同步直动式可转叶片四扑翼飞行器制造技术

本发明专利技术涉及扑翼型飞行器和飞行机器人领域，特别是一种同步直动式可转叶片四扑翼飞行器。包括扑翼、滑道、连接件、第一减速器、步进电机、传动机构、第二减速器、电动机和机身框架，机身框架四周对称的安装固定有四个竖直方向的滑道，四个连接件分别滑动连接在四个滑道上，四个扑翼分别连接在四个连接件上且可相对转动，扑翼包括扑翼框架，以及安装在扑翼框架内的可转动的叶片，扑翼框架内还设置有扭簧用于叶片的复位，传动机构连接在四个连接件上，设置在机身框架上的电动机通过第二减速器减速后带动传动机构运动使四个连接件同步上下滑动，分别设置在四个连接件上的四个步进电机通过四个第一减速器减速后分别带动四个扑翼转动。

Synchronized direct-acting four-flapping-wing vehicle with rotatable blades

【技术实现步骤摘要】
同步直动式可转叶片四扑翼飞行器
本专利技术涉及扑翼型飞行器和飞行机器人领域，特别是一种同步直动式可转叶片四扑翼飞行器。
技术介绍
飞行器飞行方式有固定翼、旋翼和扑翼三种飞行类型，其中扑翼飞行是自然界飞行生物采用的飞行方式，主要利用双翅的上下扑动同时产生升力和推力，其主要特点是将举升、悬停和推进功能基于一体，同时具有很强的机动性和灵活性，更适合于执行绕过障碍物等的飞行。对于小尺寸和低速飞行状态的飞行器，属于低雷诺数下飞行，扑翼产生的非定常升力比固定翼的定常升力大得多；从推力方面来看，扑翼推进效率比螺旋桨推进效率高。目前扑翼飞行器研究主要集中在模拟大自然中飞行生物的飞行姿态设计各种扑翼机构。扑翼驱动机构划可以分为多自由度扑翼驱动机构与单自由度扑翼驱动机构，前者能实现复杂的运动形式，但机构相对庞大复杂，后者驱动机构只需要实现拍打运动，通过固定机翼的后缘形成一个随机翼拍打而变化的迎角来实现扭转运动。但这些扑翼机构的共同问题是总体气动效率偏低，甚至低于同尺度的固定翼微型飞行器。扑翼飞行器总体效率低下的主要原因是目前研究中大多是简单的仿造鸟类或昆虫翅膀的外形和扑动运动，却很难实现飞行生物扑翼上下扑动过程中利用翼翅自身姿态和结构的改变减小空气阻力并产生非定常气动力，由此产生的气动效率较低问题严重制约了扑翼式飞行器的普及应用。同时，目前的扑翼飞行棋大多无法实现垂直起降和空中悬停，灵活性和机动性还不够好。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种非常显著的减小扑翼型飞行器扑翼复位过程阻力、提升气动效率、方便实现垂直起降、能快速切换飞行方向、飞行灵活性和机动性非常好的同步直动式可转叶片四扑翼飞行器，以解决现有技术中存在的上述问题。实现本专利技术目的的技术解决方案是：提供一种同步直动式可转叶片四扑翼飞行器，包括扑翼、滑道、连接件、第一减速器、步进电机、传动机构、第二减速器、电动机和机身框架，所述机身框架四周对称的安装固定有四个竖直方向的所述滑道，四个所述连接件分别滑动连接在四个所述滑道上，四个所述扑翼分别连接在四个所述连接件上且可相对转动，所述扑翼包括扑翼框架，以及安装在所述扑翼框架内的可转动的叶片，所述扑翼框架内还设置有扭簧用于所述叶片的复位，所述传动机构连接在四个所述连接件上，设置在所述机身框架上的所述电动机通过设置在所述机身框架上的所述第二减速器减速后带动所述传动机构运动使四个连接件同步上下滑动，分别设置在四个所述连接件上的四个所述步进电机分别通过设置在四个所述连接件上的四个第一减速器减速后分别带动四个所述扑翼转动。进一步的是，所述扑翼框架上设置有叶片安装孔、叶片限位梁和扑翼转轴，所述叶片包括相对设置的叶片迎风面、叶片背风面以及设置在所述叶片上的叶片转轴，所述连接件设置有滑道孔和扑翼转轴孔，所述滑道孔的轴线与所述扑翼转轴孔的轴线垂直，所述滑道插装在所述滑道孔内且可滑动，所述扑翼转轴插装在所述扑翼转轴孔内且可转动；所述叶片转轴插装在所述叶片安装孔内且可转动，所述扭簧套装在所述叶片转轴上，所述扭簧两端分别靠近所述扑翼框架和所述叶片迎风面设置；当所述扭簧处于压缩状态，所述叶片背风面靠近所述叶片限位梁。进一步的是，所述传动机构包括推杆、凸轮、传动轴、所述推杆上设置有推杆轴和推杆支架，所述凸轮上设置有凸轮转孔和凸轮曲面，竖直方向的所述推杆轴的顶尖朝下紧靠在所述凸轮曲面上，四个所述连接件设置在所述推杆支架上，所述传动轴连接所述凸轮转孔和所述第二减速器。进一步的是，所述凸轮曲面为直纹面且直纹面素线与所述凸轮转孔的轴线平行。进一步的是，还包括用于使所述连接件复位的弹簧，四个所述弹簧分别套装在四个所述滑道上，所述弹簧两端分别靠近所述接件和所述机身框架设置，所述弹簧为压缩状态。进一步的是，所述扑翼转轴安装在所述第一减速器的输出轴上，所述步进电机的输出轴安装在所述第一减速器的输入孔内。进一步的是，所述电动机的输出轴安装在所述第二减速器输入孔内。进一步的是，所述扑翼框架上还包括用于加强所述扑翼框架的强度的加强竖梁、加强横梁和加强斜梁中的至少一种，。进一步的是，所述的叶片限位梁、所述加强竖梁、所述加强横梁和所述加强斜梁均为空心结构；所述的叶片限位梁、所述加强竖梁、所述加强横梁和所述加强斜梁为工程塑料材质；所述的叶片限位梁、所述加强竖梁、所述加强横梁和所述加强斜梁为碳素纤维材质。进一步的是，每个所述扑翼框架内安装的所述叶片的数量大于1个。一种同步直动式可转叶片四扑翼飞行器，其特征在于包括扑翼框架、叶片、扭簧、滑道、连接件、第一减速器、步进电机、弹簧、推杆、凸轮、传动轴、第二减速器、电动机和机身框架，扑翼框架上有叶片安装孔、叶片限位梁和扑翼转轴，叶片上有叶片迎风面、叶片转轴和叶片背风面，连接件上有滑道孔和扑翼转轴孔，滑道孔的轴线与扑翼转轴孔的轴线垂直，推杆上有推杆轴和推杆支架，凸轮上有凸轮转孔和凸轮曲面，机身框架四周对称的安装固定有四个竖直方向的滑道，四个连接件通过滑道孔分别套装在四个滑道上且可滑动，四个弹簧分别套装在四个滑道上，弹簧一端紧靠在接件的上端面上，另一端紧靠在机身框架上，弹簧为压缩状态，四个扑翼框架通过扑翼转轴分别插装在四个连接件的扑翼转轴孔内且可转动，叶片转轴插装在叶片安装孔内且可转动，扭簧套装在叶片转轴上，扭簧一端靠在扑翼框架上，另一端靠在叶片迎风面上，扭簧处于压缩状态，叶片背风面靠在叶片限位梁上，每个扑翼框架内安装的叶片的数量为个，扑翼转轴安装在第一减速器的输出轴上，步进电机的输出轴安装在第一减速器的输入孔内，四个第一减速器和四个步进电机分别安装固定在四个连接件上，四个连接件安装固定在推杆支架上，竖直方向的推杆轴的顶尖朝下紧靠在凸轮曲面上，传动轴插装固定在凸轮转孔内，传动轴安装在第二减速器的输出轴上，电动机的输出轴安装在第二减速器输入孔内，第二减速器和电动机都安装固定在机身框架上，凸轮曲面为直纹面且直纹面素线与凸轮转孔的轴线平行，凸轮曲面的直纹面素线与凸轮转孔轴线距离的最大值与最小值之差为扑翼框架工作行程，扑翼框架上有加强竖梁、加强横梁和加强斜梁，叶片限位梁、加强竖梁、加强横梁和加强斜梁都采用空心结构且采用工程塑料、碳素纤维等轻质材料。本专利技术的工作原理是：当电动机启动后，经过第二减速器减速后带动传动轴和凸轮连续转动，在凸轮转动和压缩弹簧共同作用下，推杆带动连接件和四个扑翼框架作往复同步平动，当扑翼框架作靠近传动轴的平动时为扑翼工作状态，此时叶片在扭簧的作用下叶片背风面紧靠在叶片限位梁上，叶片迎风面与气流运动方向垂直，气流直接作用在叶片迎风面上获得最大的气动力，同时，通过步进电机经过第一减速器减速后带动扑翼框架转动，改变叶片的倾角，气流作用在叶片迎风面上的正压力可分解为升力和推力，倾角的改变可以调节升力和推力的大小；当扑翼框架作远离传动轴的平动时为扑翼复位状态，此时气流直接作用在叶片背风面上，使叶片克服扭簧的弹力后绕叶片转轴转动，直到叶片背风面基本与气流运动方向平行，因此扑翼在复位过程中所受的空气阻力最小，在复位过程中，扭簧进一步压缩；当扑翼复位行程结束时，叶片在扭簧的恢复弹力作用下绕叶片转轴转动初始状态即工作状态。当四个步进电机调节四个扑翼的翼面为水平状态时，即可实现垂直起降功能，若四个扑翼产生的气动力与整机重量和阻力相等时，则可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.同步直动式可转叶片四扑翼飞行器，其特征在于包括扑翼、滑道(4)、连接件(5)、第一减速器(6)、步进电机(7)、传动机构、第二减速器(12)、电动机(13)和机身框架(14)，所述机身框架(15)四周对称的安装固定有四个竖直方向的所述滑道(4)，四个所述连接件(5)分别滑动连接在四个所述滑道(4)上，四个所述扑翼分别连接在四个所述连接件(5)上且可相对转动，所述扑翼包括扑翼框架(1)，以及安装在所述扑翼框架(1)内的可转动的叶片(2)，所述扑翼框架(1)内还设置有扭簧(3)用于所述叶片(2)的复位，所述传动机构连接在四个所述连接件(5)上，设置在所述机身框架(14)上的所述电动机(13)通过设置在所述机身框架(14)上的所述第二减速器(12)减速后带动所述传动机构运动使四个连接件(5)同步上下滑动，分别设置在四个所述连接件(5)上的四个所述步进电机(7)分别通过设置在四个所述连接件(5)上的四个第一减速器(6)减速后分别带动四个所述扑翼转动。

【技术特征摘要】
1.同步直动式可转叶片四扑翼飞行器，其特征在于包括扑翼、滑道(4)、连接件(5)、第一减速器(6)、步进电机(7)、传动机构、第二减速器(12)、电动机(13)和机身框架(14)，所述机身框架(15)四周对称的安装固定有四个竖直方向的所述滑道(4)，四个所述连接件(5)分别滑动连接在四个所述滑道(4)上，四个所述扑翼分别连接在四个所述连接件(5)上且可相对转动，所述扑翼包括扑翼框架(1)，以及安装在所述扑翼框架(1)内的可转动的叶片(2)，所述扑翼框架(1)内还设置有扭簧(3)用于所述叶片(2)的复位，所述传动机构连接在四个所述连接件(5)上，设置在所述机身框架(14)上的所述电动机(13)通过设置在所述机身框架(14)上的所述第二减速器(12)减速后带动所述传动机构运动使四个连接件(5)同步上下滑动，分别设置在四个所述连接件(5)上的四个所述步进电机(7)分别通过设置在四个所述连接件(5)上的四个第一减速器(6)减速后分别带动四个所述扑翼转动。2.根据权利要求1所述的同步直动式可转叶片四扑翼飞行器，其特征在于：所述扑翼框架(1)上设置有叶片安装孔(101)、叶片限位梁(102)和扑翼转轴(103)，所述叶片(2)包括相对设置的叶片迎风面(201)、叶片背风面(203)以及设置在所述叶片(2)上的叶片转轴(202)，所述连接件(5)设置有滑道孔(501)和扑翼转轴孔(502)，所述滑道孔(501)的轴线与所述扑翼转轴孔(502)的轴线垂直，所述滑道(4)插装在所述滑道孔(501)内且可滑动，所述扑翼转轴(103)插装在所述扑翼转轴孔(502)内且可转动；所述叶片转轴(202)插装在所述叶片安装孔(101)内且可转动，所述扭簧(3)套装在所述叶片转轴(202)上，所述扭簧(3)两端分别靠近所述扑翼框架(1)和所述叶片迎风面(201)设置；当所述扭簧(3)处于压缩状态，所述叶片背风面(203)靠近所述叶片限位梁(102)。3.根据权利要求1或2所述的同步直动式可转叶片四扑翼飞行器，其特征在于：所述传动机构包括推杆(9)、凸轮(10)、传动轴(11)、所述推杆(...

【专利技术属性】
技术研发人员：费金陵，邱明，蔡伟义，杨磊，华洪良，周雪峰，廖振强，
申请(专利权)人：苏州金圭谷智能科技有限公司，苏州高博软件技术职业学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32