本发明专利技术公开了一种四翼扑翼飞行器用扑翼装置，属于扑翼飞行器技术领域。包括前双翼驱动机构，后双翼驱动机构和驱动机构连接架；前双翼驱动机构和后双翼驱动机构结构相同：包括动能驱动结构和一对结构相同的侧翼驱动机构；动能驱动结构包括双翼主动能压电驱动器和双翼辅动能压电驱动器；双翼主动能压电驱动器及双翼辅动能压电驱动器的下端与驱动机构连接架固定连接；一对结构相同的侧翼驱动机构包括侧翼扑动机构和侧翼摇臂；侧翼扑动机构包括主动能驱动连接臂和辅动能驱动连接臂；侧翼摇臂整体包括扑动翼连接部和扑动翼驱动部，前双翼驱动机构和后双翼驱动机构分别设置在驱动机构连接架的前后。它具有重量轻，结构紧凑、起飞俯仰动作可控等特点。俯仰动作可控等特点。俯仰动作可控等特点。
【技术实现步骤摘要】
一种四翼扑翼飞行器用扑翼装置
[0001]本专利技术涉及扑翼飞行器
技术介绍
[0002]蜻蜓翅膀的振动频率为30
‑
40Hz，可实现稳定悬停、快速转弯、持续前飞等多种飞行模式，而且翅膀能够实现挥舞，扭转，前扫等动作，可随意切换飞行姿态，这是微型扑翼飞行器设计和开发的最佳借鉴模板，然而目前蜻蜓尺度的微型扑翼飞行器难以将蜻蜓的飞行能力再现出来。
[0003]仿蜻蜓微型扑翼飞行器是基于蜻蜓串列翼运动方式飞行的飞行器。与仿鸟类飞行器不同，大尺度下的电机驱动方式在蜻蜓尺度下非常受限，原因是受表面力影响，在小尺度下电机的驱动力和效率会显著下降，传统的机械结构中的轴和齿轮无法保证高传动效率，且加工难度极大。
[0004]智能材料是指能够感知环境变化, 并通过自我判断和结论而实现指令和执行的新材料，具有高功率密度、自感知、自驱动、大变形等特点。压电智能复合结构能够实现驱动、传感、能量收集等功能，因此，其在微型扑翼飞行器的应用非常有前景。
[0005]国内的昆虫尺度的微型扑翼飞行器的研究已有一定的成果。公开号为CN106081104A、申请号为201610574891.0的中国专利提供了一种昆虫尺度的压电驱动扑翼微飞行器。公开号为CN107284659A，申请号为201610200303.7的中国专利提供了一种基于压电结构改变微微型扑翼飞行器翅翼最大振幅的方法。公开号为CN105366050A，申请号为201510824649.X的中国专利提供了一种压电式仿蜻蜓微型扑翼飞行器。但是目前的仿昆虫微型扑翼飞行器，如前述公开号为CN106081104A专利的飞行器，重量在亚毫克量级，虽然能实现一对翅膀的拍打运动，但是飞行姿态不易调整。如前公开号为CN107284659A将压电结构与翅翼直接相连改变翅翼最大振幅，但是压电材料的变形很小，这种直接相连的布局难以获得较大变形。如前公开号为CN105366050A提出的压电驱动的仿蜻蜓设计也是压电复合结构直接连接机翼，难以获得大的扑动幅度。
技术实现思路
[0006]本专利技术要解决的技术问题是提供一种四翼扑翼飞行器用扑翼装置，它具有重量轻，结构紧凑，起飞俯仰动作可控等特点。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种四翼扑翼飞行器用扑翼装置，包括前双翼驱动机构，后双翼驱动机构和驱动机构连接架；前双翼驱动机构和后双翼驱动机构结构相同：其包括动能驱动结构和一对结构相同的侧翼驱动机构；动能驱动结构包括双翼主动能压电驱动器和双翼辅动能压电驱动器；双翼主动能压电驱动器的下端与驱动机构连接架固定连接，以使双翼主动能压电
驱动器横向设置在驱动机构连接架上；双翼辅动能压电驱动器的下端与驱动机构连接架固定连接 ，以使双翼辅动能压电驱动器横向设置在驱动机构连接架上；一对结构相同的侧翼驱动机构包括侧翼扑动机构和侧翼摇臂；侧翼扑动机构包括主动能驱动连接臂和辅动能驱动连接臂；主动能驱动连接臂和辅动能驱动连接臂前后向并排设置，主动能驱动连接臂的一端与双翼主动能压电驱动器的上部连接，其另一端与侧翼摇臂连接，其在侧翼摇臂上的连接部位为侧翼摇臂主动能驱动点；辅动能驱动连接臂的一端与双翼辅动能压电驱动器的上部连接，其另一端与侧翼摇臂连接，其在侧翼摇臂上的连接部位为侧翼摇臂辅动能驱动点；主动能驱动连接臂设有至少一个主臂铰接部，辅动能驱动连接臂设有至少一个辅臂铰接部，在双翼主动能压电驱动器的上部和双翼辅动能压电驱动器的上部相对往复位移，使侧翼摇臂主动能驱动点和侧翼摇臂辅动能驱动点对侧翼摇臂产生前后反方向作用力时，主臂铰接部和辅臂铰接部使主动能驱动连接臂和辅动能驱动连接臂分别产生相应折转运动，从而使侧翼摇臂产生前后向摆动；一对结构相同的侧翼驱动机构对称设置在动能驱动结构的左侧和右侧；设置在动能驱动结构左侧的侧翼驱动机构为左侧翼驱动机构；设置在动能驱动结构右侧的侧翼驱动机构为右侧翼驱动机构；侧翼摇臂整体包括扑动翼连接部和扑动翼驱动部，扑动翼连接部设有用于与柔性扑动翼连接的扑动翼连接结构；扑动翼驱动部为侧翼摇臂主动能驱动点与侧翼摇臂辅动能驱动点之间的部分，其形成侧翼摇臂驱动力臂，以将侧翼摇臂主动能驱动点和侧翼摇臂辅动能驱动点的前后反方向位移转换成侧翼摇臂的前后向摆动；侧翼摇臂驱动力臂的长度与侧翼摇臂的摆动角度反相关；前双翼驱动机构和后双翼驱动机构分别设置在驱动机构连接架的前方和后方。
[0008]本专利技术进一步改进在于：双翼主动能压电驱动器和双翼辅动能压电驱动器在驱动机构连接架的纵向方向上间隔设置；双翼辅动能压电驱动器设置在双翼主动能压电驱动器远离侧翼摇臂的一侧；侧翼摇臂主动能驱动点位于侧翼摇臂辅动能驱动点的内侧。
[0009]主动能驱动连接臂设有两个主臂铰接部，两个主臂铰接部分别位于主动能驱动连接臂长度的1/3处和2/3处；辅动能驱动连接臂设有一个辅臂铰接部，辅臂铰接部位于辅动能驱动连接臂长度的1/2处。
[0010]主动能驱动连接臂为三段条形竖板通过柔性聚酰亚胺薄膜粘接在一起，主动能驱动连接臂的两个柔性聚酰亚胺薄膜部位为两个主臂铰接部，以形成柔性铰链连接；辅动能驱动连接臂为两段条形竖板通过柔性聚酰亚胺薄膜粘接在一起，辅动能驱动连接臂的柔性聚酰亚胺薄膜部位为辅臂铰接部，以形成柔性铰链连接。
[0011]左侧翼驱动机构的主动能驱动连接臂的端部和右侧翼驱动机构的主动能驱动连接臂的端部之间连接有双翼主动能压电驱动器粘接板，以与双翼主动能压电驱动器的上部粘接；左侧翼驱动机构的辅动能驱动连接臂的端部和右侧翼驱动机构的辅动能驱动连接臂的端部之间连接有双翼辅动能压电驱动器粘接板，以用于与双翼辅动能压电驱动器的上部粘接。
[0012]侧翼摇臂中扑动翼连接部设有用于与柔性扑动翼连接的扑动翼连接结构为：在侧
翼摇臂的扑动翼连接部设有扑动翼连接槽，通过柔性聚酰亚胺薄膜将柔性扑动翼的连接端连接在扑动翼连接槽内，从而使柔性扑动翼与侧翼摇臂之间形成柔性铰链连接，在气动力和惯性力的作用下使得侧翼摇臂的翼面发生被动扭转变形。
[0013]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术采用压电驱动器作为动力驱动，前双翼驱动机构和后双翼驱动机构设计结构紧凑，减小了飞行器的体积和重量，不仅可以实现对前双翼驱动机构的一对扑动翼振幅及振频和后双翼驱动机构的一对扑动翼振幅及振频的分别控制，以使机体产生俯仰动作，还可以实现它们的同步控制，以实现飞行器的变幅运动，另外加上压电驱动器的高频输出，可以实现机体的快速起飞和平稳降落。
[0014]它具有重量轻，结构紧凑，前后双翼振幅及振频单独控制等特点。
附图说明
[0015]图1是扑翼装置和两对柔性扑动翼的连接结构示意图；图2是图1中前双翼驱动机构和一对柔性扑动翼的连接结构示意图；图3是图2中前双翼驱动机构的连接结构示意图；图4是图3中左侧翼驱动机构和右侧翼驱动机构的结构示意图。
[0016]在附图中：1. 柔性扑动翼；2. 驱动机构连接架；3. 双翼主动能压电驱动器；4. 双翼辅动能压电驱动器本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种四翼扑翼飞行器用扑翼装置，包括前双翼驱动机构，后双翼驱动机构和驱动机构连接架（2）；所述前双翼驱动机构和所述后双翼驱动机构结构相同：其包括动能驱动结构和一对结构相同的侧翼驱动机构；所述动能驱动结构包括双翼主动能压电驱动器（3）和双翼辅动能压电驱动器（4）；所述双翼主动能压电驱动器（3）的下端与所述驱动机构连接架（2）固定连接，以使所述双翼主动能压电驱动器（3）横向设置在所述驱动机构连接架（2）上；所述双翼辅动能压电驱动器（4）的下端与所述驱动机构连接架（2）固定连接，以使所述双翼辅动能压电驱动器（4）横向设置在所述驱动机构连接架（2）上；一对结构相同的所述侧翼驱动机构包括侧翼扑动机构和侧翼摇臂（5）；所述侧翼扑动机构包括主动能驱动连接臂（6）和辅动能驱动连接臂（7）；所述主动能驱动连接臂（6）和所述辅动能驱动连接臂（7）前后向并排设置，所述主动能驱动连接臂（6）的一端与所述双翼主动能压电驱动器（3）的上部连接，其另一端与所述侧翼摇臂（5）连接，其在所述侧翼摇臂（5）上的连接部位为侧翼摇臂主动能驱动点（8）；所述辅动能驱动连接臂（7）的一端与所述双翼辅动能压电驱动器（4）的上部连接，其另一端与所述侧翼摇臂（5）连接，其在所述侧翼摇臂（5）上的连接部位为侧翼摇臂辅动能驱动点（9）；所述主动能驱动连接臂（6）设有至少一个主臂铰接部（10），所述辅动能驱动连接臂（7）设有至少一个辅臂铰接部（11），在所述双翼主动能压电驱动器（3）的上部和所述双翼辅动能压电驱动器（4）的上部相对往复位移，使所述侧翼摇臂主动能驱动点（8）和所述侧翼摇臂辅动能驱动点（9）对所述侧翼摇臂（5）产生前后反方向作用力时，所述主臂铰接部（10）和所述辅臂铰接部（11）使所述主动能驱动连接臂（6）和所述辅动能驱动连接臂（7）分别产生相应折转运动，从而使所述侧翼摇臂（5）产生前后向摆动；一对结构相同的所述侧翼驱动机构对称设置在所述动能驱动结构的左侧和右侧；设置在所述动能驱动结构左侧的所述侧翼驱动机构为左侧翼驱动机构；设置在所述动能驱动结构右侧的所述侧翼驱动机构为右侧翼驱动机构；所述侧翼摇臂（5）整体包括扑动翼连接部和扑动翼驱动部，所述扑动翼连接部设有用于与柔性扑动翼（1）连接的扑动翼连接结构；所述扑动翼驱动部为所述侧翼摇臂主动能驱动点（8）与所述侧翼摇臂辅动能驱动点（9）之间的部分，其形成侧翼摇臂驱动力臂，以将所述侧翼摇臂主动能驱动点（8）和所述侧翼摇臂辅动能驱动点（9）的前后反方向位移转换成所述侧翼...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪亮，孙中超，宣建林，宋笔锋，杨晓君，翟晨光，杨驰，刘恒，稂鑫雨，张明昊，张弘志，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。