仿昆虫多自由度扑翼机构、扑翼机制造技术

本发明专利技术涉及一种仿昆虫多自由度扑翼机构、扑翼机，涉及飞行器技术领域，该扑翼机由仿昆虫多自由度扑翼机构和扑翼组成；所述的扑翼插在杆套上；所述的扑翼的扑动角范围为0

【技术实现步骤摘要】
仿昆虫多自由度扑翼机构、扑翼机


[0001]本专利技术涉及飞行器
，具体涉及一种仿昆虫多自由度扑翼机构、扑翼机。

技术介绍

[0002]扑翼机又称振翼机，是指机翼能像鸟和昆虫翅膀那样上下扑动的重于空气的飞行器，扑动的机翼不仅产生升力，还产生向前的推动力。基于仿生学原理的扑翼机和常规飞行器相比，仅用一套扑翼系统就可代替螺旋桨或者喷气式发动机提供推力。同时，由于扑翼机具有小巧、灵活以及飞行效率高的特点，并且可以实现垂直起落、悬停、前飞、后飞、俯冲、急转等特技，得到了国内外研究学者的重点关注。随着现代材料、动力、加工技术的进步，已经能够制造出接近实用的扑翼飞行器。
[0003]昆虫在扑翼飞行中，其翅翼可实现椭圆或“8”字轨迹，上述轨迹由扑动、扭转和摆动三种运动复合而成。但是目前，人们设计的多是包含扑动的单自由度扑翼机，和包含“扭转+扑动”的双自由度扑翼机。此外，微小型扑翼飞行器的结构不能太复杂，通常不会采用多自由度且多控制扑翼机构的设计。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷中的至少一种而提供一种仿昆虫多自由度扑翼机构、扑翼机。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：本专利技术目的之一在于一种仿昆虫多自由度扑翼机构，该扑翼机构由机架、动力组件和扑动组件组成；所述的动力组件由相啮合的电机和减速齿轮组组成；所述的减速齿轮组位于机架内；所述的电机位于机架底部；所述的机架上设有用于带动扑动组件的输出轴；所述的减速齿轮组与输出轴啮合传动；所述的扑动组件对称分布在机架两侧；所述的扑动组件由曲柄、曲柄连杆、翼肩和用于连接扑翼的杆套组成；所述的曲柄一端与输出轴固定，另一端与曲柄连杆球铰连接；所述的曲柄连杆远离曲柄的一端与翼肩铰接；所述的翼肩远离曲柄连杆的一端设有用于放置杆套的通孔；所述的杆套穿过翼肩上的通孔，一端与曲柄连杆铰接，另一端与扑翼相连。
[0006]进一步地，所述的减速齿轮组由依次啮合连接的电机输出轴齿轮、第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮组成；所述的电机输出轴齿轮中部设有用于传动电机的电机输出轴；所述的输出轴固定在第四齿轮中部。
[0007]进一步地，所述的翼肩底部设有用于支撑扑翼机构的支撑组件。
[0008]进一步地，所述的支撑组件由与翼肩铰接的Y型座和用于支撑Y型座的座杆组成。
[0009]进一步地，所述的座杆上设有穿插在座杆上的J形胛。所述的J形胛和翼肩之间设有翼肩连杆；所述的翼肩连杆一端与J形胛铰接；另一端与翼肩铰接。
[0010]为了实现扑翼机构高扑动频率，需要尽量减轻运动部件的重量和数量，也就是应
当尽量降低扑动组件整体总装转动惯量，以使高频往复运动的能量消耗尽可能低。故本专利技术中采用拆分翼肩球铰的方法，挑选“摆动”自由度来进行控制，并设计了J型胛执行控制的传动，其控制部件与扑动组件完全分离，不会过度增加转动惯量。本专利技术中J型胛是一种仿生思想，设计灵感来源于肩胛骨，其在扑动时的运动也明显可以看出与肩胛骨的运动十分相似。本专利技术中将肩部球铰关节的控制分解为两部分，一个是“控制J型胛”，另一部分是“齿轮系统传递出来的耦合运动”，并在本专利技术的实施例中明确给出的一套控制来说明本专利技术能够应用于实际飞行的扑翼机的设计，能够实现包括8字空间扑动轨迹在内的多种轨迹，而相同类型的翼尖轨迹（如形状稍有不同的8字轨迹）也可以发生于相对于机架的不同位置。
[0011]空间扑动是一种在空间内有三个自由度的运动。但在本专利技术中扑翼实际执行的是空间扑动有两个自由度耦合，故本专利技术实际只需控制两个自由度。当一个或多个需要控制的自由度提取出来后（本专利技术中提取一个自由度），需要对其施加控制，这就需要一些传递运动的部件，J型胛就是这样的部件，它的运动只有两个自由度，一个是沿着座杆滑动，另一个是绕着座杆扭转，其中绕着座杆扭转是其他部件的运动转递来的，并不对其施加额外控制，而沿着座杆滑动，也即本专利技术认为需要控制的提取出来的自由度（一个直线运动的自由度），这个直线运动通过J型胛、翼肩连杆向上传递，变为杆套摆动的运动。
[0012]更具体的，本专利技术中控制的两个自由度，分别是齿轮传递的整体扑动和J型胛的运动。本专利技术中J型胛有随动（即扑翼运动的同时“控制机构”也进行对应的控制运动）和固定（扑翼运动，而“控制机构”到预定位置则停止）两种运动方式，随动可以形成多种轨迹，随动时这个自由度视为有效，固定则根据固定位置的不同，会形成耦合轨迹，固定后这个自由度视为被“锁死”。也就是说，扑翼是三个自由度的空间运动，但由于机构运动耦合，扑翼的控制（单侧）只有两个自由度。本专利技术中通过控制随动和固定这两种运动方式都可以形成8字的轨迹，只是8字的形状不同，不同形状的轨迹气动效果自然有差别。本专利技术设计的扑翼机构具备一种“退化功能”，当一侧的控制机构由“随动”转为“固定”时，该侧的翼尖轨迹由主动8字轨迹退化为被动8字轨迹或扑动轨迹，也是因为运动的耦合和运动过程中多种力的作用，导致即便J型胛不施加控制，也能够形成上述所说的“被动8字轨迹”。
[0013]进一步地，对称分布的座杆之间设有T型滑块；所述的T型滑块两端穿插在对称分布的座杆上，与J形胛抵接。其中，T型滑块的导轨是两侧的座杆和中间的导杆，三个杆共同定位保证精度。
[0014]进一步地，所述的T型滑块的中部设有导杆和定位弹簧。在本专利技术的某些实施例中，扑翼机构由于有未施加控制的自由度，故在适当位置加入了定位弹簧，文中所用定位弹簧的作用是，在机构未运行的自然状态下使翼保持飞行时姿态的作用，以便于观察和研究。
[0015]进一步地，所述的扑翼机构设有用于对称分布的扑翼完成不同扑动轨迹的控制单元。
[0016]本专利技术目的之二在于一种扑翼机，该扑翼机包括如上所述的仿昆虫多自由度扑翼机构和扑翼；所述的扑翼插在杆套上。
[0017]进一步地，所述的扑翼的扑动角为0
‑
100
°
，扭转范围为0
‑
45
°
、摆动范围为1
‑
18
°
。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：（1）仿生翼的翼根部分的约束可视为一个球铰约束，本专利技术设计的扑翼机构将球铰这种空间多个自由度的高级的约束（高副）拆解为普通平面铰链等单自由度的简单约束，
并按控制的需要组合起来，即球铰变为多个平面铰链的叠加，这个拆解和组合的转化过程保证转化前后机构最终运动性能具有等效性，并同时是考虑到施加控制的需求，因此需要对拆解后叠加组合的方式进行调整和优化，最终将形成扑翼机构。
[0019]（2）翼尖可以运行的轨迹，即翼的运动能力，受到根部约束的限制。本专利技术设计了一种具有多自由度扑翼机构的扑翼机，其中，扑翼机构便于对气动效应进行优化：由于该机构可通过控制单元，使两侧翼分别实现多种不同的扑动轨迹，即翼尖轨迹，而在可实现的轨迹集合中，进行合理的挑选与组合，并让两侧翼按需要执行，就可以形成不同的气动效果，所以通过控制扑翼机的翼尖本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿昆虫多自由度扑翼机构，其特征在于，该扑翼机构由机架（15）、动力组件和扑动组件组成；所述的动力组件由相啮合的电机和减速齿轮组组成；所述的减速齿轮组位于机架（15）内；所述的电机位于机架（15）底部；所述的机架（15）上设有用于带动扑动组件的输出轴（16）；所述的减速齿轮组与输出轴（16）啮合传动；所述的扑动组件对称分布在机架（15）两侧；所述的扑动组件由曲柄（5）、曲柄连杆（6）、翼肩（8）和用于连接扑翼的杆套（7）组成；所述的曲柄（5）一端与输出轴（16）固定，另一端与曲柄连杆（6）球铰连接；所述的曲柄连杆（6）远离曲柄（5）的一端与翼肩（8）铰接；所述的翼肩（8）远离曲柄连杆（6）的一端设有用于放置杆套（7）的通孔；所述的杆套（7）穿过翼肩（8）上的通孔，一端与曲柄连杆（6）铰接，另一端用于连接扑翼；所述的翼肩（8）底部设有用于支撑扑翼机构的支撑组件；所述的支撑组件由与翼肩（8）铰接的Y型座（9）和用于支撑Y型座（9）的座杆（12）组成；所述的座杆（12）上设有穿插在座杆（12）上的J形胛（11）；所述的J形胛（11）和翼肩（8）之间设有翼肩连杆（10）；所述的翼肩连杆（10）一端与J形胛（11）铰接；另一端与翼肩（8）铰接。2.根据权利要求1所述的一种仿昆虫多自由度扑翼机构，其特征在于，所述的减...

【专利技术属性】
技术研发人员：李树帆，侯丹，张奇，仲政，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：