一种仿鸟扑翼机及其姿态转换机构和使用方法技术

本发明专利技术公开了一种仿鸟扑翼机及其姿态转换机构和使用方法，该姿态转换机构将驱动电机固定安装于仿鸟扑翼机；传动杆贯穿机架，一端部固定连接有第一曲柄，另一端固定连接有第二曲柄，第一曲柄与第二曲柄之间具有相位差；一端部伸出机架后与扑翼收缩装置连接，另一端伸出机架后与扑动装置连接；传动装置传动连接于驱动电机与传动杆之间；扑翼收缩装置安装于机架，并与第一曲柄转动连接，用于实现扑翼的收缩；扑动装置安装于机架和仿鸟扑翼机，并与第二曲柄转动连接，用于实现扑翼的扑动；控制器与驱动电机连接

【技术实现步骤摘要】
一种仿鸟扑翼机及其姿态转换机构和使用方法


[0001]本专利技术涉及扑翼机
，具体涉及一种仿鸟扑翼机及其姿态转换机构和使用方法
。

技术介绍

[0002]飞行生物在飞行过程中有着复杂的扑翼运动方式，归纳起来有四种基本的运动方式：扑动
(flapping)、
扭转
(twisting)、
挥摆
(swinging)
以及折叠
(folding)
，其中，扑动运动是绕与飞行方向相同的轴做上下运动拍动；扭转是绕翅翼中线的旋转运动；挥摆是绕与机身垂直轴的前后划动；折叠是翅膀沿翼展方向的伸展与弯曲
。
因此，扑翼运动并非单个平面的上下扑动，而是多维度空间内的复杂运动
。
但目前大部分扑翼机只能实现单一维度的运动，气动利用效率较低，且飞行姿态不稳定，鲜有针对扑翼多自由运动的研究
。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种仿鸟扑翼机及其姿态转换机构和使用方法，该姿态转换机构增加了扑翼的运动自由度，将扑翼运动从平面维拓展到空间维，实现翅膀的折叠
‑
展开及多自由度扑动，在增强仿生度的同时提高了气动利用效率，提升了扑翼机的能源利用效率及续航能力，能够有效提高扑翼机的飞行效率和飞行稳定性
。
[0004]本专利技术采用以下具体技术方案：本专利技术提供了一种仿鸟扑翼机的姿态转换机构，该姿态转换机构包括机架
、
驱动电机
、
传动装置r/>、
传动杆
、
扑翼收缩装置
、
扑动装置以及控制器；所述驱动电机固定安装于仿鸟扑翼机，用于提供动力；所述传动杆贯穿所述机架且能够绕自身的轴心线转动，伸出所述机架的一端部固定连接有第一曲柄，伸出所述机架的另一端固定连接有第二曲柄，所述第一曲柄所处的平面与所述第二曲柄所处的平面平行且所述第一曲柄与所述第二曲柄之间具有相位差；所述传动装置传动连接于所述驱动电机与所述传动杆之间，用于将所述驱动电机产生的动力传递至所述传动杆，从而驱动所述传动杆转动；所述扑翼收缩装置安装于所述机架，并与所述第一曲柄转动连接，用于实现扑翼的收缩；所述扑动装置安装于所述机架和仿鸟扑翼机，并与所述第二曲柄转动连接，用于实现扑翼的扑动；所述控制器与所述驱动电机连接，用于控制所述驱动电机运转
。
[0005]更进一步地，所述传动装置包括电机连接杆
、
传动组件
、
底部固定槽
、
蜗轮以及蜗杆；所述电机连接杆与所述驱动电机的输出轴固定连接；所述传动组件传动连接于所述电机连接杆与所述蜗杆之间，用于将所述驱动电机的动力传递至所述蜗杆；
所述底部固定槽固定安装于仿鸟扑翼机，并设置有弧形凹槽；所述蜗杆的底端滑动配合地容置于所述弧形凹槽内；所述蜗轮固定安装于所述传动杆的中部，并与所述蜗杆啮合
。
[0006]更进一步地，所述传动组件包括第一传动齿轮
、
齿形带以及第二传动齿轮；所述第一传动齿轮同轴固定连接于所述电机连接杆；所述齿形带套设于所述第一传动齿轮与所述第二传动齿轮的外周侧，并与所述第一传动齿轮与所述第二传动齿轮啮合；所述第二传动齿轮与所述蜗杆同轴固定连接
。
[0007]更进一步地，所述扑翼收缩装置包括机翼曲柄
、
机翼摇杆
、
中段机翼
、
外段机翼
、
滑动杆以及滑轨；所述第一曲柄
、
所述机翼曲柄
、
所述机翼摇杆
、
所述中段机翼以及所述外段机翼依次转动连接；所述滑轨采用悬臂结构，内端部固定连接于所述机架的第一侧面，外端部沿水平方向朝向远离所述机翼曲柄的方向延伸至所述机架外侧，并具有沿水平方向延伸的滑槽；所述机翼摇杆为
V
形杆，中部折弯处转动安装于所述机架的第一侧面且与所述滑轨的内端部同轴设置；所述滑动杆的一端转动连接于所述中段机翼朝向所述机架的一侧表面，另一端滑动配合地安装于所述滑槽内，使所述中段机翼实现多自由度运动
。
[0008]更进一步地，所述扑动装置包括固定齿轮
、
结构固定杆
、
从动齿轮
、
姿态转换摇杆以及姿态转换曲柄；所述结构固定杆固定安装于仿鸟扑翼机；所述固定齿轮同轴固定安装于所述结构固定杆；所述从动齿轮转动安装于所述机架；所述姿态转换曲柄的一端与所述第二曲柄转动连接，另一端与所述姿态转换摇杆的一端转动连接；所述姿态转换摇杆的另一端与所述从动齿轮同轴固定连接
。
[0009]更进一步地，所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮的齿数相等；所述蜗杆与所述蜗轮的减速比为
40:1
；所述固定齿轮与所述从动齿轮的齿数相等
。
[0010]更进一步地，所述第一传动齿轮
、
所述第二传动齿轮
、
所述蜗杆
、
所述蜗轮
、
所述固定齿轮以及所述从动齿轮的材质均为尼龙及玻璃纤维，并采用
3D
打印工艺制成
。
[0011]更进一步地，所述机架为
U
型结构；所述传动杆安装于所述机架的开口端
。
[0012]同时，本专利技术还提供了一种仿鸟扑翼机，该仿鸟扑翼机包括上述技术方案中提供的任意一种姿态转换机构
。
[0013]另外，本专利技术还提供了一种上述技术方案中任意一种姿态转换机构的使用方法，该使用方法包括以下步骤：步骤一，驱动电机通过传动组件将动力传输至蜗杆和蜗轮，蜗轮带动传动杆转动；步骤二，折叠
‑
展开过程中，传动杆左端的第一曲柄与机翼曲柄连接，机翼曲柄的
另一端与机翼摇杆的左端连接，传动杆
、
机翼曲柄和机翼摇杆组成连杆机构，机翼摇杆的右端与中段机翼的左端连接，中段机翼中部连接有滑动杆，滑动杆被限制在滑轨的滑槽中，机翼摇杆在组成连杆机构运动的过程中，中段机翼受到牵引而运动，中部始终位于滑槽中，完成左右往复运动；步骤三，转动过程中，传动杆右端的第二曲柄与姿态转换曲柄连接，姿态转换曲柄右端与姿态转换摇杆的左端连接，姿态转换摇杆的右端固定在从动齿轮上，姿态转换曲柄带动姿态转换摇杆做上下往复运动时，从动齿轮完成上下往复转动，从动齿轮的另一端与固定齿轮机械配合，固定齿轮固定在结构固定杆上，从动齿轮往复运动时，将带动姿态转换机构整体在水平面内完成左右往复转动；步骤四：驱动电机的固定过程中，姿态转换机构整体将完成在水平面内的左右往复转动，蜗轮与蜗杆随整体进行转动，蜗杆下部安装有第二传动齿轮，第二传动齿轮与蜗杆实现同轴转动，第二传动齿轮与齿形带机械配合，齿形带右端与第一传动齿轮啮合，第一传动齿轮与驱动电机同轴，蜗杆最下端置于底部固定槽的弧形凹槽内，姿态转换机构进行左右往复转动时，蜗杆下端在弧形凹槽内完成往复滑动，同轴本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种仿鸟扑翼机的姿态转换机构，其特征在于，包括机架
、
驱动电机
、
传动装置
、
传动杆
、
扑翼收缩装置
、
扑动装置以及控制器；所述驱动电机固定安装于仿鸟扑翼机，用于提供动力；所述传动杆贯穿所述机架且能够绕自身的轴心线转动，伸出所述机架的一端部固定连接有第一曲柄，伸出所述机架的另一端固定连接有第二曲柄，所述第一曲柄所处的平面与所述第二曲柄所处的平面平行且所述第一曲柄与所述第二曲柄之间具有相位差；所述传动装置传动连接于所述驱动电机与所述传动杆之间，用于将所述驱动电机产生的动力传递至所述传动杆，从而驱动所述传动杆转动；所述扑翼收缩装置安装于所述机架，并与所述第一曲柄转动连接，用于实现扑翼的收缩；所述扑动装置安装于所述机架和仿鸟扑翼机，并与所述第二曲柄转动连接，用于实现扑翼的扑动；所述控制器与所述驱动电机连接，用于控制所述驱动电机运转
。2.
如权利要求1所述的姿态转换机构，其特征在于，所述传动装置包括电机连接杆
、
传动组件
、
底部固定槽
、
蜗轮以及蜗杆；所述电机连接杆与所述驱动电机的输出轴固定连接；所述传动组件传动连接于所述电机连接杆与所述蜗杆之间，用于将所述驱动电机的动力传递至所述蜗杆；所述底部固定槽固定安装于仿鸟扑翼机，并设置有弧形凹槽；所述蜗杆的底端滑动配合地容置于所述弧形凹槽内；所述蜗轮固定安装于所述传动杆的中部，并与所述蜗杆啮合
。3.
如权利要求2所述的姿态转换机构，其特征在于，所述传动组件包括第一传动齿轮
、
齿形带以及第二传动齿轮；所述第一传动齿轮同轴固定连接于所述电机连接杆；所述齿形带套设于所述第一传动齿轮与所述第二传动齿轮的外周侧，并与所述第一传动齿轮与所述第二传动齿轮啮合；所述第二传动齿轮与所述蜗杆同轴固定连接
。4.
如权利要求3所述的姿态转换机构，其特征在于，所述扑翼收缩装置包括机翼曲柄
、
机翼摇杆
、
中段机翼
、
外段机翼
、
滑动杆以及滑轨；所述第一曲柄
、
所述机翼曲柄
、
所述机翼摇杆
、
所述中段机翼以及所述外段机翼依次转动连接；所述滑轨采用悬臂结构，内端部固定连接于所述机架的第一侧面，外端部沿水平方向朝向远离所述机翼曲柄的方向延伸至所述机架外侧，并具有沿水平方向延伸的滑槽；所述机翼摇杆为
V
形杆，中部折弯处转动安装于所述机架的第一侧面且与所述滑轨的内端部同轴设置；所述滑动杆的一端转动连接于所述中段机翼朝向所述机架的一侧表面，另一端滑动配合地安装于所述滑槽内，使所述中段机翼实现多自由度运动
。5.
如权利要求4所述的姿态转换机构，其特征在于，所述扑动装置包...

【专利技术属性】
技术研发人员：申强，蒲文洋，陆一鸣，杨宇航，严尧桀，邓子龙，梁晨，毛瑞芝，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：