CN103612755B - 一种双节主翼仿生扑翼机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双节主翼仿生扑翼机。其包括驱动机构、主支架、尾翼机构、双节扑翼机构和两台舵机；其中驱动机构连接在主支架正前端，尾翼机构连接在主支架的正后端，双节扑翼机构连接在驱动机构上；两台舵机则安装在主支架上。本发明的双节主翼仿生扑翼机具有如下有益效果：结构简单紧凑，可以实现完全对称的扑翼运动，采用双节扑翼机构可以使扑翼机更像鸟一样的飞行，可折叠的机翼能够使机翼上扑时阻力更小，下扑时翼展面积最大，从而产生更大的升力，增加飞行速度和滞空时间。另外，采用球面副连接尾翼机构可以使扑翼机方向控制更加灵敏，更能模仿鸟类的飞行。此外，本双节主翼仿生扑翼机可应用在机场驱鸟、监控、情报搜集、救灾搜救等领域。

Description

一种双节主翼仿生扑翼机

技术领域

本发明属于飞行器技术领域，特别是涉及一种双节主翼仿生扑翼机。

背景技术

仿生扑翼机是一种能够模仿鸟类或昆虫飞行的新概念飞行器。与传统的固定翼和旋翼飞行器相比，仿生扑翼机将举升、悬停和推进功能集于一个扑翼***，具有结构紧凑、气动效率高和机动性能好等特点。鉴于仿生扑翼机在军事和民用中具有极大优势，因此这种装置的研制已经成为新的热点。

目前，现有的仿生扑翼机存在以下问题：①其上驱动机构采用单曲柄双摇杆机构，由于左右机翼运动具有不对称性，从而导致机身横向作用力不等，结果影响飞行的稳定性和安全性。②机翼只能实现简单的上下扑动，上扑时机翼阻力大，导致在一个扑动周期内机翼产生的净升力较小，扑翼机滞空时间短且飞行速度低。③扑翼机的转向控制采用舵机控制方向舵的方式实现，不够灵活，且功能单一。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种结构简单紧凑的双节主翼仿生扑翼机。

为了达到上述目的，本发明提供的双节主翼仿生扑翼机包括驱动机构、主支架、尾翼机构、双节扑翼机构和两台舵机；其中驱动机构连接在主支架正前端，尾翼机构连接在主支架的正后端，双节扑翼机构连接在驱动机构上；两台舵机则安装在主支架上；

所述的驱动机构包括四边形机体、微型直流电机、齿轮减速机构和两根连杆；其中四边形机体为垂直轴对称结构，其四个顶角上分别形成有左上孔、右上孔、左下孔和右下孔，垂直中轴线中部和下部分别形成有中轴孔和电机安装孔，并且电机安装孔和左下孔及右下孔位于同一水平线上，同时中轴孔右上侧形成有一个安装孔；微型直流电机通过电机安装孔固定在四边形机体上，其输出轴位于四边形机体的前方，并且输出轴外部套接有驱动齿轮；齿轮减速机构包括第一减速齿轮、第二减速齿轮、右侧齿轮和左侧齿轮；其中第一减速齿轮通过设置在安装孔内的转轴安装在四边形机体的前方，且与电机输出轴上的驱动齿轮相啮合；第二减速齿轮以与第一减速齿轮同轴的方式安装在第一减速齿轮的前方；右侧齿轮通过设置在右下孔内的转轴安装在四边形机体的右前方，且与第二减速齿轮相啮合；左侧齿轮通过设置在左下孔内的转轴安装在四边形机体的左前方，且与右侧齿轮相啮合，左侧齿轮和右侧齿轮相对于四边形机体左右对称，同时左侧齿轮和右侧齿轮的对称位置上各设有两个偏心的铰支轴，两根连杆的两端分别连接在同一齿轮前端面上的两个铰支轴上；

所述的双节扑翼机构由完全对称的左右双节扑翼构成，每个双节扑翼包括第一平行连杆、第二平行连杆、第一支撑杆、第二支撑杆和摆杆；其中第一平行连杆和第二平行连杆的一端相隔距离铰接在驱动机构上一根连杆的一端外端部，同时第一平行连杆上距上述铰接点1/4连杆长度位置处通过销轴铰接在四边形机体的左上孔或右上孔处；第一支撑杆的一端铰接在第一平行连杆的另一端上，另一端铰接在第二平行连杆的外端部上；第二支撑杆的一端铰接在第一平行连杆与第一支撑杆铰接处而组成组合铰链，第二支撑杆的另一端以及第二平行连杆的另一端同时铰接在摆杆上同一端的上下铰接孔处；

所述的主支架的前端固接在四边形机体上中轴孔内，后端通过球面副连接在尾翼机构上，主支架上安装有用于设置舵机的支架，支架的左右两侧对称安装有两台舵机，同时两台舵机分别通过与其输出相连的连杆连接在尾翼机构上尾翼支架内壁上侧左右部位。

所述的左侧齿轮和右侧齿轮具有相同的齿数，因此为同步齿轮。

所述的第二平行连杆的长度大于第一平行连杆的长度，而第一平行连杆和第二支撑杆的总长度则大于第二平行连杆的长度。

所述的第一支撑杆的长度与第一平行连杆和第二平行连杆在连杆上的设置距离相等，因此由第一平行连杆、第二平行连杆、第一支撑杆和连杆组成平行四边形机构；而由第一支撑杆、第二支撑杆、第二平行连杆和摆杆组成四边形机构。

本发明提供的双节主翼仿生扑翼机具有如下有益效果：结构简单紧凑，可以实现完全对称的扑翼运动，采用双节扑翼机构可以使扑翼机更像鸟一样的飞行，可折叠的机翼能够使机翼上扑时阻力更小，下扑时翼展面积最大，从而产生更大的升力，增加飞行速度和滞空时间。另外，采用球面副连接尾翼机构可以使扑翼机方向控制更加灵敏，更能模仿鸟类的飞行。此外，本双节主翼仿生扑翼机可应用在机场驱鸟、监控、情报搜集、救灾搜救等领域。

附图说明

图1为本发明提供的双节主翼仿生扑翼机总体结构示意图；

图2为图1示出的双节主翼仿生扑翼机上驱动机构和双节扑翼机构结构示意图；

图3为从背面观察时本发明提供的双节主翼仿生扑翼机总体结构示意图；

图4为图3中A部位局部放大图；

图5为图1示出的双节主翼仿生扑翼机上四边形机体正面结构示意图；

图6为图1示出的双节主翼仿生扑翼机上主支架与四边形机体和尾翼机构连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的双节主翼仿生扑翼机进行详细说明。

如图1—图6所示，本发明提供的双节主翼仿生扑翼机包括驱动机构1、主支架2、尾翼机构3、双节扑翼机构4和两台舵机308；其中驱动机构1连接在主支架2正前端，尾翼机构3连接在主支架2的正后端，双节扑翼机构4连接在驱动机构1上；两台舵机308则安装在主支架2上；

所述的驱动机构1包括四边形机体5、微型直流电机119、齿轮减速机构和两根连杆104；其中四边形机体5为垂直轴对称结构，其四个顶角上分别形成有左上孔204、右上孔201、左下孔205和右下孔207，垂直中轴线中部和下部分别形成有中轴孔203和电机安装孔206，并且电机安装孔206和左下孔205及右下孔207位于同一水平线上，同时中轴孔203右上侧形成有一个安装孔202；微型直流电机119通过电机安装孔206固定在四边形机体5上，其输出轴位于四边形机体5的前方，并且输出轴外部套接有驱动齿轮；齿轮减速机构包括第一减速齿轮102、第二减速齿轮101、右侧齿轮118和左侧齿轮103；其中第一减速齿轮102通过设置在安装孔202内的转轴安装在四边形机体5的前方，且与电机输出轴上的驱动齿轮相啮合；第二减速齿轮101以与第一减速齿轮102同轴的方式安装在第一减速齿轮102的前方；右侧齿轮118通过设置在右下孔207内的转轴安装在四边形机体5的右前方，且与第二减速齿轮101相啮合；左侧齿轮103通过设置在左下孔205内的转轴安装在四边形机体5的左前方，且与右侧齿轮118相啮合，左侧齿轮103和右侧齿轮118相对于四边形机体5左右对称，同时左侧齿轮103和右侧齿轮118的对称位置上各设有两个偏心的铰支轴，两根连杆104的两端分别连接在同一齿轮前端面上的两个铰支轴上；

所述的双节扑翼机构4由完全对称的左右双节扑翼构成，每个双节扑翼包括第一平行连杆109、第二平行连杆105、第一支撑杆106、第二支撑杆108和摆杆107；其中第一平行连杆109和第二平行连杆105的一端相隔距离铰接在驱动机构1上一根连杆104的一端外端部，同时第一平行连杆109上距上述铰接点1/4连杆长度位置处通过销轴110铰接在四边形机体5的左上孔204或右上孔201处；第一支撑杆106的一端铰接在第一平行连杆109的另一端上，另一端铰接在第二平行连杆105的外端部上；第二支撑杆108的一端铰接在第一平行连杆109与第一支撑杆106铰接处而组成组合铰链，第二支撑杆108的另一端以及第二平行连杆105的另一端同时铰接在摆杆107上同一端的上下铰接孔处；

所述的主支架2的前端固接在四边形机体5上中轴孔203内，后端通过球面副303连接在尾翼机构3上，主支架2上安装有用于设置舵机308的支架302，支架302的左右两侧对称安装有两台舵机308，同时两台舵机308分别通过与其输出相连的连杆307连接在尾翼机构3上尾翼支架304内壁上侧左右部位。

所述的左侧齿轮103和右侧齿轮118具有相同的齿数，因此为同步齿轮。

所述的第二平行连杆105的长度大于第一平行连杆109的长度，而第一平行连杆109和第二支撑杆108的总长度则大于第二平行连杆105的长度。

所述的第一支撑杆106的长度与第一平行连杆109和第二平行连杆105在连杆104上的设置距离相等，因此由第一平行连杆109、第二平行连杆105、第一支撑杆106和连杆104组成平行四边形机构；而由第一支撑杆106、第二支撑杆108、第二平行连杆105和摆杆107组成四边形机构。

现将本发明提供的双节主翼仿生扑翼机工作原理阐述如下：首先将微型直流电机119接通电源而使其旋转，由此通过其上的驱动齿轮带动第一减速齿轮102转动，驱动齿轮和第一减速齿轮102啮合构成一级减速齿轮，与此同时，与第一减速齿轮102同轴的第二减速齿轮101将带动右侧齿轮118转动，第二减速齿轮101和右侧齿轮118啮合构成二级减速齿轮，之后右侧齿轮118再带动左侧齿轮103转动；安装在右侧齿轮118和左侧齿轮103偏心部位上的两根连杆104也将随之旋转，由此分别带动两个双节扑翼上的平行四边形机构运动，从而使第一平行连杆109和第二平行连杆105做平行运动，并带动四边形机构运动，最终带动摆杆107做周期运动，从而使扑翼机产生完全对称折叠的扑翼运动。可利用由第一支撑杆106、第二支撑杆108、第二平行连杆105和摆杆107组成的四边形机构上四条边的不稳定性来保证运动时不出现卡滞现象。另外，可通过两台舵机308不同的运动形式实现尾翼机构3的上、下、左、右偏转，具体方式为：当左右两台舵机308全往后运动时，尾翼下偏，扑翼机往下飞；当左右舵机308全往前运动时，尾翼上偏，扑翼机往上飞；当左侧舵机308往后运动同时右侧舵机308往前运动时，尾翼右偏，扑翼机往右转向；当左侧舵机308往前运动同时右侧舵机308往后运动时，尾翼左偏，扑翼机往左转向。此外，整个扑翼机的加工材料除翼面采用聚酯薄膜外，其余材料可采用ABS塑料和碳纤维，并且还可携带录制有猛禽声音的音频设备，用于机场驱鸟，也可以携带***头进行侦查与监控等工作。

Claims (4)

1.一种双节主翼仿生扑翼机，其特征在于：其包括驱动机构（1）、主支架（2）、尾翼机构（3）、双节扑翼机构（4）和两台舵机（308）；其中驱动机构（1）连接在主支架（2）正前端，尾翼机构（3）连接在主支架（2）的正后端，双节扑翼机构（4）连接在驱动机构（1）上；两台舵机（308）则安装在主支架（2）上；

所述的驱动机构（1）包括四边形机体（5）、微型直流电机（119）、齿轮减速机构和两根连杆（104）；其中四边形机体（5）为垂直轴对称结构，其四个顶角上分别形成有左上孔（204）、右上孔（201）、左下孔（205）和右下孔（207），垂直中轴线中部和下部分别形成有中轴孔（203）和电机安装孔（206），并且电机安装孔（206）和左下孔（205）及右下孔（207）位于同一水平线上，同时中轴孔（203）右上侧形成有一个安装孔（202）；微型直流电机（119）通过电机安装孔（206）固定在四边形机体（5）上，其输出轴位于四边形机体（5）的前方，并且输出轴外部套接有驱动齿轮；齿轮减速机构包括第一减速齿轮（102）、第二减速齿轮（101）、右侧齿轮（118）和左侧齿轮（103）；其中第一减速齿轮（102）通过设置在安装孔（202）内的转轴安装在四边形机体（5）的前方，且与电机输出轴上的驱动齿轮相啮合；第二减速齿轮（101）以与第一减速齿轮（102）同轴的方式安装在第一减速齿轮（102）的前方；右侧齿轮（118）通过设置在右下孔（207）内的转轴安装在四边形机体（5）的右前方，且与第二减速齿轮（101）相啮合；左侧齿轮（103）通过设置在左下孔（205）内的转轴安装在四边形机体（5）的左前方，且与右侧齿轮（118）相啮合，左侧齿轮（103）和右侧齿轮（118）相对于四边形机体（5）左右对称，同时左侧齿轮（103）和右侧齿轮（118）的对称位置上各设有两个偏心的铰支轴，两根连杆（104）的两端分别连接在同一齿轮前端面上的两个铰支轴上；

所述的双节扑翼机构（4）由完全对称的左右双节扑翼构成，每个双节扑翼包括第一平行连杆（109）、第二平行连杆（105）、第一支撑杆（106）、第二支撑杆（108）和摆杆（107）；其中第一平行连杆（109）和第二平行连杆（105）的一端相隔距离铰接在驱动机构（1）上一根连杆（104）的一端外端部，同时第一平行连杆（109）上距上述铰接点1/4连杆长度位置处通过销轴（110）铰接在四边形机体（5）的左上孔（204）或右上孔（201）处；第一支撑杆（106）的一端铰接在第一平行连杆（109）的另一端上，另一端铰接在第二平行连杆（105）的外端部上；第二支撑杆（108）的一端铰接在第一平行连杆（109）与第一支撑杆（106）铰接处而组成组合铰链，第二支撑杆（108）的另一端以及第二平行连杆（105）的另一端同时铰接在摆杆（107）上同一端的上下铰接孔处；

所述的主支架（2）的前端固接在四边形机体（5）上中轴孔（203）内，后端通过球面副（303）连接在尾翼机构（3）上，主支架（2）上安装有用于设置舵机（308）的支架（302），支架（302）的左右两侧对称安装有两台舵机（308），同时两台舵机（308）分别通过与其输出相连的连杆（307）连接在尾翼机构（3）上尾翼支架（304）内壁上侧左右部位。

2.根据权利要求1所述的双节主翼仿生扑翼机，其特征在于：所述的左侧齿轮（103）和右侧齿轮（118）具有相同的齿数，因此为同步齿轮。

3.根据权利要求1所述的双节主翼仿生扑翼机，其特征在于：所述的第二平行连杆（105）的长度大于第一平行连杆（109）的长度，而第一平行连杆（109）和第二支撑杆（108）的总长度则大于第二平行连杆（105）的长度。

4.根据权利要求1所述的双节主翼仿生扑翼机，其特征在于：所述的第一支撑杆（106）的长度与第一平行连杆（109）和第二平行连杆（105）在连杆（104）上的设置距离相等，因此由第一平行连杆（109）、第二平行连杆（105）、第一支撑杆（106）和连杆（104）组成平行四边形机构；而由第一支撑杆（106）、第二支撑杆（108）、第二平行连杆（105）和摆杆（107）组成四边形机构。