CN112407277A - 一种仿生扑翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种仿生扑翼飞行器包括：机架、设置在机架两侧的扑翼、设置在机架中部的扑翼驱动机构和设置在机架尾部的尾翼机构；扑翼驱动机构包括：竖向设置的蜗杆、用于驱动蜗杆旋转的驱动电机、设置在蜗杆两侧的蜗轮和固定连接两个蜗轮中心的两个摇臂；扑翼包括：摆杆和内翼；内翼包括：多个内翼骨架、贯穿多个内翼骨架的上杆和下杆；内翼骨架与上杆固定连接，上杆转动支承于机架上，上杆和下杆的一端分别铰接于摆杆的上端和中部；两个摆杆的下端分别铰接至摇臂；机架的尾部通过连接杆与尾翼机构固定连接。本发明能够有效降低仿生扑翼飞行器的体积，通过更加简便的结构从而降低仿生扑翼飞行器的占用空间并提升稳定性。

Description

一种仿生扑翼飞行器

技术领域

本发明属于飞行器技术领域，涉及一种仿生扑翼飞行器。

背景技术

仿生扑翼飞行器是一种模仿鸟类扑翼飞行的新型飞行器，像鸟—样通过机翼主动运动产生升力和前行力，与传统固定翼、旋翼飞机飞行器相比，可以实现快速起飞、加速和悬停，具有高度的机动性、隐蔽性和灵活性，在国防领域和民用方面都有着广泛的应用前景。

仿生扑翼飞行器通常具有两个对称设置在机架两侧的扑翼以及安装在机架尾部的尾翼，机架头部安装齿轮驱动装置，通过齿轮组的传动来带动两侧的扑翼上下扑动。为了达到合适的传动比例，通常需要设置很多组齿轮。

因此，现有的仿生扑翼飞行器存在因齿轮数量多导致的体积大、结构笨重的问题。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术存在的问题，提供一种仿生扑翼飞行器，通过蜗杆和蜗轮的传动结构，能够有效降低仿生扑翼飞行器的体积，通过更加简便的结构从而降低仿生扑翼飞行器的占用空间并提升稳定性。

本发明解决问题的技术方案是：一种仿生扑翼飞行器，包括：机架、分别设置在机架两侧的扑翼、设置在机架中部的扑翼驱动机构和设置在机架尾部的尾翼机构；

所述扑翼驱动机构包括：竖向设置的蜗杆、用于驱动蜗杆旋转的驱动电机、设置在蜗杆两侧且与蜗杆啮合的蜗轮和固定连接两个蜗轮中心的两个摇臂；所述驱动电机固定于所述机架，两个蜗轮均转动支承于机架；

每个所述扑翼包括：摆杆和内翼；所述内翼包括：间隔设置的多个内翼骨架、贯穿多个内翼骨架的上杆和贯穿多个内翼骨架的下杆；所述内翼骨架与所述上杆固定连接，所述上杆转动支承于所述机架上，所述上杆的一端和所述下杆的一端分别铰接于所述摆杆的上端和中部；两个所述摆杆的下端分别铰接至所述摇臂；

所述机架的尾部通过连接杆与尾翼机构固定连接。

优选地，所述蜗杆的正上方设置有所述驱动电机；所述蜗杆与所述驱动电机的输出轴固定连接；

其中，所述蜗杆的旋转中心与所述驱动电机的输出轴重合。

进一步地，每个所述扑翼还包括：外翼；所述外翼铰接在所述内翼上远离扑翼驱动机构的一端；

所述外翼包括：间隔设置的多个外翼骨架、贯穿多个外翼骨架的外翼轴、固定在外翼轴一端的铰接架；

其中，所述外翼轴与所述外翼骨架转动连接；所述铰接架的上端和下端分别铰接于所述上杆的一端和所述下杆的一端。

优选地，所述外翼轴与所述外翼骨架之间设置有轴承。

进一步地，所述上杆的一端共同铰接有第一铰接杆和第二铰接杆；所述第一铰接杆和所述第二铰接杆的另一端分别铰接于所述铰接架上端和下杆的一端。

进一步地，所述外翼还包括：外翼舵机、第三铰接杆、第四铰接杆和第五铰接杆；外翼舵机固定于外翼轴外端的外翼骨架上；第三铰接杆的一端和第五铰接杆的一端分别与第四铰接杆的两端铰接，第三铰接杆的另一端和第五铰接杆的另一端分别与所述外翼舵机的输出轴和外翼轴固定连接；

其中，所述外翼轴远离所述铰接架的一端为外端。

进一步地，所述上杆固定连接有沿飞行器头尾方向设置的第一固定接杆；所述第一固定接杆的一端固定连接所述上杆上靠近扑翼驱动机构的一端，另一端固定连接第二固定接杆的中部，且第二固定接杆与上杆相平行；

所述第二固定接杆的一端铰接于所述机架，且铰接处与上杆在机架上的转动支承处共线；所述第二固定接杆的另一端与所述上杆远离扑翼驱动机构的一端之间连接有贯穿内翼骨架的第三固定接杆。

进一步地，所述尾翼机构包括：设置在所述机架尾部的尾翼和两个尾翼舵机；

两个尾翼舵机分别固定于机架尾部左右两侧，且两个尾翼舵机的输出轴分别固定连接有尾部接杆；

所述尾翼包括：尾座、两个尾部摆杆和固定于尾座的两个尾杆；所述尾座上固定有开口朝向尾翼舵机的U型件，所述U型件的上下两端之间铰接有竖轴，所述竖轴与所述U型件的铰接轴线呈竖直状态；所述竖轴的下部铰接于所述机架的尾端，所述竖轴与所述机架尾端的铰接轴线呈水平状态；两个所述尾部摆杆的一端分别铰接于两个尾部接杆，另一端分别铰接于所述U型件上端的左右两侧；

所述机架的尾端可固定有U型接头，所述U型接头与所述竖轴铰接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过蜗杆和两蜗轮的传动结构带动两侧扑翼的上下扑动，使仿生扑翼飞行器具有传动比例大的优势，同时也避免了使用数量较多的齿轮导致体积大的问题，具有占用空间小，结构更加简便优点。

附图说明

图1是本发明实施例提供的仿生扑翼飞行器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的仿生扑翼飞行器中扑翼驱动机构处的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的仿生扑翼飞行器中内翼处的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的仿生扑翼飞行器中外翼舵机处的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的仿生扑翼飞行器中尾翼处的结构示意图。

附图标记：1-机架；2-扑翼驱动机构；3-内翼；4-外翼；5-摆杆；6-蜗杆；7-蜗轮；8-摇臂；9-驱动电机；10-内翼骨架；11-上杆；12-下杆；13-外翼骨架；14-外翼轴；15-铰接架；16-第一铰接杆；17-第二铰接杆；18-外翼舵机；19-第三铰接杆；20-第四铰接杆；21-第五铰接杆；22-第一固定接杆；23-第二固定接杆；24-第三固定接杆；25-尾翼；26-尾翼舵机；27-尾部接杆；28-尾座；29-尾部摆杆；30-尾杆；31-U型件；32-竖轴；33-U型接头。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。可以理解的是，附图仅仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的连接关系仅仅是为了便于清晰描述，并不限定连接方式。

本发明实施例提供一种仿生扑翼飞行器，参见图1，该仿生扑翼飞行器包括：机架1、两个对称设置在机架两侧的扑翼、设置在机架中部的扑翼驱动机构2和设置在机架尾部的尾翼机构；机架1的尾部通过连接杆与尾翼机构固定连接。

其中，每个扑翼包括：外翼4、摆杆5和内翼3；尾翼机构包括：设置在机架尾部的尾翼25和两个尾翼舵机26。

参见图2，本实施例中的扑翼驱动机构2包括：竖向设置的蜗杆6、用于驱动蜗杆旋转的驱动电机9、对称设置在蜗杆两侧两个蜗轮7和固定连接两个蜗轮的中心的两个摇臂8；

其中，两个蜗轮7均与蜗杆6啮合。

驱动电机9固定于机架1，两个蜗轮7均转动支承于机架1。

参加图3，本实施例中的内翼3包括：间隔设置的多个内翼骨架10、贯穿多个内翼骨架的上杆11和贯穿多个内翼骨架的下杆12；内翼骨架10与上杆11固定连接，上杆11转动支承于机架1上，上杆11的一端和下杆12的一端分别铰接于摆杆5的上端和中部；两个摆杆5的下端分别铰接至两蜗轮7的摇臂8上。

优选地，蜗杆6的正上方设置有驱动电机9；蜗杆6与驱动电机9的输出轴固定连接；即蜗杆6的旋转中心与驱动电机9的输出轴重合，实现快速将驱动电机9输出的扭矩传输至蜗杆，降低能量损耗。

在本实施例中，驱动电机9带动蜗杆6旋转，蜗杆6带动两侧的蜗轮7和摇臂8旋转，进而带动两侧扑翼的摆杆5做上下运动，便带动上杆11和下杆12及内翼骨架10绕着上杆11的转动支承处上下扑动。内翼3上的蒙皮即固定在多个内翼骨架10上，跟随上下扑动，进而实现通过扑翼主动运动产生升力和前行力。

参加图4，本实施例中的每个扑翼还包括：铰接在内翼3外端的外翼4。需要说明的是，内翼3外端指的是内翼上远离扑翼驱动机构的一端。

外翼4包括：间隔设置的多个外翼骨架13、依次贯穿多个外翼骨架的外翼轴14、固定在外翼轴一端的铰接架15。外翼轴14与外翼骨架13为转动连接，在本实施例中，在外翼轴14与外翼骨架13之间设置轴承。

参见图3，铰接架15的上端和下端分别铰接于上杆11的一端和下杆12的一端。在本实施例中铰接架15为三角形，其一角与外翼轴一端连接，另外两角分别上杆11和下杆12相连接。

在本实施例中，每个扑翼包括了内翼、外翼形成两段式的扑翼结构，实现扑动和折曲，更好的模拟了鸟类飞行时翅膀的运动，提高飞行器的升力。

参见图3，在本实施例中，铰接架15连接外翼4和内翼3时，为了增强飞行器的稳定性，在外翼4和内翼3之间还设置有第一铰接杆16和第二铰接杆17。

其中，上杆11的外端共同铰接有第一铰接杆16的一端和第二铰接杆17的一端，第一铰接杆16的另一端和第二铰接杆17的另一端分别铰接于铰接架15的上端和下杆12的外端。在本实施例中，第一铰接杆16和第二铰接杆17在上杆11上的铰接点重合，铰接架15与下杆12、第一铰接杆16和第二铰接杆17之间形成了平行四边形，实现增强飞行器的稳定性。

需要说明的是，上杆11的外端下杆12的外端均是指远离扑翼驱动机构的一端。

参见图4，本实施例中的外翼4还包括：外翼舵机18、第三铰接杆19、第四铰接杆20和第五铰接杆21；外翼舵机18固定于外翼轴14外端的外翼骨架13上；

第三铰接杆19的一端和第五铰接杆21的一端分别与第四铰接杆20的两端铰接，第三铰接杆19的另一端和第五铰接杆21的另一端分别与外翼舵机18的输出轴和外翼轴14固定连接；

需要说明的是，外翼轴外端指的是远离铰接架的一端。

在本实施例中，外翼4上的蒙皮固定在多个外翼骨架13上，外翼舵机18带动第三铰接杆19转动，进而带动第四铰接杆20摆动，因为第五铰接杆21与外翼轴14固定，所以通过第四铰接杆20的摆动使得装有外翼舵机18的外翼骨架13相对于外翼轴14上下扭转，从而带动了蒙皮和所有外翼骨架13相对于外翼轴14的上下扭转，实现飞行器的攻角调整，具有结构简便的特点。

为了提高内翼3的结构刚性和稳定性，参见图4，在上杆11上固定连接有沿飞行器头尾方向设置的第一固定接杆22，第一固定接杆22上靠近飞行器头部的一端固定连接上杆11上靠近扑翼驱动机构的一端，第一固定接杆22上靠近飞行器尾部的一端固定连接有与上杆11平行的第二固定接杆23，且与第二固定接杆23中部相连接。

第二固定接杆23的一端铰接于机架1，且铰接处与上杆11在机架1上的转动支承处共线；第二固定接杆23的另一端与上杆11外端之间连接有贯穿内翼骨架10的第三固定接杆24。通过第一固定接杆22、第二固定接杆23和第三固定接杆24提高内翼3的结构刚性和稳定性。

参见图5，本实施例中机架1的尾部通过连接杆与尾翼机构固定连接，尾翼机构包括：设置在机架尾部的尾翼25和两个尾翼舵机26。

其中，两个尾翼舵机26分别固定于机架1尾部左右两侧，且两个尾翼舵机26的输出轴分别固定连接有两个尾部接杆27；

尾翼25包括：尾座28、两个尾部摆杆29和固定于尾座的两个尾杆30；尾座28上固定有开口朝向尾翼舵机26的U型件31，U型件31的上端和下端之间铰接有竖轴32，竖轴32与U型件31的铰接轴线呈竖直状态；竖轴32的下部铰接于机架1的尾端，竖轴32与机架1尾端的铰接轴线呈水平状态；两个尾部摆杆29的一端分别铰接于两个尾部接杆27，另一端分别铰接于U型件31上端的左右两侧；

机架1的尾端可固定有U型接头33，U型接头33与竖轴32铰接。

在本实施例中，两尾翼舵机26的同向转动使尾座28相对于竖轴32左右转动，即尾座28相对于机架1左右偏摆；两尾翼舵机26的相向转动使尾座28的竖轴32相对于机架1尾端上下摆动，即尾座28相对于机架1上下摆动，实现了尾杆30的俯仰和摇摆，改变飞行器的飞行方向。

通过上述描述可知，本发明实施例提供的仿生扑翼飞行器，通过蜗杆和两蜗轮的传动结构带动两侧扑翼的上下扑动，使仿生扑翼飞行器具有传动比例大的优势，同时也避免了使用数量较多的齿轮导致体积大的问题，具有占用空间小，结构更加简便优点。

需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件时，它可以是直接连接到另一个组件，或者可能同时存在居中组件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种仿生扑翼飞行器，包括：机架、分别设置在机架两侧的扑翼、设置在机架中部的扑翼驱动机构和设置在机架尾部的尾翼机构；其特征在于，

所述扑翼驱动机构包括：竖向设置的蜗杆、用于驱动蜗杆旋转的驱动电机、设置在蜗杆两侧且与蜗杆啮合的蜗轮和固定连接两个蜗轮中心的两个摇臂；所述驱动电机固定于所述机架，两个蜗轮均转动支承于机架；

每个所述扑翼包括：摆杆和内翼；所述内翼包括：间隔设置的多个内翼骨架、贯穿多个内翼骨架的上杆和贯穿多个内翼骨架的下杆；所述内翼骨架与所述上杆固定连接，所述上杆转动支承于所述机架上，所述上杆的一端和所述下杆的一端分别铰接于所述摆杆的上端和中部；两个所述摆杆的下端分别铰接至所述摇臂；

所述机架的尾部通过连接杆与尾翼机构固定连接。

2.根据权利要求1所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于，所述蜗杆的正上方设置有所述驱动电机；所述蜗杆与所述驱动电机的输出轴固定连接；

其中，所述蜗杆的旋转中心与所述驱动电机的输出轴重合。

3.根据权利要求1所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于，每个所述扑翼还包括：外翼；所述外翼铰接在所述内翼上远离扑翼驱动机构的一端；

所述外翼包括：间隔设置的多个外翼骨架、贯穿多个外翼骨架的外翼轴、固定在外翼轴一端的铰接架；

其中，所述外翼轴与所述外翼骨架转动连接；所述铰接架的上端和下端分别铰接于所述上杆的一端和所述下杆的一端。

4.根据权利要求3所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于，所述外翼轴与所述外翼骨架之间设置有轴承。

5.根据权利要求3所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于，所述上杆的一端共同铰接有第一铰接杆和第二铰接杆；所述第一铰接杆和所述第二铰接杆的另一端分别铰接于所述铰接架上端和下杆的一端。

6.根据权利要求3所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于，所述外翼还包括：外翼舵机、第三铰接杆、第四铰接杆和第五铰接杆；外翼舵机固定于外翼轴外端的外翼骨架上；第三铰接杆的一端和第五铰接杆的一端分别与第四铰接杆的两端铰接，第三铰接杆的另一端和第五铰接杆的另一端分别与所述外翼舵机的输出轴和外翼轴固定连接；

其中，所述外翼轴远离所述铰接架的一端为外端。

7.根据权利要求1所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于，所述上杆固定连接有沿飞行器头尾方向设置的第一固定接杆；所述第一固定接杆的一端固定连接所述上杆上靠近扑翼驱动机构的一端，另一端固定连接第二固定接杆的中部，且第二固定接杆与上杆相平行；

所述第二固定接杆的一端铰接于所述机架；所述第二固定接杆的另一端与所述上杆远离扑翼驱动机构的一端之间连接有贯穿内翼骨架的第三固定接杆。

8.根据权利要求7所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于，所述第二固定接杆与所述机架的铰接处与上杆在机架上的转动支承处共线。

9.根据权利要求1所述的仿生扑翼飞行器，其特征在于，所述尾翼机构包括：设置在所述机架尾部的尾翼和两个尾翼舵机；

两个尾翼舵机分别固定于机架尾部左右两侧，且两个尾翼舵机的输出轴分别固定连接有尾部接杆；

所述尾翼包括：尾座、两个尾部摆杆和固定于尾座的两个尾杆；所述尾座上固定有开口朝向尾翼舵机的U型件，所述U型件的上下两端之间铰接有竖轴，所述竖轴与所述U型件的铰接轴线呈竖直状态；所述竖轴的下部铰接于所述机架的尾端，所述竖轴与所述机架尾端的铰接轴线呈水平状态；两个所述尾部摆杆的一端分别铰接于两个尾部接杆，另一端分别铰接于所述U型件上端的左右两侧；

所述机架的尾端可固定有U型接头，所述U型接头与所述竖轴铰接。

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