：安装基板(2A)、推杆(2B)、左摇杆(2C)、右 摇杆(2D)、左钩爪(2E)和右钩爪(2F); 所述安装基板(2A)垂直设置，包括一体成形的竖向基板(2A-1)、左吊耳(2A-2)和右吊 耳(2A-3);所述竖向基板(2A-1)的顶端固定在机体底部重心位置：所述竖向基板(2A-1) 的底部对称设置所述左吊耳(2A-2)和所述右吊耳(2A-3); 所述左钩爪(2E)和所述右钩爪(2F)的中部分别铰接在所述左吊耳(2A-2)和所述右 吊耳(2A-3)上，将左钩爪(2E)和左吊耳(2A-2)的铰接点记为F1,将右钩爪(2F)和右吊 耳(2A-3)的铰接点记为F2:所述左钩爪(2E)和所述右钩爪(2F)的顶端分别与所述左摇 杆(2C)和所述右摇杆(2D)的底端铰接，将左钩爪(2E)和左摇杆(2C)的铰接点记为F3,将 右钩爪(2F)和右摇杆(2D)的铰接点记为F4:所述左摇杆(2C)和所述右摇杆(2D)的顶端 均铰接到所述推杆(2B)的底端，将所述左摇杆(2C)、所述右摇杆(2D)和所述推杆(2B)的 共同铰接点记为F5;所述推杆(2B)的顶端与所述左机械爪舵机联动；通过所述左机械爪舵 机驱动所述推杆(2B)进行升降动作，进而控制所述左钩爪(2E)和所述右钩爪(2F)进行开 合动作。 3.根据权利要求2所述的应用在扑翼飞行器的仿生起落架系统，其特征在于，铰接点 F1到铰接点F2的距离为48mm:铰接点F2到右钩爪(2F)末端点的距离为工作臂长度，值为 35mm:铰接点F3到铰接点F1的距离为传动臂长度，值为17mm:铰接点F5到铰接点F4的距 离为30mm。 4.根据权利要求1所述的应用在扑翼飞行器的仿生起落架系统，其特征在于，所述作 动器机构包括固定设置于机体内部的机身隔框(3A),在所述机身隔框(3A)的腔体设置有 水平转动机架(3D),所述水平转动机架(3D)通过水平转动机架转轴(3E)与所述机身隔框 (3A)可转动连接：在所述机身隔框(3A)的腔体内部还设置有水平转动舵机(3F),所述水平 2
CN105416575A 权利要求书 2/3页 转动舵机(3F)的摇臂与水平连杆的一端铰接，所述水平连杆的另一端与所述水平转动机 架(3D)铰接，所述水平转动舵机(3F)驱动所述水平连杆动作，进而驱动所述水平转动机架 (3D)绕所述水平转动机架转轴(3E)进行水平方向转动： 在所述水平转动机架(3D)的架体内部设置有俯仰转轴(3H),所述俯仰转轴(3H)的两 端与所述水平转动机架(3D)的左右侧板较接：全动V尾摇杆(3G)的尾端安装全动V尾，所 述全动V尾摇杆(3G)的顶端固定到所述俯仰转轴(3H):另外，所述俯仰转轴(3)还固定 连接有与所述俯仰转轴(3H)垂直的俯仰转轴连杆(3C)； 在所述水平转动机架(3D)上固定安装有俯仰转动舵机(3B),所述俯仰转动舵机(3B) 的摇臂与俯仰连杆的一端铰接，所述俯仰连杆的另一端与所述俯仰转轴连杆(3C)铰接，所 述俯仰转动舵机(3B)驱动所述俯仰连杆进行俯仰动作，进而使所述俯仰转轴(3)转动，当 所述俯仰转轴(3)转动时，带动所述全动V尾摇杆(3G)进行俯仰方向的运动： 5.一种扑翼飞行器的起落控制方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1，当扑翼飞行器需要降落时，视觉导航单元的左摄像头和右摄像头采集环境图 像，并将采集到的环境图传输给图像处理器： 步骤2，图像处理器对环境进行三维重建，确定降落目标的位置和形状，并将确定的降 落目标的位置和形状传输给运动协调处理器； 步骤3，所述运动协调处理器对降落目标的位置和形状进行综合解析，计算得到扑翼的 扑动频率、扑动幅度、对机械爪单元的收拢控制命令以及对全动V尾的摆动控制命令： 步骤4，通过对扑翼的扑动频率和扑动幅度进行控制，实现向降落日标的靠近，并且，在 靠近降落目标的过程中，一方面，向全动V尾作动机构发送摆动控制命令，实现全动V尾的 水平方向转动或俯仰方向转动，进而平衡扑翼飞行器降落时带来的转动力矩； 另一方面，向机械爪单元发送收拢控制命令，机械爪单元在接收到收拢控制命令后，左 机械爪舵机驱动左机械爪进行收拢动作，同时，右机械爪舵机驱动右机械爪进行收拢动作， 最终使左机械爪和右机械爪合拢而夹紧降落目标，实现平稳降落； 步骤5，当扑翼飞行器需要起飞时，一方面，运动协调处理器向机械爪单元发送张开控 制命令，机械爪单元在接收到张开控制命令后，左机械爪舵机驱动左机械爪进行张开动作， 同时，右机械爪舵机驱动右机械爪进行张开动作，最终使左机械爪和右机械爪张开而释放 降落目标：同时，通过对扑翼的扑动频率、扑动幅度、全动V尾的摆动方式进而控制，最终实 现平稳起飞。 6.根据权利要求5所述的应用在扑翼飞行器的仿生起落架系统，其特征在于，步骤4 中，实现全动V尾的水平方向转动或俯仰方向转动，具体过程为： 通过以下方式控制全动V尾的水平方向转动：由于全动V尾通过全动V尾摇杆(3G)固 定于俯仰转轴(3H),俯仰转轴(3H)铰接在水平转动机架(3D):因此，水平转动舵机(3F)通 过水平连杆驱动水平转动机架(3D)绕水平转动机架转轴(3E)进行水平方向转动时，可带 动全动V尾摇杆(3G)进行水平方向转动，最终带动全动V尾进行水平方向转动： 通过以下方式控制全动V尾的俯仰方向转动：俯仰转动舵机(3B)驱动俯仰连杆进行俯 仰动作，进而使俯仰转轴(3)转动，当俯仰转轴(3)转动时，带动述全动V尾摇杆(3G)进 行俯仰方向的运动，最终带动全动V尾进行俯仰方向转动。 7.根据权利要求5所述的应用在扑翼飞行器的仿生起落架系统，其特征在于，步骤5 3
CN105416575A 权利要求书 3/3页 中，机械爪单元进行收拢动作，具体过程为： 机械爪单元的左机械爪和右机械爪同步进行收拢动作，其中，对于左机械爪，进行收拢 动作的具体过程为： 左机械爪舵机驱动推杆(2B)向上动作，推杆(2B)拉动左摇杆(2C)和右摇杆(2D)向 上运动，进而同步带动左钩爪(2E)和右钩爪(2F)分别绕铰接点F1和铰接点F2进行相向 运动，最终使左钩爪(2E)和右钩爪(2F)的尖部接触并夹紧降落目标
CN105416575A 说明书 1/7页 应用在扑翼飞行器的仿生起落架系统及起落控制方法 技术领域 [0001] 本发明属于扑翼飞行器设计技术领域，具体涉及一种应用在扑翼飞行器的仿生起 落架系统及起落控制方法。 背景技术 [0002]扑翼飞行器是一种模仿鸟类飞行的新概念飞行器，具有体积小、重量轻、使用灵 活、效率高等优势，如果搭载传感器和相关的数据传输和飞行控制系统，形成微型扑翼无人 机平台，就会具有广阔的应用前景。 [0003]围绕这一课题，各国已研制出可控飞行的扑翼飞行器，其中较成功的包括：美国 Aero Vironment公司与加利福尼亚大学合作的“Microbat”、荷兰Delft大学的“Delf1y”, 以及西北工业大学的“信鸽”扑翼飞行器等，但上述扑翼飞行器普遍采用手抛起飞和机体硬 着落的低效起降方式，无法实现像鸟类一样在狭窄空间（树木枝干或者建筑物顶部等）自 由降落和起飞。 [0004]现有专利大都针对扑翼飞行器的总体布局和扑动机构进行设计，很少有关注像鸟 类一样起降的问题。 [0005]中国专利“一种复合扑动的扑翼飞行器”（授权公告号CN102249001A,授权公告 日2011年11月23日)公开了一种复合扑动的扑翼飞行器，包含机身、扑翼和尾翼，扑翼驱 动机构将旋转动力装置的转动转化为摇臂的上下往复扑动：扑翼具有位于前缘的主梁和位 于主梁后方的辅助梁，主梁根部与扑翼驱动机构的摇臂上的盲孔插接，辅助梁根部与机身 上的锁扣装置铰接，固接于机身上的限位杆与机身对称平面平行，穿过扑翼辅助梁根部的 连接孔，扣入固接于机身上的锁扣。该发明虽然针对扑翼飞行器提供了一种具有较高气动 效率，较大的有效载荷的总体设计方案，但仍然采用手抛起飞和机体硬着落的低效起降方 式。 [0006]可见，目前己公开的各类扑翼飞行器，由于采用手抛起飞和机体硬着落的低效起 降方式，未能将扑翼飞行器的高效机动性充分发挥出来，严重制约着扑翼飞行器的应用前 景。 发明内容 [0007] 针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种应用在扑翼飞行器的仿生起落架系统 及起落控制方法，在安装该仿生起落架系统后，扑翼飞行器能够具有像鸟类一样的起降能 力，提高扑翼飞行器的高效机动性，扩大其应用范围和能力。 [0008]本发明采用的技术方案如下： [0009]本发明提供一种应用在扑翼飞行器的仿生起落架系统，包括：视觉导航单元、运动 协调处理器、机械爪单元和全动V尾作动机构： [0010]其中，所述视觉导航单元包括左摄像头、右摄像头和图像处理器；所述左摄像头和 所述右摄像头对称安装于扑翼飞行器的腹部前方：所述左摄像头和所述右摄像头均连接到 5
CN105416575A 说明书 2/7页 所述图像处理器； [0011]所述机械爪单元包括：左机械爪、右机械爪、左机械爪舵机和右机械爪舵机：所述 左机械爪和所述右机械爪横向对称安装于扑翼飞行器重心位置：所述左机械爪舵机和所述 右机械爪舵机安装于扑翼飞行器的机体内部；所述左机械爪舵机和所述左机械爪联动，用 于控制所述左机械爪的开合动作；所述右机械爪舵机和所述右机械爪联动，用于控制所述 右机械爪的开合动作； [0012]所述全动V尾作动机构包括：全动V尾和作动器机构：所述全动V尾安装于机体尾 部，所述作动器机构安装于机体内部，所述作动器机构用于控制所述全动V尾进行水平方 向转动或俯仰方向转动，进而平衡扑翼飞行器降落或起飞时带来的转动力矩： [0013]所述运动协调处理器安装于扑翼飞行器的机体内部，分别与所述图像处理器、所 述左机械爪舵机、所述右机械爪舵机和所述作动器机构连接。 [o014]优选的，所述左机械爪和所述右机械爪为对称结构； [0015]对于所述左机械爪，为铰链四杆机构，包括：安装基板(2A)、推杆(2B)、左摇杆 (2C)、右摇杆(2D)、左钩爪(2E)和右钩爪(2F); [0016]所述安装基板(2A)垂直设置，包括一体成形的竖向基板(2A-1)、左吊耳(2A-2) 和右吊耳(2A-3):所述竖向基板(2A-1)的顶端固定在机体底部重心位置：所述竖向基板 (2A-1)的底部对称设置所述左吊耳(2A-2)和所述右吊耳(2A-3); [0017]所述左钩爪(2E)和所述右钩爪(2F)的中部分别铰接在所述左吊耳(2A-2)和所 述右吊耳(2A-3)上，将左钩爪(2E)和左吊耳(2A-2)的铰接点记为F1,将右钩爪(2F)和右 吊耳(2A-3)的铰接点记为F2:所述左钩爪(2E)和所述右钩爪(2F)的顶端分别与所述左 摇杆(2C)和所述右摇杆(2D)的底端铰接，将左钩爪(2E)和左摇杆(2C)的铰接点记为F3, 将右钩爪(2F)和右摇杆(2D)的铰接点记为F4;所述左摇杆(2C)和所述右摇杆(2D)的顶 端均铰接到所述推杆(2B)的底端，将所述左摇杆(2C)、所述右摇杆(2D)和所述推杆(2B) 的共同铰接点记为F5;所述推杆(2B)的顶端与所述左机械爪舵机联动：通过所述左机械爪 舵机驱动所述推杆(2B)进行升降动作，进而控制所述左钩爪(2E)和所述右钩爪(2)进行 开合动作。 [0018]优选的，铰接点F1到铰接点F2的距离为48mm:铰接点F2到右钩爪(2F)末端点 的距离为工作臂长度，值为35mm:铰接点F3到铰接点F1的距离为传动臂长度，值为17mm: 铰接点F5到铰接点F4的距离为30mm。 [0019] 优选的，所述作动器机构包括固定设置于机体内部的机身隔框(3)，在所述机身 隔框(3A)的腔体设置有水平转动机架(3D),所述水平转动机架(3D)通过水平转动机架转 轴(3E)与所述机身隔框(3A)可转动连接；在所述机身隔框(3A)的腔体内部还设置有水平 转动舵机(3F),所述水平转动舵机(3F)的摇臂与水平连杆的一端铰接，所述水平连杆的另 一端与所述水平转动机架(3D)铰接，所述水平转动舵机(3F)驱动所述水平连杆动作，进而 驱动所述水平转动机架(3D)绕所述水平转动机架转轴(3E)进行水平方向转动： [0020]在所述水平转动机架(3D)的架体内部设置有俯仰转轴(3H),所述俯仰转轴(3H 的两端与所述水平转动机架(3D)的左右侧板铰接：全动V尾摇杆(3G)的尾端安装全动V 尾，所述全动V尾摇杆(3G)的顶端固定到所述俯仰转轴(3H):另外，所述俯仰转轴(3D)还 固定连接有与所述俯仰转轴(3)垂直的俯仰转轴连杆(3C):-- 6
CN105416575A 说 明书 3/7页 [0021] 在所述水平转动机架(3D)上固定安装有俯仰转动舵机(3B),所述俯仰转动舵机 (3B)的摇臂与俯仰连杆的一端铰接，所述俯仰连杆的另一端与所述俯仰转轴连杆(3C)铰 接，所述俯仰转动舵机(3B)驱动所述俯仰连杆进行俯仰动作，进而使所述俯仰转轴(3)转 动，当所述俯仰转轴(3)转动时，带动所述全动V尾摇杆(3G)进行俯仰方向的运动。 [0022]本发明提供一种扑翼飞行器的起落控制方法，包括以下步骤： [0023]步骤1，当扑翼飞行器需要降落时，视觉导航单元的左摄像头和右摄像头采集环境 图像，并将采集到的环境图传输给图像处理器： [0024]步骤2，图像处理器对环境进行三维重建，确定降落目标的位置和形状，并将确定 的降落目标的位置和形状传输给运动协调处理器： [0025]步骤3，所述运动协调处理器对降落目标的位置和形状进行综合解析，计算得到扑 翼的扑动频率、扑动幅度、对机械爪单元的收拢控制命令以及对全动V尾的摆动控制命令； [0026]步骤4，通过对扑翼的扑动频率和扑动幅度进行控制，实现向降落目标的靠近，并 且，在靠近降落目标的过程中，一方面，向全动V尾作动机构发送摆动控制命令，实现全动V 尾的水平方向转动或俯仰方向转动，进而平衡扑翼飞行器降落时带来的转动力矩： [0027]另一方面，向机械爪单元发送收拢控制命令，机械爪单元在接收到收拢控制命令 后，左机械爪舵机驱动左机械爪进行收拢动作，同时，右机械爪舵机驱动右机械爪进行收拢 动作，最终使左机械爪和右机械爪合拢而夹紧降落目标，实现平稳降落： [0028]步骤5，当扑翼飞行器需要起飞时，一方面，运动协调处理器向机械爪单元发送张 开控制命令，机械爪单元在接收到张开控制命令后，左机械爪舵机驱动左机械爪进行张开 动作，同时，右机械爪舵机驱动右机械爪进行张开动作，最终使左机械爪和右机械爪张开而 释放降落目标：同时，通过对扑翼的扑动频率、扑动幅度、全动V尾的摆动方式进而控制，最 终实现平稳起飞。 [0029] 优选的，步骤4中，实现全动V尾的水平方向转动或俯仰方向转动，具体过程为： [0030] 通过以下方式控制全动V尾的水平方向转动：由于全动V尾通过全动V尾摇杆 (3G)固定于俯仰转轴(3HD),俯仰转轴(3HD)铰接在水平转动机架(3D);因此，水平转动舵机 (3F)通过水平连杆驱动水平转动机架(3D)绕水平转动机架转轴(3)进行水平方向转动 时，可带动全动V尾摇杆(3G)进行水平方向转动，最终带动全动V尾进行水平方向转动： [0031们通过以下方式控制全动V尾的俯仰方向转动：俯仰转动舵机(3B)驱动俯仰连杆 进行俯仰动作，进而使俯仰转轴(3D)转动，当俯仰转轴(3)转动时，带动述全动V尾摇杆 (3G)进行俯仰方向的运动，最终带动全动V尾进行俯仰方向转动。 [0032] 优选的，步骤5中，机械爪单元进行收拢动作，具体过程为： 「00331 机械爪单元的左机械爪和右机械爪同步进行收拢动作，其中，对于左机械爪，进行 收拢动作的具体过程为： [0034]左机械爪舵机驱动推杆(2B)向上动作，推杆(2B)拉动左摇杆(2C)和右摇杆(2D) 向上运动，进而同步带动左钩爪(2E)和右钩爪(2F)分别绕铰接点1和铰接点F2进行相 向运动，最终使左钩爪(2E)和右钩爪(2F)的尖部接触并夹紧降落目标。 [0035] 本发明提供的应用在扑翼飞行器的仿生起落架系统及起落控制方法具有以下优 点： [0036] 本发明提供的仿生起落架系统，可使扑翼飞行器完全实现像鸟类一样自由栖停与 7
CN105416575A 说 明书 4/7页 起降，因此，在侦察过程中，可以栖停于被侦察对象附近的建筑物或其他目标上，从而代替 过去盘旋甚至悬停等起降方法，本发明大大降低扑翼飞行器能耗，增加续航时间和巡航范 围。 附图说明 [0037] 图1为本发明提供的仿生起落架系统的工作原理结构图； [0038] 图2为本发明提供的仿生起落架系统安装到扑翼飞行器后的结构示意图： [0039] 图3为本发明提供的机械爪的结构示意图： [0040] 图4为图3增加重要尺寸后的结构示意图： [0041] 图5为本发明提供的全动V尾作动机构的结构示意图： [0042] 图6为图5中作动机构在另一个视角下的结构示意图。 具体实施方式 [0043]为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合 附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以 解释本发明，并不用于限定本发明。 [0044]本发明提供一种应用在扑翼飞行器的仿生起落架系统，可使扑翼飞行器具有像鸟 类一样的起降能力，进而大大增加其应用范围和能力。例如，在进行侦查过程中，由于扑翼 飞行器具有像鸟类一样的栖停功能，则可以降落在被侦查日标附近的树木枝干或者建筑物 顶部，由于其本身具有仿生外观，从而可以更隐蔽高效地完成任务，进一步提高续航能力和 巡航距离。 [0045]结合图1，为仿生起落架系统的工作原理结构图；结合图2，为仿生起落架系统安 装到扑翼飞行器后的结构示意图：仿生起落架系统，包括：视觉导航单元、运动协调处理 器、机械爪单元和全动V尾作动机构。其中，1表示视觉导航单元、2表示机械爪单元、3表 示全动V尾作动机构、4表示机身、5表示扑翼、6表示扑动机构、7表示V尾安定面、8表示V 尾舵面。 [0046] 以下对各个部件详细介绍： [0047] (一)视觉导航单元 [0048] 视觉导航单元包括左摄像头、右摄像头和图像处理器：左摄像头和右摄像头对称 安装于扑翼飞行器的腹部前方：左摄像头和右摄像头均连接到图像处理器。 [0049] (二)机械爪单元 [0050] 如图3和图4所示，机械爪单元包括：左机械爪、右机械爪、左机械爪舵机和右机械 爪舵机：左机械爪和右机械爪横向对称安装于扑翼飞行器重心位置；左机械爪舵机和右机 械爪舵机安装于扑翼飞行器的机体内部；左机械爪舵机和左机械爪联动，用于控制左机械 爪的开合动作：右机械爪舵机和右机械爪联动，用于控制右机械爪的开合动作。 [0051]对于左机械爪和右机械爪，为对称结构：仅以左机械爪为例： [0052]对于左机械爪，为铰链四杆机构，包括：安装基板2A、推杆2B、左摇杆2C、右摇杆 2D、左钩爪2E和右钩爪2F: [0053] 安装基板2A垂直设置，包括一体成形的竖向基板2A-1、左吊耳2A-2和右吊耳 8
CN105416575A 说 明书 5/7页 2A-3:竖向基板2A-1的顶端固定在机体底部重心位置：竖向基板2A-1的底部对称设置左 吊耳2A-2和右吊耳2A-3: [0054]左钩爪2E和右钩爪2F的中部分别铰接在左吊耳2A-2和右吊耳2A-3上，将左钩 爪2E和左吊耳2A-2的铰接点记为F1,将右钩爪2F和右吊耳2A-3的铰接点记为F2;左钩 爪2E和右钩爪2F的顶端分别与左摇杆2C和右摇杆2D的底端铰接，将左钩爪2E和左摇杆 2C的较接点记为F3,将右钩爪2F和右摇杆2D的铰接点记为F4:左摇杆2C和右摇杆2D的 顶端均铰接到推杆2B的底端，将左摇杆2C、右摇杆2D和推杆2B的共同铰接点记为F5:推 杆2B的顶端与左机械爪舵机联动：通过左机械爪舵机驱动推杆2B进行升降动作，进而控制 左钩爪2E和右钩爪2P进行开合动作。 [0055]实际应用中，机械爪的几何特征描述如下： [0056] 铰接点F1到铰接点F2的距离为48mm;铰接点F2到右钩爪2F末端点的距离为工 作臂长度，值为35mm:铰接点F3到铰接点F1的距离为传动臂长度，值为17mm:铰接点F5到 铰接点F4的距离为30mm。 [0057]（三)全动V尾作动机构 [0058]如图5和图6所示，全动V尾作动机构包括：全动V尾和作动器机构；全动V尾安 装于机体尾部，作动器机构安装于机体内部，作动器机构用于控制全动V尾进行水平方向 转动或俯仰方向转动，进而平衡扑翼飞行器降落或起飞时带来的转动力矩； [0059]具体的，作动器机构包括固定设置于机体内部的机身隔框3A,在机身隔框3A的腔 体设置有水平转动机架3D,水平转动机架3D通过水平转动机架转轴3E与机身隔框3A可转 动连接；在机身隔框3A的腔体内部还设置有水平转动舵机3F,水平转动舵机3F的摇臂与 水平连杆的一端铰接，水平连杆的另一端与水平转动机架3D铰接，水平转动舵机3F驱动水 平连杆动作，进而驱动水平转动机架3D绕水平转动机架转轴3E进行水平方向转动； [0060]在水平转动机架3D的架体内部设置有俯仰转轴3H,俯仰转轴3H的两端与水平转 动机架3D的左右侧板较接：全动V尾摇杆3G的尾端安装全动V尾，全动V尾摇杆3G的顶 端固定到俯仰转轴3H:另外，俯仰转轴3H还固定连接有与俯仰转轴3H垂直的俯仰转轴连 杆3C; [0061] 在水平转动机架3D上固定安装有俯仰转动舵机3B,俯仰转动舵机3B的摇臂与俯 仰连杆的一端铰接，俯仰连杆的另一端与俯仰转轴连杆3C铰接，俯仰转动舵机3B驱动俯仰 连杆进行俯仰动作，进而使俯仰转轴3H转动，当俯仰转轴3H转动时，带动全动V尾摇杆3G 进行俯仰方向的运动。 [0062] 实际应用中，全动V尾的几何特征描述如下： [0063] 1、全动V尾的作动机构的机身隔框外形为55mm×60mm [00641 2、俯仰转动舵机3B和水平转动舵机3F的摇臂均为5mm [0065] 3、俯仰转动舵机的俯仰转轴连杆3C与俯仰转动舵机3B摇臂相连的连杆长为15mm [0066] 4、水平转动舵机的水平转动机架转轴3E与水平转动舵机3F摇臂相连的连杆长为 20mm [0067] 5、V尾安定面7与全动V尾的俯仰转轴相连的摇杆长为160mm [0068] (四)运动协调处理器 [0069] 运动协调处理器安装于扑翼飞行器的机体内部，分别与图像处理器、左机械爪舵 9
CN105416575A 说明书 6/7页 机、右机械爪舵机和作动器机构连接。 [0070]本发明还提供一种扑翼飞行器的起落控制方法，包括以下步骤： [0071]步骤1，当扑翼飞行器需要降落时，视觉导航单元的左摄像头和右摄像头采集环境 图像，并将采集到的环境图传输给图像处理器： [0072]步骤2，图像处理器对环境进行三维重建，确定降落目标的位置和形状，并将确定 的降落目标的位置和形状传输给运动协调处理器： [0073]步骤3，运动协调处理器对降落目标的位置和形状进行综合解析，计算得到扑翼的 扑动频率、扑动幅度、对机械爪单元的收拢控制命令以及对全动V尾的摆动控制命令： [0074]步骤4，通过对扑翼的扑动频率和扑动幅度进行控制，实现向降落目标的靠近，并 且，在靠近降落目标的过程中，一方面，向全动V尾作动机构发送摆动控制命令，实现全动V 尾的水平方向转动或俯仰方向转动，进而平衡扑翼飞行器降落时带来的转动力矩： [0075]另一方面，向机械爪单元发送收拢控制命令，机械爪单元在接收到收拢控制命令 后，左机械爪舵机驱动左机械爪进行收拢动作，同时，右机械爪舵机驱动右机械爪进行收拢 动作，最终使左机械爪和右机械爪合拢而夹紧降落目标，实现平稳降落； [0076]本步骤中，实现全动V尾的水平方向转动或俯仰方向转动，具体过程为： [0077] 通过以下方式控制全动V尾的水平方向转动：由于全动V尾通过全动V尾摇杆3G 固定于俯仰转轴3H,俯仰转轴3H铰接在水平转动机架3D:因此，水平转动舵机3F通过水平 连杆驱动水平转动机架3D绕水平转动机架转轴3E进行水平方向转动时，可带动全动V尾 摇杆3G进行水平方向转动，最终带动全动V尾进行水平方向转动； [0078]通过以下方式控制全动V尾的俯仰方向转动：俯仰转动舵机3B驱动俯仰连杆进行 俯仰动作，进而使俯仰转轴3H转动，当俯仰转轴3H转动时，带动述全动V尾摇杆3G进行俯 仰方向的运动，最终带动全动V尾进行俯仰方向转动。 [0079]步骤5，当扑翼飞行器需要起飞时，一方面，运动协调处理器向机械爪单元发送张 开控制命令，机械爪单元在接收到张开控制命令后，左机械爪舵机驱动左机械爪进行张开 动作，同时，右机械爪舵机驱动右机械爪进行张开动作，最终使左机械爪和右机械爪张开而 释放降落目标：同时，通过对扑翼的扑动频率、扑动幅度、全动V尾的摆动方式进而控制，最 终实现平稳起飞。 [0080]本步骤中，机械爪单元进行收拢动作，具体过程为： [0081] 机械爪单元的左机械爪和右机械爪同步进行收拢动作，其中，对于左机械爪，进行 收拢动作的具体过程为： [0082]左机械爪舵机驱动推杆2B向上动作，推杆2B拉动左摇杆2C和右摇杆2D向上相 向运动，进而同步带动左钩爪2E和右钩爪2F分别绕较接点F1和铰接点F2进行相向运动， 最终使左钩爪2E和右钩爪2F的尖部接触并夹紧降落目标。 [0083]当然，如果左机械爪舵机驱动推杆2B向下动作时，左摇杆2C和右摇杆2D相背运 动，即为为机械爪的放松动作。通过两个机械爪的配合，可以保证在六个自由度上将扑翼飞 行器固定。 [0084]本发明的关键点是该仿生型起落架的总体布局，为了实现扑翼飞行器的栖停功 能，增加了仿生起落架装置，该装置包含视觉导航单元、运动协调处理器、机械爪单元和全 动V尾。并且，该机械爪和全动V尾作动机构具有特定的几何特征，从而能够实现扑翼飞行 10