CN110466756A - 一种仿鸟小型扑翼飞行机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种仿鸟小型扑翼飞行机器人,包括机身机构、传动机构、两组扑动机构以及转向和平衡机构,其中,所述机身机构包括机身主体、传动机构固定支架、舵机固定支架,所述传动机构是两级齿轮传动机构,用于实现稳定的增大电机输出力矩,并提供稳定、合适的传动比;扑动机构是空间四连杆机构,该机构与传动机构配合,实现机器人翅膀的扑动;转向和平衡机构包括尾翼、十字万向节、偏航舵机和俯仰舵机等结构,通过带动尾翼的摆动、俯仰等动作,控制整个飞鸟机器人的转向、俯冲、爬升、姿态稳定。本发明实现了扑翼的仿生,为在极端恶劣环境下的救援工作、具有特殊要求的侦察行动等领域代替传统飞行器提供基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种仿鸟小型扑翼飞行机器人,属于救援、军事侦察等领域技术领域。
背景技术
在地震、泥石流、洪水等自然灾害和核电站泄漏等事故中,传统的固定翼飞行器以及旋翼式的飞行器都能发挥较大作用,但却不适用于极端恶劣的灾害环境,在军事侦察活动中其目标也较为明显。仿生扑翼飞行机器人的特点是模仿昆虫或者鸟类翅膀的扑动实现飞行,具有载荷自重比大,机动性能好,低频振动噪音低,隐身能力强的优点。然而现有的扑翼飞行机器人大部分的机样都为无翼型的样机,气动性差;翼展较小,大部分都小于1m;自主飞行能力较差。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提出了一种仿鸟小型扑翼飞行机器人,实现扑翼的仿生,为在极端恶劣环境下的救援工作、具有特殊要求的侦察行动等领域代替传统飞行器提供基础。
本发明中主要采用的技术方案为:
一种仿鸟小型扑翼飞行机器人,包括机身机构、传动机构、两组扑动机构以及转向和平衡机构,其中,
所述机身机构包括机身主体、传动机构固定支架、舵机固定支架,所述传动机构固定支架设置在机身主体前部,所述舵机固定支架设置在机身主体尾部,且机身主体上开有若干用于连接扑动连接件和尾翼连接件的固定孔;
所述传动机构包括主轴、主轴齿轮、第一中间轴齿轮、中间轴、第二中间轴齿轮、电机驱动齿轮、电机、骨架,所述骨架通过螺栓固定在传动机构固定支架上,所述主轴和中间轴分别通过轴承安装在骨架上,所述主轴齿轮通过螺钉与主轴配合连接,所述第一中间轴齿轮和第二中间轴齿轮分别通过螺钉固定连接在中间轴两端,且所述第一中间轴齿轮和第二中间轴齿轮分别位于骨架两侧,所述电机固定安装在骨架上,且所述电机的输出轴穿过骨架与电机驱动齿轮配合连接,所述电机驱动齿轮与所述第一中间轴齿轮啮合连接,所述第二中间轴齿轮与所述主轴齿轮啮合连接;
所述扑动机构包括翅膀、扑动机构摇杆、扑动机构连接件、连杆、两个第一鱼眼轴承、第一曲柄,所述翅膀的一端与所述扑动机构摇杆固定连接,所述扑动机构摇杆的另一端通过螺栓和轴承与所述扑动机构连接件铰接,所述连杆两端分别安装有第一鱼眼轴承,且所述连杆一端的第一鱼眼轴承的内孔通过螺钉与扑动机构摇杆相连,所述连杆另一端的第一鱼眼轴承的内孔通过螺钉与所述第一曲柄的一端连接,所述第一曲柄的另一端与主轴的一端固定连接,两组所述扑动机构的结构相同,且分别通过扑动机构连接件对称固定在机身主体上,两组所述扑动机构的第一曲柄一端分别固定在主轴的两端;
所述转向和平衡机构包括第二曲柄、第三曲柄、俯仰舵机、偏航舵机、若干第二鱼眼轴承、偏航拉杆、俯仰拉杆、尾翼连接件、偏航半圆环、俯仰半圆环、尾翼摆动件、尾翼和十字万向节,所述尾翼连接件通过螺栓与机身主体固定连接,所述俯仰舵机和偏航舵机均通过螺栓与舵机固定支架固定,所述俯仰舵机和偏航舵机分别与第二曲柄和第三曲柄连接,所述偏航拉杆两端分别通过第二鱼眼轴承与偏航半圆环和第三曲柄相连,所述俯仰拉杆分别通过第二鱼眼轴承与俯仰半圆环和第二曲柄相连,所述偏航半圆环和俯仰半圆环分别通过螺栓与尾翼连接件转动连接,所述尾翼摆动件一端依次穿过偏航半圆环、偏航半圆环通过十字万向节与尾翼连接件连接,所述尾翼摆动件另一端与所述尾翼固定连接。
优选地,所述机身主体为仿鸟结构。
优选地,所述偏航半圆环和俯仰半圆环呈十字交叉结构分别与尾翼连接件固定连接。
有益效果:本发明提供一种仿鸟小型扑翼飞行机器人,具有如下优点:
(1)采用单自由度扑动机构提供动力,一套扑动动力单元带动两个翅膀同时扑动,具有输出力大、结构简单的优点;
(2)传动机构采用两级齿轮传动机构具有效率高、结构紧凑、工作可靠寿命长、传动比稳定、提供合适传动比的优点。
附图说明
图1为本发明的整体结构图;
图2为本发明的机身机构的整体结构图;
图3为本发明的传动机构的整体结构图;
图4为本发明的扑动机构的整体结构图;
图5为本发明的扑动机构的整体结构图;
图6为本发明的扑动机构的局部结构图;
其中:机身机构1、机身主体1-1、传动机构固定支架1-2、舵机固定支架1-3、固定孔1-4、传动机构2、主轴2-1、主轴齿轮2-2、第一中间轴齿轮2-3、中间轴2-4、第二中间轴齿轮2-5、电机驱动齿轮2-6、电机2-7、骨架2-8、扑动机构3、翅膀3-1、扑动机构摇杆3-2、扑动机构连接件3-3、连杆3-4、第一鱼眼轴承3-5、第一曲柄3-6、转向和平衡机构4、第二曲柄4-1、第三曲柄4-2、俯仰舵机4-3、偏航舵机4-4、第二鱼眼轴承4-5、偏航拉杆4-6、俯仰拉杆4-7、尾翼连接件4-8、偏航半圆环4-9、俯仰半圆环4-10、尾翼摆动件4-11、尾翼4-12、十字万向节4-13。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案,下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本申请保护的范围。
如图1-6所示,一种仿鸟小型扑翼飞行机器人,包括机身机构1、传动机构2、两组扑动机构3以及转向和平衡机构4,其中,
所述机身机构1包括机身主体1-1、传动机构固定支架1-2和舵机固定支架1-3,所述传动机构固定支架1-2设置在机身主体1-1前部,所述舵机固定支架1-3设置在机身主体1-1尾部,且机身主体1-1上开有若干用于连接扑动连接件和尾翼连接件的固定孔1-4;
所述传动机构2包括主轴2-1、主轴齿轮2-2、第一中间轴齿轮2-3、中间轴2-4、第二中间轴齿轮2-5、电机驱动齿轮2-6、电机2-7和骨架2-8,所述骨架2-8通过螺栓固定在传动机构固定支架1-2上,所述主轴2-1和中间轴2-4分别通过轴承安装在骨架2-8上,所述主轴齿轮2-2通过螺钉与主轴2-1配合连接,所述第一中间轴齿轮2-3和第二中间轴齿轮2-5分别通过螺钉固定连接在中间轴2-4两端,且所述第一中间轴齿轮2-3和第二中间轴齿轮2-5分别位于骨架2-8两侧,所述电机2-7固定安装在骨架2-8上,且所述电机2-7的输出轴穿过骨架2-8与电机驱动齿轮2-6配合连接,所述电机驱动齿轮2-6与所述第一中间轴齿轮2-3啮合连接,所述第二中间轴齿轮2-5与所述主轴齿轮2-5啮合连接;
所述扑动机构3包括翅膀3-1、扑动机构摇杆3-2、扑动机构连接件3-3、连杆3-4、两个第一鱼眼轴承3-5、第一曲柄3-6,所述翅膀3-1的一端与所述扑动机构摇杆3-2固定连接,所述扑动机构摇杆3-2的另一端通过螺栓和轴承与所述扑动机构连接件3-3铰接,所述连杆3-4两端分别安装有第一鱼眼轴承3-5,且所述连杆3-4一端的第一鱼眼轴承3-5的内孔通过螺钉与扑动机构摇杆3-2相连,所述连杆3-4另一端的第一鱼眼轴承3-5的内孔通过螺钉与所述第一曲柄3-6的一端连接,所述第一曲柄3-6的另一端与主轴2-1的一端固定连接,两组所述扑动机构3的结构相同,且分别通过扑动机构连接件3-3对称固定在机身主体1-1上,两组所述扑动机构3的第一曲柄3-6一端分别固定在主轴2-1的两端;
所述转向和平衡机构4包括第二曲柄4-1、第三曲柄4-2、俯仰舵机4-3、偏航舵机4-4、若干第二鱼眼轴承4-5、偏航拉杆4-6、俯仰拉杆4-7、尾翼连接件4-8、偏航半圆环4-9、俯仰半圆环4-10、尾翼摆动件4-11、尾翼4-12和十字万向节4-13,所述尾翼连接件4-8通过螺栓与机身主体1-1固定连接,所述俯仰舵机4-3和偏航舵机4-4均通过螺栓与舵机固定支架1-3固定,所述俯仰舵机4-3和偏航舵机4-4分别与第二曲柄4-1和第三曲柄4-2连接,所述偏航拉杆4-6两端分别通过第二鱼眼轴承4-5与偏航半圆环4-9和第三曲柄4-2相连,所述俯仰拉杆4-7分别通过第二鱼眼轴承4-5与俯仰半圆环4-10和第二曲柄4-1相连,所述偏航半圆环4-9和俯仰半圆环4-10分别通过螺栓与尾翼连接件4-8转动连接,所述尾翼摆动件4-11一端依次穿过偏航半圆环4-9、偏航半圆环4-10通过十字万向节4-13与尾翼连接件4-8连接,所述尾翼摆动件4-11另一端与所述尾翼4-12固定连接。
优选地,所述机身主体1-1为仿鸟结构。
优选地,所述偏航半圆环4-9和俯仰半圆环4-10呈十字交叉结构分别与尾翼连接件4-8固定连接。
本发明的工作原理如下:
正常飞行时,控制电机2-7转动,且电机2-7依次通过电机驱动齿轮2-6、第一中间轴齿轮2-3、第二中间轴齿轮2-5、主轴齿轮2-2传递动力,从而带动主轴2-1转动,主轴2-1转动带动连接在主轴2-1两端的第一曲柄3-6转动,第一曲柄3-6通过连杆3-4带动扑动机构摇杆3-2转动,两个第一曲柄3-6和连杆3-4构成空间四连杆机构,空间四连杆机构的特性决定扑动机构摇杆3-2的转动角度有限并周期往复,最终扑动机构摇杆3-2带动翅膀3-1实现上下扑动。如图6所示,尾翼摆动件4-11嵌入到俯仰半圆环4-10的滑槽中,可以在滑槽中进行左右的滑动;尾翼摆动件4-11嵌入到偏航半圆环4-9的滑槽中,可以在滑槽中进行上下的滑动。当需要进行俯仰调节时,则控制俯仰舵机4-3通过第二曲柄4-1带动俯仰拉杆4-7,驱动俯仰半圆环4-10,从而带动尾翼摆动件4-11和尾翼4-12做俯仰运动。当需要进行偏航调节时,则控制偏航舵机4-4通过第三曲柄4-2带动偏航拉杆4-6驱动偏航半圆环4-9,从而带动尾翼摆动件4-11和尾翼4-12做偏航运动。
本发明中,电机、偏航舵机以及俯仰舵机的供电以及驱动控制均属于常规技术手段,故而未加详述。
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,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种仿鸟小型扑翼飞行机器人,其特征在于,包括机身机构、传动机构、两组扑动机构以及转向和平衡机构,其中,
所述机身机构包括机身主体、传动机构固定支架、舵机固定支架,所述传动机构固定支架设置在机身主体前部,所述舵机固定支架设置在机身主体尾部,且机身主体上开有若干用于连接扑动连接件和尾翼连接件的固定孔;
所述传动机构包括主轴、主轴齿轮、第一中间轴齿轮、中间轴、第二中间轴齿轮、电机驱动齿轮、电机、骨架,所述骨架通过螺栓固定在传动机构固定支架上,所述主轴和中间轴分别通过轴承安装在骨架上,所述主轴齿轮通过螺钉与主轴配合连接,所述第一中间轴齿轮和第二中间轴齿轮分别通过螺钉固定连接在中间轴两端,且所述第一中间轴齿轮和第二中间轴齿轮分别位于骨架两侧,所述电机固定安装在骨架上,且所述电机的输出轴穿过骨架与电机驱动齿轮配合连接,所述电机驱动齿轮与所述第一中间轴齿轮啮合连接,所述第二中间轴齿轮与所述主轴齿轮啮合连接;
所述扑动机构包括翅膀、扑动机构摇杆、扑动机构连接件、连杆、两个第一鱼眼轴承、第一曲柄,所述翅膀的一端与所述扑动机构摇杆固定连接,所述扑动机构摇杆的另一端通过螺栓和轴承与所述扑动机构连接件铰接,所述连杆两端分别安装有第一鱼眼轴承,且所述连杆一端的第一鱼眼轴承的内孔通过螺钉与扑动机构摇杆相连,所述连杆另一端的第一鱼眼轴承的内孔通过螺钉与所述第一曲柄的一端连接,所述第一曲柄的另一端与主轴的一端固定连接,两组所述扑动机构的结构相同,且分别通过扑动机构连接件对称固定在机身主体上,两组所述扑动机构的第一曲柄一端分别固定在主轴的两端;
所述转向和平衡机构包括第二曲柄、第三曲柄、俯仰舵机、偏航舵机、若干第二鱼眼轴承、偏航拉杆、俯仰拉杆、尾翼连接件、偏航半圆环、俯仰半圆环、尾翼摆动件、尾翼和十字万向节,所述尾翼连接件通过螺栓与机身主体固定连接,所述俯仰舵机和偏航舵机均通过螺栓与舵机固定支架固定,所述俯仰舵机和偏航舵机分别与第二曲柄和第三曲柄连接,所述偏航拉杆两端分别通过第二鱼眼轴承与偏航半圆环和第三曲柄相连,所述俯仰拉杆分别通过第二鱼眼轴承与俯仰半圆环和第二曲柄相连,所述偏航半圆环和俯仰半圆环分别通过螺栓与尾翼连接件转动连接,所述尾翼摆动件一端依次穿过偏航半圆环、偏航半圆环的滑槽通过十字万向节与尾翼连接件连接,所述尾翼摆动件另一端与所述尾翼固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种仿鸟小型扑翼飞行机器人,其特征在于,所述机身主体为仿鸟结构。
3.根据权利要求1所述的一种仿鸟小型扑翼飞行机器人,其特征在于,所述偏航半圆环和俯仰半圆环呈十字交叉结构分别与尾翼连接件连接。
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