CN108275269B - 一种线轮调幅卷膜式仿鸟扑翼飞行装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线轮调幅卷膜式仿鸟扑翼飞行装置，属于仿鸟机器人领域，包括底座和对称分布于底座两侧的左扑翼、右扑翼，底座中部设有线轮，线轮由一直线电机驱动，并通过齿条、齿轮传递至线轮，线轮上固定连接有左牵引线和右牵引线的一端，其另一端分别固定连接左翼杆、右翼杆，通过线轮的转动带动左翼杆、右翼杆的摆动。左翼杆、右翼杆分别固定连接左扑翼、右扑翼，左扑翼、右扑翼采用微型电机与小拉簧共同作用，拉开或卷起翼膜，从而实现兜风或排风。本发明结构简单、运动可靠、工作效率高，特别适合大风、强风等环境下扑翼机器人的飞行。

Description

一种线轮调幅卷膜式仿鸟扑翼飞行装置

技术领域

本发明涉及机器人扑翼领域，具体地讲是一种线轮调幅卷膜式仿鸟扑翼飞行装置。

背景技术

自然界的鸟类通过拍打翅膀，可以实现高空飞行。在拍打翅膀过程中，羽翼会张开或闭合，以进行排风或兜风，从而减小阻力，产生较大的升力和推力。仿鸟扑翼机器人往往模仿鸟类进行飞行的，现有大部分仿鸟扑翼机器人采用曲柄连杆机构、曲柄齿轮机构进行传动，上述机构较为简单，但在传动过程中往往存在一定的冲击，此外零部件较易出现一些磨损，因此需要提出一种能够吸振的装置。此外现有大部分扑翼并没有充分考虑排风、兜风的原理，因此产生的阻力较大，动力受到了较大限制，飞行效率不高。

基于此，提出本案申请。

发明内容

本发明提供了一种线轮调幅卷膜式仿鸟扑翼飞行装置，利用线轮带动牵引线从而使得扑翼摆动，线能够吸收电机所产生的冲击，因此扑翼能够连续无振动的摆动，微型电机和小拉簧共同作用带动翼膜收放，进而实现排风和兜风。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种线轮调幅卷膜式仿鸟扑翼飞行装置，包括底座和对称分布于底座两侧的左扑翼、右扑翼，底座中部固定有线轮齿轮座，线轮齿轮座上转动设有线轮和齿轮，线轮和齿轮均转动固定在线轮齿轮轴上，齿轮下方设有与其配合传动的齿条，所述齿条与固定在底座上的直线电机固定连接，并由直线电机驱动。

所述线轮的左侧向左、右侧向右分别依次设有对称且结构相同的左滑轮座、左支撑座、左拉簧和右滑轮座、右支撑座、右拉簧；左滑轮座的上部转动设有左滑轮。左支撑座上设有左转动座，左转动座与左翼杆的中右侧转动固定连接，左翼杆的左侧连接左拉簧的一端，左拉簧的另一端与固定在底座上的左拉簧座固定连接，左翼杆的左端端部与左扑翼固定连接。

所述右滑轮座的上部设有右滑轮。右支撑座上设有右转动座，右转动座与右翼杆的左侧转动固定连接，右翼杆的右侧连接右拉簧的一端，右拉簧的另一端固定于与固定在底座上的右拉簧座固定连接，右翼杆的右端端部与右扑翼固定连接。线轮上开设有沟槽一和沟槽二，分别固定有右牵引线、左牵引线，左牵引线、右牵引线分别绕过左滑轮、右滑轮与左翼杆的右端、右翼杆的左端固定相连。

所述左扑翼、右扑翼结构相同，包括外框架、翼膜、膜筒和微型电机，外框架的右侧或左侧固定在左翼杆或右翼杆上。外框架的前、后两侧设有“匚”形滑槽，膜筒滑动跨设于两滑槽之间。膜筒的两端均设有轴承，轴承一侧设有小拉簧连接外框架的左侧或右侧。与小拉簧相对的外框架另一侧转动设有与膜筒平行设置的绕线轴，绕线轴任一端的端部同轴固定有微型电机座，微型电机座固定于外框架上。绕线轴靠近外框架内侧的端部各设一道绕线槽，绕线槽与其所对应的轴承之间设有拉线连接，拉线一端固定于绕线槽中，另一端固定在轴承与小拉簧所连接侧壁的对侧。翼膜平铺于膜筒、绕线轴之间，其左右两端分别固定于膜筒或绕线轴上。所述翼膜、拉线均具有较强的韧性与强度。

本发明进一步设置为：所述底座上开设有多个孔或多个槽。

本发明进一步设置为：所述左支撑座、右支撑座、左滑轮座、右滑轮座均为“回”字形结构。

本发明进一步设置为：所述线轮齿轮座为U形结构。

本发明进一步设置为：所述线轮为对称的轮辐结构。

本发明进一步设置为：所述左支撑座和右支撑座的前、后两侧分别设有前U形支架、后U形支架固定。

本发明进一步设置为：所述左牵引线、右牵引线固定于线轮对称的两侧，左牵引线、右牵引线的长度相等，且足以实现扑翼的摆动。

本发明进一步设置为：所述左翼杆或右翼杆与拉线连接处设有挂钩连接。

本发明进一步设置为：所述左翼杆与左牵引线连接处的附近、右翼杆与右牵引线连接处的附件分别设有左速度传感器、右速度传感器。

本发明进一步设置为：所述绕线轴另一端固定有重量与微型电机相等的配重。

本发明进一步设置为：所述膜筒两端的轴承可滑动设于外框架前后两侧的滑槽中。

本发明的有益效果：一、本发明采用直线电机驱动线轮转动，带动左牵引线、右牵引线的松紧，从而带动与左牵引线、右牵引线联动的左翼杆、右翼杆上下摆动，进而实现扑翼的扑动动作。本发明使用牵引线结构进行传动，有效避免了振动冲击对扑翼的影响，从而使得整个运动更加平稳。

二、本发明扑翼中的微型电机带动绕线轴转动，从而卷绕或打开翼膜，以便排风或兜风。具体地说，当扑翼向上摆动时，翼膜卷绕到膜筒上，膜筒与外框架之间的通风口被打开，使扑翼上方、下方的空气流通，从而减小扑翼向上摆动时的阻力；当扑翼向下摆动时，翼膜从膜筒上打开，翼膜遮盖外框架的面积增加，膜筒与外框架之间的通风口被关闭，扑翼向下摆动时受到的升力增加，从而大大提升了扑翼机器人的飞行性能。

三、本发明扑翼机构完全对称，有利于实现力的平衡，以便平稳飞行，且在扑翼机构的前、后两侧加设前U形支架、后U形支架，以提高该装置的刚度，增加扑翼飞行的稳定性。

附图说明

图1为本发明具体实施例的整体结构示意图。

图2为本发明具体实施例的背面部分结构示意图。

图3为本发明具体实施例的扑翼结构示意图。

图4为本发明具体实施例图1的局部放大图。

图5为本发明具体实施例图1的另一局部放大图

图6为本发明具体实施例的下摆状态图。

图7为本发明具体实施例的上摆状态图。

其中：1—左扑翼，11—外框架，12—小拉簧，13—膜筒，13a—轴承，14—翼膜，15—拉线，16—绕线轴，16a—线槽，17—微型电机，18—微型电机座，19—配重， 2—右扑翼，3—前U形支架，4—底座，41—左拉簧，41a—左拉簧座，42—左支撑座，42a—左翼杆，42b—左转动座，42c—左速度传感器，43—左滑轮座，43a—左滑轮，44—右滑轮座，44a—右滑轮，45—右支撑座，45a—右翼杆，45b—右转动座，45c—右速度传感器，46—右拉簧，46a—右拉簧座，51—线轮，51a—线轮齿轮座，51b—线轮齿轮轴，52—沟槽一，52a—左牵引线，53—沟槽二，53a—右牵引线，54—齿轮，55—齿条，6—直线电机，7—后U形支架。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1所示，一种线轮51调幅卷膜式仿鸟扑翼飞行装置，包括底座4、左扑翼1、右扑翼2，左扑翼1、右扑翼2对称分布于底座4两侧，左扑翼1、右扑翼2与底座4分别通过左翼杆42a、右翼杆45a连接。底座4上开设有多个孔或多个槽，其中部固定有线轮51齿轮54座，线轮51齿轮54座左侧向左依次设有左滑轮43a座43、左支撑座42、左拉簧座41a，线轮51齿轮54座右侧向右依次设有右滑轮44a座44、右支撑座45、右拉簧座46a。线轮51齿轮54座为U形结构。左支撑座42、右支撑座45、左滑轮43a座43、右滑轮44a座44均为“回”字形结构。左滑轮43a座43与右滑轮44a座44、左支撑座42与右支撑座45、左拉簧座41a与右拉簧座46a结构相同且分别对称分布于线轮51齿轮54座的两侧。线轮51齿轮54座上可转动设有线轮51，线轮51为对称的轮辐结构。

左滑轮43a座43、右滑轮44a座44的顶部分别设有左滑轮43a、右滑轮44a，左支撑座42与右支撑座45的顶部分别设有左转动座42b、右转动座45b。如图2所示，左翼杆42a、右翼杆45a的中部分别可转动设于左转动座42b、右转动座45b上，且左翼杆42a与左滑轮43a座43、右翼杆45a与右滑轮44a座44的连接处附近分别设有左速度传感器42c、右速度传感器45c，以检测扑翼摆动速度的方向和大小。左支撑座42、右支撑座45的前、后两侧分别设有前U形支架3、后U形支架7固定。

如图2并结合图5所示，线轮51上设有沟槽一52、沟槽二53，分别固定有左牵引线52a、右牵引线53a。左牵引线52a、右牵引线53a固定于线轮51对称的两侧，左牵引线52a的另一端从线轮51底部绕出，在绕过左滑轮43a后与左翼杆42a的右端固定相连，右牵引线53a的另一端从线轮51顶部绕出，在绕过右滑轮44a后与右翼杆45a的左端固定相连。左翼杆42a的左端与左扑翼1相固定，右翼杆45a的右端与右扑翼2相固定。左拉簧41的一端固定在左拉簧座41a上，另一端固定于左翼杆42a上。右拉簧46的一端固定在右拉簧座46a上，另一端固定于右翼杆45a上。左翼杆42a与左拉簧41或右翼杆45a与右拉簧46的连接处设有挂钩用于连接，左翼杆42a或右翼杆45a与拉线15连接处亦设有挂钩连接。

如图2所示，线轮51齿轮54座后侧的底座4上设有直线电机6，直线电机6连接齿条55，齿条55与线轮51齿轮54座上的齿轮54相啮合。直线电机6的轴伸出时，齿条55带动齿轮54转动，线轮51跟随转动，收紧左牵引线52a、右牵引线53a；直线电机6的轴缩回时，线轮51转动松开左牵引线52a、右牵引线53a。

结合图3所示，本实施例左扑翼1、右扑翼2结构相同且对称设置，均包括外框架11、翼膜14、膜筒13和微型电机17，左扑翼1的外框架11右侧与左翼杆42a固定，右扑翼2的外框架11左侧与右翼杆45a固定。外框架11为“匚”形结构，外框架11的前、后内侧均设有“匚”形的滑槽，膜筒13两端各设有一轴承13a，轴承13a可滑动设于滑槽中，使膜筒13滑动跨设于两滑槽之间且能够来回滑动。膜筒13两端的轴承13a与外框架11的两端设有两个拉簧连接。外框架11的左侧或右侧转动设有与膜筒13平行的绕线轴16。微型电机17固定在绕线轴16一端端部且与其同轴设置，绕线轴16的另一端设有与微型电机17相同或相近重量的配重19，以实现绕线轴16的平衡。

如图4所示，绕线轴16的两端端部各设一道绕线槽16a，膜筒13两端的轴承13a与绕线槽16a之间设有拉线15，拉线15一端固定并卷绕在绕线槽16a中，另一端通过捆扎或打结或通过挂钩固定于该绕线槽16a所对应的膜筒13一端的轴承13a左侧或右侧凸起的弧环上。翼膜14平铺于膜筒13与绕线轴16之间，其左右两端分别固定于膜筒13或绕线轴16上，翼膜14宽度小于两小拉簧之间的宽度。电机驱动绕线轴16转动，膜筒13在拉线15与拉簧的作用下转动，将翼膜14展开或收起，即当膜筒13向内侧滑动时打开通风口通风，当膜筒13向外侧滑动时关闭通风口，扑翼进行兜风。

本实施例中，膜筒13包括膜轴和滚筒，膜轴穿设于滚筒中心，拉簧与拉线15均绕设固定于膜轴上或通过挂孔或挂钩固定在膜轴上，翼膜14固定于滚筒上；轴承13a固定于膜轴上。

如图6并结合图3所示，当扑翼向上摆动时，直线电机6驱动线轮51收紧左牵引线52a、右牵引线53a，左翼杆42a、右翼杆45a的自由端（左翼杆42a、右翼杆45a分别与左牵引线52a、右牵引线53a连接的一端为自由端）被下拉，左翼杆42a、右翼杆45a分别以左支撑座42、右支撑座45为转动中心转动，左翼杆42a、右翼杆45a的固定端（左翼杆42a、右翼杆45a分别与左扑翼1、右扑翼2连接的一端为固定端）及左扑翼1、右扑翼2抬起，左扑翼1、右扑翼2向上摆动。同时，微型电机17带动绕线轴16转动收线，绕线轴16两端的拉线15快速缠绕在绕线轴16的线槽16a中，从而拉动轴承13a向绕线轴16一侧平移，膜筒13跟随轴承13a一同平移运动，且膜筒13在力的作用下卷绕翼膜14，膜筒13与绕线轴16之间的距离减小，通风口快速打开，此时小拉簧、左拉簧41、右拉簧46处于张紧状态，左扑翼1、右扑翼2上、下方之间的气流相互流通，从而减小左扑翼1、右扑翼2上摆的阻力。

如图7所示，当扑翼向下摆动时，直线电机6驱动线轮51松开左牵引线52a、右牵引线53a，左翼杆42a、右翼杆45a的固定端在左拉簧41、右拉簧46的拉力作用下向下摆动，左扑翼1与右扑翼2均向下摆动，左翼杆42a、右翼杆45a的自由端翘起。在左扑翼1、右扑翼2下摆的同时，微型电机17快速转动带动绕线轴16转动放线，轴承13a在小拉簧拉力作用下向外侧移动，使翼膜14展开将通风口遮盖，通风口快速消失，左扑翼1、右扑翼2的上、下方之间的气流被阻断，从而进行兜风以增加阻力，从而有效提升左扑翼1、右扑翼2下摆时所受的升力与推力。

本实施例中，为便于显示，将左扑翼1、右扑翼2适当缩减使左扑翼1、右扑翼2与底座4大小相近。

本实施例中，绕线轴16还可设于扑翼外侧位置，此时当膜筒13向外滑动时，通风口打开，扑翼进行排风；当膜筒13向内滑动时，通风口关闭，扑翼进行兜风。

综上所述，本发明在直线电机6、左拉簧41、右拉簧46的共同作用下，通过左牵引线52a、右牵引线53a拉动左翼杆42a、右翼杆45a转动；采用膜筒13卷起或打开翼膜14，从而实现扑翼上摆、下摆时的通风、兜风。本发明结构简单、运动可靠、工作效率高，特别适合大风、强风等环境下扑翼机器人的飞行。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (11)

1.一种线轮调幅卷膜式仿鸟扑翼飞行装置，包括底座和对称分布于底座两侧的左扑翼、右扑翼，其特征在于：底座中部固定有线轮齿轮座，线轮齿轮座上转动设有线轮和齿轮，线轮和齿轮均通过线轮齿轮轴转动固定在线轮齿轮座上，齿轮下方设有与其配合传动的齿条，所述齿条与固定在底座上的直线电机固定连接，并由直线电机驱动；所述线轮的左侧向左、右侧向右分别依次设有对称且结构相同的左滑轮座、左支撑座、左拉簧和右滑轮座、右支撑座、右拉簧；左滑轮座的上部转动设有左滑轮；左支撑座上设有左转动座，左转动座与左翼杆的中右侧转动固定连接，左翼杆的左侧连接左拉簧的一端，左拉簧的另一端与固定在底座上的左拉簧座固定连接，左翼杆的左端端部与左扑翼固定连接；所述右滑轮座的上部设有右滑轮；右支撑座上设有右转动座，右转动座与右翼杆的左侧转动固定连接，右翼杆的右侧连接右拉簧的一端，右拉簧的另一端与固定在底座上的右拉簧座固定连接，右翼杆的右端端部与右扑翼固定连接；线轮上开设有沟槽一和沟槽二，分别固定有右牵引线、左牵引线，左牵引线、右牵引线分别绕过左滑轮、右滑轮与左翼杆的右端、右翼杆的左端固定相连；所述左扑翼、右扑翼结构相同，均包括外框架、翼膜、膜筒和微型电机，外框架的右侧或左侧固定在左翼杆或右翼杆上；外框架的前、后两侧设有“匚”形滑槽，膜筒滑动跨设于两滑槽之间；膜筒的两端均设有轴承，轴承一侧设有小拉簧连接外框架的左侧或右侧；与小拉簧相对的外框架另一侧转动设有与膜筒平行设置的绕线轴，绕线轴任一端的端部同轴固定有微型电机座，微型电机座固定于外框架上；绕线轴靠近外框架内侧的端部各设一道绕线槽，绕线槽与其所对应的轴承之间设有拉线连接，拉线一端固定于绕线槽中，另一端固定在轴承与小拉簧所连接侧壁的对侧；翼膜平铺于膜筒、绕线轴之间，其左右两端分别固定于膜筒或绕线轴上。

2.根据权利要求1所述的一种线轮调幅卷膜式仿鸟扑翼飞行装置，其特征在于：所述底座上开设有多个孔或多个槽。

3.根据权利要求1所述的一种线轮调幅卷膜式仿鸟扑翼飞行装置，其特征在于：所述左支撑座、右支撑座、左滑轮座、右滑轮座均为“回”字形结构。

4.根据权利要求1所述的一种线轮调幅卷膜式仿鸟扑翼飞行装置，其特征在于：所述线轮齿轮座为U形结构。

5.根据权利要求1所述的一种线轮调幅卷膜式仿鸟扑翼飞行装置，其特征在于：所述线轮为对称的轮辐结构。

6.根据权利要求1所述的一种线轮调幅卷膜式仿鸟扑翼飞行装置，其特征在于：所述左支撑座和右支撑座的前、后两侧分别设有前U形支架、后U形支架固定。

7.根据权利要求1所述的一种线轮调幅卷膜式仿鸟扑翼飞行装置，其特征在于： 所述左牵引线、右牵引线固定于线轮对称的两侧，左牵引线、右牵引线的长度相等。

8.根据权利要求1所述的一种线轮调幅卷膜式仿鸟扑翼飞行装置，其特征在于：所述左翼杆或右翼杆与拉线连接处设有挂钩。

9.根据权利要求1所述的一种线轮调幅卷膜式仿鸟扑翼飞行装置，其特征在于：所述左翼杆与左牵引线连接处的附近、右翼杆与右牵引线连接处的附近分别设有左速度传感器、右速度传感器。

10.根据权利要求1所述的一种线轮调幅卷膜式仿鸟扑翼飞行装置，其特征在于：所述绕线轴另一端固定有重量与微型电机相等的配重。

11.根据权利要求1所述的一种线轮调幅卷膜式仿鸟扑翼飞行装置，其特征在于：所述膜筒两端的轴承可滑动设于外框架前后两侧的滑槽中。

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