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设计与制造
传感器与微系统（Transducer and Microsystem Technologies）
2019年第38卷第1期
DOI:10.13873/J.10009787 (2019)01-006405
仿昆扑翼微飞行器电磁驱动电路设计与制造
吴彬彬，张卫平，邹阳，王晨阳，孙浩，陈畅
（微米/纳米加工技术重点实验室薄膜与微细技术教育部重点实验室
上海市北斗导航与位置服务重点实验室上海交通大学电子信息与电气工程学院微纳电子学系，上海200240）摘要：针对电磁驱动方式的仿昆扑翼微飞行器，设计了电磁线圈驱动电路，电路能够驱动微飞行器扑动双翼。驱动电路利用电池组和升压(BOOST)电路实现电路供电。研制了产生两路电压控制信号的最小系统板，能够在上位机在线实时控制输出信号的频率和幅值。电压控制信号通过电路后，电路输出稳定驱动电流，实现对仿昆扑翼微飞行器翅膀的控制
关键词：扑翼冀微飞行器；电磁驱动；BOOST电路；劈裂信号
中图分类号：TN7
文献标识码：A
文章编号：1000-9787（2019)01-0064-05
Design and fabrication of electromagnetic driver circuit for insect-inspired flapping-wing micro aerial vehicle WU Bin-bin, ZHANG Wei-ping, ZOU Yang, WANG Chen-yang, SUN Hao, CHEN Chang( National Key Laboratory of Science and Technology on Nano/Micro Fabrication,Key Laboratory
for Thin Film and Micro Fabrication of Ministry of Education,Shanghai Key Laboratory of Navigation and Location-Based Services, Department of Micro-Nano Electronics, School of
Electronic Information and Electrical Engineering,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240,China) Abstract: An electromagnetic coil driving circuit for micro-aircraft which is electromagnetically driven is designed,the circuit can drive the wings of micro-aircraft to flap. The power supply of this drive circuit is a battery pack with a BOOST circuit. The smallest system board which produces two-path voltage control signals is researched and fabricated, which can control frequency and amplitude of output signals on the host computer in real time. The circuit will output a stable driving current when voltage control signals is applied the wings of the insect-inspired flapping-wing of micro aerial vehicle can be controlled.
Keywords : flapping-wing micro aerial vehicle; electromagnetically driven; BOOST circuit; split signal
0引言
微型飞行器不管在军用还是民用方面都具有非凡的实用价值，由于其体积微小，可应用于侦查、救灾、环境监测、监控等领域。研究人员通过研究昆虫的飞行机理，设计出了仿昆扑翼微飞行器。除结构设计之外，控制也是设计中非常重要的一部分
文献[1]设计并制造了一个电磁驱动方式的仿昆扑翼
微飞行器，质量为80mg，冀展（两翼展开时的宽度)3.5cm。针对该飞行器本文设计了驱动系统，对其成功起飞起到了极其重要的作用。选择电磁驱动因其具有结构简单、响应快、带宽大，最重要的是，整个飞行器能够实现结构紧凑。该飞行器上的电磁驱动器包括钕铁硼磁铁和镀铜线圈，磁
收稿日期：2017-12-07
铁放在两个四连杆组系统和线圈之间。将驱动器置于机器人胸部的中间，更接近真实昆虫的扑翼机制。
本文设计的电磁驱动系统，由电源模块供电，由信号发生器提供电压控制信号，该电路能够驱动仿昆扑冀微飞行器扑动双冀，翅膀拍打频率高达80Hz，拍打幅度约土70°。
设计的电磁驱动电路为该微飞行器的驱动器提供交流驱动信号。当驱动电流通过线圈，线圈产生交变磁场，从而使电磁驱动系统上下往复运动。该电路可分为三个模块，电磁驱动模块、电源模块和信号模块。电磁驱动模块输出两路驱动电流，可以分别控制微飞行器的双翼。电源模块为电磁驱动模块提供土15V直流电压，通过电池组和升压（BOOST）电路实现。信号模块是一个基于STM32F103RB的
*基金项目：部级预研项目（LZY2016215，6141A02022607，1620010701）；国家自然科学基金资助项目（61574093）；航空基金资助项目（2013ZC57003）；上海市平台项目（16DZ2290103）