一种四翼扑翼微型飞行器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种四翼扑翼微型飞行器，包括：机架、设于机架上方的机翼、设于机架后方的尾翼及固定于机架上的驱动电机，机翼由四片扑翼构成，机翼与驱动电机之间设有摇臂组件、齿轮传动组件及连杆组件进行传动连接；齿轮传动组件内传动连接有一对椭圆齿轮，椭圆齿轮实现非定常比传动。本实用新型专利技术使用双齿轮曲柄摇杆组合机构实现机翼的上下扑动，确保左右翼运动时保持对称，通过椭圆齿轮的非定常比传动，实现机翼在扑动过程中的“合拢”与“打开”两个运动阶段速度不同，大大提高机翼扑动的运动效率。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及微型飞行器，尤其涉及一种四翼扑翼微型飞行器。
技术介绍
扑翼微型飞行器是近年来新兴的一个
，扑翼是指扑动的翼或拍打的翼。与固定翼和旋翼微型飞行器不同，扑翼微型飞行器的翼面不是做旋转运动，而主要是做上下扑动，即像鸟或飞行昆虫翅膀一样扑动而飞行。从飞行机理上来说，扑翼微型飞行器是通过扑翼同时产生升力和推力。与传统微型飞行器相比，扑翼微型飞行器主要特点是将爬升、悬停和推进功能集成于一体，使其可以快速的起飞、加速和悬停，具有高度机动性和灵活性，更适于执行绕过障碍物等复杂地形飞行。对于微小尺寸的飞行器，扑翼产生的非定常升力比固定翼的定常升力相对要大得多。而对于推进力，扑翼的推进效率也比螺旋桨推进效率高。因此对于翼展小于15cm的微型飞行器来说，扑翼飞行比固定翼和旋翼飞行更具优势。同时由于微型扑翼飞行器体积小、重量轻、成本低等特点，其在国防和民用领域都有非常广泛的应用。目前，一般微型仿生扑翼飞行器大部分仅仅依靠一对扑翼产生升力和推力。这种扑翼飞行模式大部分是利用Weis-Fogh机制(Clap-Fling)产生升推力，此类的飞行器扑翼产生升推力的效率较低。现有的扑翼微型飞行器在一个扑翼周期中“合拢” (clap)与“打开”(fling)两个运动阶段速度都是相同的，但是通过对自然界中昆虫飞行状态的观察，自然界中昆虫实际扑翼运动状态(如瓢虫)在一个扑翼周期中“合拢”(clap)与“打开”(fling)两个运动阶段速度都是不同的，也就是说两个运动阶段是有快慢变化的。同时通过利用粒子图像测速技术(PIV)对原型机(一个扑翼周期中“合拢”(clap)与“打开”(fling)两个运动阶段速度相同)进行风洞试验，发现在一个扑翼周期中，“合拢”(clap)与“打开”(fling)两个运动阶段所产生的升力是不同的。这就为设计一种可以实现“合拢”(clap)与“打开”(fling)两个运动阶段速度不同的扑翼微型飞行器提供了理论依据。另一方面，现已成功试飞的微型扑翼机多采用四连杆结构，如空间连杆、单曲柄双摇杆、双曲柄双摇杆等机构，这些机构都或多或少存在着微小化困难或者是左右扑动对称性不好等问题。其中左右扑动对称性问题是设计扑翼微型飞行器驱动机构的一个核心问题，左右机翼扑动的不对称将直接导致飞行器飞行的不稳定。这是因为在同一时刻，左右机翼扑动的不对称导致两翼扑动角度及角速度不同，进而造成左右机翼产生的升力和推力不同，这也就使微型飞行器不能稳定飞行。因此，如何设计一种结构简单、扑翼完全对称扑动且扑动过程中速度不同的四翼扑翼微型飞行器是业界亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本技术针对上述问题提供了一种结构简单、扑翼完全对称扑动且扑动过程中速度不同的四翼扑翼微型飞行器。本技术提出的技术方案是，设计一种四翼扑翼微型飞行器，包括:机架、设于机架上方的机翼、设于机架后方的尾翼及固定于机架上的驱动电机，所述机翼由四片扑翼构成，所述机翼与驱动电机之间设有摇臂组件、齿轮传动组件及连杆组件进行传动连接；所述摇臂组件由两个对称铰接于机架顶端的摇臂构成，所述摇臂两端折弯形成钝角，两摇臂钝角开口朝上在折弯点相互铰接，四片扑翼分别固定于两个摇臂的外端；齿轮传动组件包括:与驱动电机输出轴传动连接的主动齿轮、主动齿轮啮合连接的从动齿轮，所述主、从动齿轮的啮合转动与两个摇臂的铰接转动均在垂直平面内；连杆组件由两个连杆构成，分别配合铰接于一摇臂与主动齿轮之间、另一摇臂与从动齿轮之间，主、从动齿轮通过连杆分别带动两摇臂以相同的速度对称转动。所述主、从动齿轮之间传动连接有一对椭圆齿轮，所述椭圆齿轮实现非定常比传动。所述齿轮传动组件包括:与驱动电机输出轴传动连接的第一齿轮、与第一齿轮嗤合传动的第一副齿轮、与第一副齿轮同轴固定连接的第二齿轮、与第二齿轮啮合的第二副齿轮、与第二副齿轮同轴固定连接的第三椭圆齿轮、与第三椭圆齿轮啮合的第三副椭圆齿轮、与第三副椭圆齿轮同轴固定连接的第四齿轮、与第四齿轮啮合的第四副齿轮；所述主动齿轮与所述第四副齿轮同轴固定连接。所述齿轮传动组件中第一、二齿轮为小齿轮，第一、二副齿轮为大齿轮，所述第三椭圆齿轮为小椭圆齿轮，所述第三副椭圆齿轮为大椭圆齿轮，所述齿轮传动组件为减速齿轮组。所述扑翼由外端具有可挠性的支撑悬臂和固定在支撑悬臂上的翼膜构成，所述翼膜由支撑悬臂的外端向内端呈现波浪状。所述尾翼由底板和垂直设于底板上的立板构成，所述立板后端铰接设有垂直控制面，所述底板后端铰接设有水平控制面，所述立板前端设有控制垂直控制面左右转动的方向舵机、控制水平控制面上下转动的升降舵机，所述方向舵机、升降舵机分别通过拉杆拉动垂直控制面、水平控制面转动。与现有技术相比，本技术使用双齿轮曲柄摇杆组合机构实现机翼的上下扑动，并且确保左右翼运动时保持对称，使飞行器飞行稳定，双齿轮与电机输出轴的传动组件中还设有一对椭圆齿轮，通过椭圆齿轮的非定常比传动，实现机翼在扑动过程中的“合拢”与“打开”两个运动阶段速度不同，大大提高机翼扑动的运动效率。【附图说明】下面结合实施例和附图对本技术进行详细说明，其中:图1是本技术立体示意图；图2是本技术摇臂组件、连杆组件和齿轮传动组件的正面示意图；图3是本技术摇臂组件、连杆组件和齿轮传动组件的侧面示意图；图4是本技术尾翼的立体示意图。【具体实施方式】如图1所示，本技术提出的四翼扑翼微型飞行器，包括:机架1、设于机架上方的机翼、设于机架I后方的尾翼2及固定于机架I上的驱动电机3，机翼由四片扑翼4构成，机翼与驱动电机3之间设有摇臂组件5、齿轮传动组件6及连杆组件7进行传动连接。本实施例中，如图2、3所示，摇臂组件5由左、右两个对称铰接于机架I顶端的摇臂构成，摇臂两端折弯形成钝角，两摇臂钝角开口朝上在折弯点相互铰接，四片扑翼4分别固定于两个摇臂的外端。齿轮传动组件6包括:与驱动电机3输出轴传动连接的主动齿轮60、主动齿轮当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种四翼扑翼微型飞行器，包括：机架、设于机架上方的机翼、设于机架后方的尾翼及固定于机架上的驱动电机，其特征在于，所述机翼由四片扑翼构成，所述机翼与驱动电机之间设有摇臂组件、齿轮传动组件及连杆组件进行传动连接；所述摇臂组件由两个对称铰接于机架顶端的摇臂构成，所述摇臂两端折弯形成钝角，两摇臂钝角开口朝上在折弯点相互铰接，四片扑翼分别固定于两个摇臂的外端；齿轮传动组件包括：与驱动电机输出轴传动连接的主动齿轮、主动齿轮啮合连接的从动齿轮，所述主、从动齿轮的啮合转动与两个摇臂的铰接转动均在垂直平面内；连杆组件由两个连杆构成，分别配合铰接于一摇臂与主动齿轮之间、另一摇臂与从动齿轮之间，主、从动齿轮通过连杆分别带动两摇臂以相同的速度对称转动。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙熙，温志湧，黄骏杰，孙靖萱，
申请(专利权)人：香港理工大学，
类型：新型
国别省市：中国香港;81