1.本发明涉及跳跃滑翔飞行器领域，种具重复作方具体涉及一种具备可重复跳跃和滑翔功能的跳跃飞行器结构。
背景技术：
2.无论是和滑对动物还是移动机器人来说，在非结构化环境中运动都对二者提出了重大的翔功挑战。这是飞行法由于在其运动环境(包括陆地、水生环境、器结其工空中环境)中往往都存在着结构形状、构及大小和机械特性的种具重复作方显著变化。这时，跳跃就需要采用一些特定的和滑运动方式来减小跨越这些环境所需的能量损耗，例如跳跃。翔功因此，飞行法许多的器结其工研究者从中获取灵感，模仿和利用动物的构及生理结构和功能来设计跳跃机器人。
3.而后，种具重复作方又有研究者提出可以增加机翼来延长跳跃机器人的飞行时间，并利用机器人在跳跃阶段中产生的动能和势能来增加机器人整体的机动性，同时，在加上机翼后可以减小着陆时存在的破坏性冲击力。早在2014年，m.woodward等人就根据吸血蝙蝠的运动，提出了一种具有跳跃和滑翔能力的微型机器人multimo bat，该机器人能实现3m的跳跃高度和接近0.9的滑翔比。
4.然而，在飞行器的设计领域，却尚未见到有将飞行器的机身作为跳跃结构的飞行器设计。且由于大部分的跳跃滑翔飞行器受到自身重量的限制，储能结构储存的用于跳跃的能量较少，因此跳跃的高度都不高，很少有超过50cm的跳跃高度，这会极大地限制飞行器的运动范围。
技术实现要素：
5.本发明针对以上问题，提出了一种具备可重复跳跃和滑翔功能的飞行器结构，减小了因增加跳跃结构带来的额外质量并有效提高滑翔机的跳跃高度。
6.本发明的技术方案为：所述飞行器包括机身、一对机翼以及连接在机翼上的翼膜1；
7.所述机身包括头部外壳8、底座外壳10以及连接在二者之间的若干碳纤维杆7，在所述头部外壳8和底座外壳10之间设有用于弯曲碳纤维杆7的跳跃驱动组件，在所述底座外壳10中则设有用于收起机翼的折叠驱动组件；
8.所述跳跃驱动组件包括电机一23、栏杆14、闩锁802、复位扭簧20、绕绳轮、连接绳一9以及触发圆锥15；
9.所述电机一23固定连接在头部外壳8中，所述栏杆14通过销钉22可翻转的铰接在头部外壳8底部，并且在所述销钉22上套装所述复位扭簧20，所述复位扭簧20的两端分别抵住栏杆14以及头部外壳8，使栏杆14保持向上翻转的运动趋势，所述闩锁802的顶端固定连接在头部外壳8侧壁上，并且处在栏杆14的一旁，当栏杆14向上翻转至上极限位置时与闩锁802保持搭接，并被闩锁802锁止；所述绕绳轮转动连接在栏杆14上，并且在栏杆14向上翻转至上极限位置时与电机一23的输出轴保持接触；所述连接绳一9的两端分别固定连接绕绳
轮以及底座外壳10，并且在连接绳一9上固定连接所述触发圆锥15；
10.这样，初始状态如图2所示，多个碳纤维杆7自然伸直，此时头部外壳8、底座外壳10具有较远的间隔，栏杆14在上极限位置被闩锁802锁止，绕绳轮则与电机一23的输出轴保持接触；需要使其做出弹跳时，可控制电机动作，以驱动绕绳轮旋转，从而逐渐收起连接绳一9，使得头部外壳8和底座外壳10逐渐靠近，碳纤维杆7则逐渐弯曲进行储能；此后，随着连接绳一9的不断收起，触发圆锥15也将不断靠近闩锁802，最终将与闩锁802接触并顶开闩锁802，如图3所示，从而使得绕绳轮以及栏杆整体向下翻转，以致绕绳轮失去动力，碳纤维杆7在回复力影响下快速复位，实现机身的跳跃动作。
11.在机身完成跳跃后，由于复位扭簧20的存在，栏杆14也将重新向上翻转复位，并最终被闩锁802锁止，等待下一次的驱动。
12.所述折叠驱动组件包括固定连接在底座外壳10中的电机二25、固定连接在电机二25输出轴上的卷筒26以及一端固定连接在卷筒26上的连接绳二21，所述机翼包括翼杆一2、翼杆二5，所述翼杆二5的一端铰接在所述头部外壳8上，另一端则与翼杆一2铰接，在翼杆二5两端的铰接位置套装有扭簧，使得翼杆一2、翼杆二5均保持向上翻转的运动趋势，所述翼杆一2远离翼杆二5的一端还与连接绳二21固定相连。
13.机翼完全展开时如图1所示，此时翼杆一2、翼杆二5在扭簧的影响下趋近于与机身垂直的状态，当机翼需要折叠收起时，可控制电机二25工作，以转动卷筒26，从而收起连接绳二21，拉拽翼杆一2的远端折叠机翼至如图2或3所示的状态；需要再次展开时，则控制电机二25反转即可。
14.进一步的，所述碳纤维杆7端头处设有尼龙布11，所述尼龙布11通过扎带12与头部外壳8或底座外壳10固定相连。
15.进一步的，所述闩锁802由弹性材料制成，并且呈片状，所述闩锁802的顶端与头部外壳8的侧壁固定连接；所述闩锁802的中部设有用于搭接栏杆14的台阶面，从而便于栏杆14向上翻转复位后能够稳定的搭接闩锁802，并被其锁止；
16.所述闩锁802的底部呈弧形，所述触发圆锥15的上部呈上小下大的圆锥状，从而使得底部与触发圆锥接触后可以被顺利的弹开触发。
17.进一步的，所述连接绳一9的一端固定连接在连接板16上，所述连接板16固定连接底座外壳10，所述连接绳一9的另一端固定连接在绕绳轮上，并且在绕绳轮上缠绕有若干圈。
18.进一步的，所述连接绳二的一端固定连接在卷筒26上，并且在卷筒26上缠绕有若干圈。
19.进一步的，所述翼杆一2的一端固定连接所述连接绳二21，另一端则固定连接有关节连接件一3，所述翼杆二5的两端则分别固定连接有关节连接件二4以及翼根关节7；
20.所述翼根关节7与头部外壳8铰接，并且在二者的铰接轴上套装有抵住二者的扭簧；同样的，所述关节连接件一3与关节连接件二4铰接，并且在二者的铰接轴上套装有抵住二者的扭簧。
21.进一步的，所述翼膜1呈三角形，其中一个边同时与翼杆一2及翼杆二5保持连接，该边相对的顶角处则固定连接所述底座外壳10。
22.按以下方法进行工作：
23.控制板13控制电机一23转动，使底座外壳10和头部外壳8不断接近，飞行器进入储能阶段，此时，电机二25保持停止，并且机翼保持收缩状态；直至闩锁802被触发圆锥15顶开，弹性势能转化为飞行器跳跃的动能，此时控制板13中的加速度传感器上采集到飞行器加速度的变化，从而控制电机一23停转，复位扭簧20将栏杆14重新复位搭接所述闩锁802，为下一次跳跃做好准备；
24.通过控制板13中的加速度传感器采集到的加速度数据，对其进行积分得到飞行器的速度值，根据该速度值判断飞行器目前的运动状态，当飞行器跳跃到最高点附近时，此时的速度值接近于零，控制板13控制电机二25正转使机翼展开，进入滑翔阶段；直至飞行器滑翔落地，控制板13控制电机二25反转收缩机翼。
25.本发明的有益效果为：
26.一、本案采用碳纤维杆作为其运动所需能量的储能部件，并将其与滑翔机的机身集成到一起，通过共享跳跃和滑翔模式所需的组件来减少结构组件数量，从而降低其整体质量，提高整体的运动性能，有效地提高了滑翔机的运动范围，扩展了它的应用范围。
27.二、由于碳纤维材料质量小、弹性模量高，因此可以以较小的质量获得较大的势能，减少了质量对飞行性能的影响，并获得较高的跳跃高度，有效地解决了跳跃滑翔飞行器存在的跳跃高度不足的问题。
28.三、本案可以实现重复跳跃的功能。该功能增加了滑翔机的运动范围，为提高滑翔机的运动性能提供了一种可靠的设计。
29.四、本案采用可折叠的机翼结构，通过折叠机翼来降低在跳跃过程中产生的空气阻力，从而提高跳跃的高度，有效地解决了跳跃滑翔飞行器存在的因翅膀带来的空气阻力过大的问题。
附图说明
30.图1是本案中飞行器的结构示意图，
31.图2是本案中飞行器翅膀收缩时的结构示意图，
32.图3是图2中i处的局部放大图
33.图4是本案中飞行器起跳准备阶段时的结构示意图，
34.图5是本案中跳跃触发装置的结构示意图，
35.图6是图5中a-a截面的剖视图，
36.图7是跳跃触发装置触发后的示意图，
37.图8是本案中翼杆关节处的结构示意图，
38.图9是本案中翼杆关节弯曲后的参考图，
39.图10是本案中飞行器底座部分的结构示意图，
40.图11是图10中b-b截面的剖视图；
41.图中1是翼膜，2是翼杆一，3是关节连接件一，4是关节连接件二，5是翼杆二，6是翼根关节，7是碳纤维杆，8是头部外壳，801是挡板，802是闩锁，9是连接绳一，10是底座外壳，11是尼龙布，12是扎带，13是控制板，14是栏杆，15是触发圆锥，16是连接板，17是螺钉，18是螺母，19是电池，20是复位扭簧，21是连接绳二，22是销钉，23是电机一，24是关节扭簧，25是电机二，26是卷筒。
具体实施方式
42.为能清楚说明本专利的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本专利进行详细阐述。
43.如图1所示，本发明所设计的一种具备可重复跳跃和滑翔功能的飞行器结构主要包括跳跃结构、复位结构、机翼折叠结构和机翼驱动结构。
44.如图2-4所示，飞行器的跳跃功能主要是由4根均匀排布的碳纤维杆7实现的，图2是碳纤维杆7弯曲的起始阶段，图3是碳纤维杆7弯曲的结束阶段。碳纤维杆7的两端设有与其胶接的尼龙布11，多个尼龙布11通过扎带12与头部外壳8或底座外壳10保持固定相连，同时碳纤维杆7端头的两侧还设有与头部外壳8或底座外壳10固定相连的挡板801，以确保碳纤维杆在弯曲过程中保持受力均匀。
45.如图4和图6所示，连接绳一9一端与电机一23的轴胶接，另一端与连接板16绑定，而连接板16通过两侧的螺钉连接与底座外壳10相连。因此，可以通过电机一23轴的转动将连接绳一9缠绕在轴上，从而缩短头部外壳8和底座外壳10之间的距离来弯曲4根碳纤维杆7，达到积蓄弹性势能的目的。
46.如图4-7所示，飞行器的跳跃触发结构主要由头部外壳8、栏杆14、触发圆锥15、闩锁802和销钉22组成。当弹性势能积蓄到临界值时，需要用一个触发结构来将其释放。所述触发圆锥15串连在连接绳一9上，且触发圆锥15在重力的作用下会始终处于连接板16的上表面。所述栏杆14在跳跃结构未触发时一端通过销钉22与头部外壳8铰接，一端放置在闩锁802上面，从图5中可以看到，连接绳一9绕过了栏杆14上的轴。当弹性势能积蓄到临界值时，即触发圆锥15在连接板16的作用下顶到了闩锁802时，触发圆锥15在继续上升的过程中会将闩锁802逐渐向外侧顶出，直到闩锁802脱离栏杆14，此时，栏杆14的一侧会失去支撑，并在绕在栏杆14上的连接绳一9的作用力下绕着销钉22向下旋转。紧接着缠绕在电机一23轴上的连接绳一9会迅速向下脱出，碳纤维杆7失去了约束力，会迅速回弹绷直，从而实现弹性势能到动能的转化。
47.如图4和图7所示，飞行器的复位结构主要由120度复位扭簧20、栏杆14和头部外壳8组成。所述复位扭簧20与栏杆14共用同一根销钉22与头部外壳8铰接，复位扭簧20的一端紧靠头部外壳8，另一端紧靠栏杆14。当跳跃结构触发后，栏杆14会绕着销钉22向下旋转，此时复位扭簧20上的弹性力会增大，直到连接绳一9上的力释放完毕后，栏杆14会在复位扭簧20弹性力的作用下绕着销钉22向上旋转，重新回到闩锁802的上方，为下一次的跳跃做好准备，从而实现重复跳跃的功能。
48.如图1和图8-9所示，飞行器机翼的折叠结构主要由翼膜1、翼杆一2、翼杆二5、关节连接件一3、关节连接件二4、翼根关节6、关节扭簧24、螺钉17和螺母18组成。所述关节连接件一3、关节连接件4和180度的关节扭簧24共用同一根螺钉17进行铰接，翼根关节6处的连接方式类似，故不再赘述。
49.所述飞行器的机翼两侧对称布置，故只对其一侧机翼结构进行介绍。所述翼膜1的上端通过胶带与翼杆一2和翼杆二5连接，下端与底座外壳10胶接。翼膜1可以跟随着翼根关节6做最大90
°
范围内的收缩，并跟随翼杆一2和翼杆二5绕着螺钉17转动。
50.所述关节扭簧24可以实现对机翼的被动展开，在不受外力作用的情况下，关节扭簧24的弹性力可以将机翼的翼杆一2和翼杆二5保持在同一直线上，并将机翼水平展开。
51.如图4和图10-11所示，飞行器机翼的收缩或展开结构主要由电机二25、卷筒26、连接绳二20和底座外壳10组成。所述电机二25和卷筒26均放置在底座外壳10内部，电机二25的上端由连接板16进行限制。所述连接绳二21穿过卷筒26下端的两个小孔，其两端分别与两根翼杆一2的末端固定。由此可以通过控制电机二25的转动带动连接绳二20缠绕在卷筒上，从而实现对机翼的收缩。同时，只需逆向转动电机二25，在关节扭簧24的弹性力作用下就可以完成对机翼的展开。
52.如图1-11所示，飞行器整体运动模式的控制主要由控制板13、电机一23、电机二25和电池19实现。所述控制板13和电池19均使用胶带连接在头部外壳8上，其中控制板13连接在闩锁802上方的空槽中，两块电池19分别连接在头部外壳8的两侧。控制板13上具有加速度传感器、电机驱动模块、tf卡读写模块等功能模块，可以实现对飞行器运动模式的切换、运动数据采集、电机的正反转等功能。
53.本飞行器可以实现可重复跳跃和滑翔这两个功能，通过控制板13上的加速度传感器和电机驱动模块可以对飞行器的运动和运动模式的切换进行控制。飞行器的整体运动过程为，控制板13控制电机一23转动，使底座外壳10和头部外壳8不断接近，飞行器进入储能阶段，此时，电机二25保持停止，并且机翼保持收缩状态；直至闩锁802被触发圆锥15顶开，弹性势能转化为飞行器跳跃的动能，此时控制板13中的加速度传感器上采集到飞行器加速度的变化，从而控制电机一23停转，复位扭簧20将栏杆14重新复位搭接所述闩锁802，为下一次跳跃做好准备；
54.通过控制板13中的加速度传感器采集到的加速度数据，对其进行积分得到飞行器的速度值，根据该速度值判断飞行器目前的运动状态，当飞行器跳跃到最高点附近时，此时的速度值接近于零，控制板13控制电机二25正转使机翼展开，进入滑翔阶段；直至飞行器滑翔落地，控制板13控制电机二25反转收缩机翼。同时控制电机一23转动，进入下一次的储能阶段。
55.本飞行器可重复跳跃和滑翔的功能可以帮助它在崎岖地形中快速前进，并且通过在飞行器上加装图传模块，可以实现对未知区域的侦察作业。
56.本飞行器使用4根碳纤维杆同时作为飞行器的机身和跳跃结构，利用碳纤维材料弹性模量高、质量轻、容易获取的优点，获得了较高的比能，减轻了飞行器的质量，降低了飞行器的制造成本，提高了飞行器的运动性能。
57.本飞行器可以实现可重复跳跃和滑翔这两大功能，经实验测量，本飞行器的最大跳跃高度可达4m，有效地增强了滑翔机的运动性能，且其结构简单，质量轻，运动状态的切换控制简单，成本低，运动性能好。
58.本发明具体实施途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。