专利名称：振翅飞翔机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及像蝴蝶那样飞翔的振翅飞翔机器人。
背景技术：
现今，作为模仿鸟类和昆虫等的飞行的振翅飞翔机器人，已有人提出如下形式的振翅飞翔机器人方案，即，利用4片翅翼的拍动使夹在翼面彼此之间的空气向平行于翼面的方向喷出而产生推力进行悬停，用尾翼(垂直尾翼)确保悬停时的稳定性，同时用尾翼的操作进行方向控制(例如，参照专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开2008-273270号公报
发明内容
发明要解决的课题然而，在专利文献1所记载的发明中，由于设有4片翅翼和尾翼，所以存在零部件件数变多这样的问题。另外，由于分别独立进行4片翅翼的拍动和尾翼的操作，所以结构变得十分复杂，并且最低必须装载2个驱动部，产生了驱动力的传递机构也变得复杂这样的问题。还有，由于具有4片翅翼和尾翼，所以其飞翔形态、机理、外观都与实际中飞翔的鸟类或昆虫等生物大为不同，尽管具有例如作为玩具使用的可能性，但不适合于在欧美被提案的人物监视的反恐系统和人物追缉系统中使用。本发明是鉴于这样的情况而作出的，其目的在于提供一种能够像蝴蝶那样通过左、右翅翼的振翅而稳定地飞翔的无尾翼振翅飞翔机器人。解决课题的手段与按照上述目的作出的第1项发明有关的振翅飞翔机器人，具有将纵向朝向前后方向的躯干；左翼及右翼，所述左翼及右翼分别设有根端被转动自如地连结在所述躯干的前侧的左前架及右前架；和振翅机构，所述振翅机构以旋转驱动源为动力转动所述左前架及所述右前架，进行所述左翼和所述右翼的振翅，而且，使所述左翼及所述右翼的上拍时间比所述左翼及所述右翼的下拍时间短而产生升力。注意，这里所谓躯干，即使不像通常的飞行物那样具有一定的大小和容积，只要是实际上将左前架及右前架转动自如地连结起来的支撑体或结构体即可，也包括由杆、管等芯材构成的情况和由用于保持电池的盒子构成的情况。注意，作为使左翼及右翼(准确地说是左前架及右前架)的上拍动作的时间比左翼及右翼的下拍动作的时间短的具体方法有，例如1)控制左翼及右翼的旋转驱动源(电机)，从而对左翼及右翼的上拍时间及下拍时间进行控制的方法；2)由于在左翼及右翼下拍时必须利用左翼及右翼使该振翅飞翔机器人整体上浮，比左翼及右翼上拍时的负载大， 因而在旋转驱动源中使用由输出扭矩的增加来降低转速的例如直流电机的方法；幻使左翼及右翼的振翅中心角度为仰角(即从通过左前架及右前架的转动中心的水平线向上倾斜的角度)，利用左翼及右翼下拍时的阻力积极地减小上拍时的阻力的方法等等。与第2项发明有关的振翅飞翔机器人，是在与第1项发明有关的振翅飞翔机器人中，使所述左翼及所述右翼的下拍开始时间大致一致。这里，对于该振翅飞翔机器人的飞行而言，不必使左翼及右翼的下拍开始时间完全一致，只要使其在左翼及右翼的下拍时间的士 10%的范围内一致就足够了。注意，没有必要使左翼及右翼的上拍开始时间一致。与第3项发明有关的振翅飞翔机器人，是在与第1、第2项发明有关的振翅飞翔机器人中，该振翅飞翔机器人没有尾翼，仅仅依靠在振翅时可挠曲的所述左翼和所述右翼的振翅进行飞行的。与第4项发明有关的振翅飞翔机器人，是在与第1 第3项发明中的任意一项有关的振翅飞翔机器人中，使所述左翼及所述右翼的振翅中心角度成为比通过所述左前架及所述右前架的转动中心的水平线靠上位置的角度。并且，与第5项发明有关的振翅飞翔机器人，是在与第4项发明有关的振翅飞翔机器人中，所述左翼和所述右翼的振翅中心角度，分别以通过所述左前架及所述右前架的转动中心的水平线为基准，位于上侧5度 20度的范围内。与第6项发明有关的振翅飞翔机器人，是在与第1 第5项发明有关的振翅飞翔机器人中，所述振翅机构安装在所述躯干的上侧。另外，与第7项发明有关的振翅飞翔机器人，是在与第1 第6项发明中的任意一项有关的振翅飞翔机器人中，所述左翼及所述右翼在振翅时能够挠曲，使所述左翼及所述右翼的下拍时间为所述左翼及所述右翼的上拍时间的1. 1倍 1. 5倍(进一步优选为1. 2 倍 1. 3倍)。若左翼及右翼的下拍时间不足左翼及右翼的上拍时间1. 1倍，则产生在左翼及右翼上的升力变小难以飞行。另外，若左翼及右翼的下拍时间超过左翼及右翼的上拍时间1.5 倍，则下拍时产生的左翼及右翼下侧的气流逃逸，升力的产生变得困难。另外，与第8项发明有关的振翅飞翔机器人，是在与第1 第7项发明中的任意一项有关的振翅飞翔机器人中，所述左翼和所述右翼的振翅速度设有差别。这里，振翅速度设有差别，是指在左翼及右翼以垂直线为中心在相同的转动角度的情况下左翼和右翼的转动速度不同，包括在振翅动作的整个范围内左翼及右翼的转动速度不同的情况，和在振翅动作的部分期间里左翼及右翼的转动速度不同的情况。顺便说一句，若左翼及右翼的振翅速度不同，则左翼及右翼的升力不同，从而给予振翅飞翔机器人以使其盘旋的力。与第9项发明有关的振翅飞翔机器人，是在与第8项发明有关的振翅飞翔机器人中，与所述振翅速度的差别相应地，在前后方向改变所述左翼和所述右翼相对于所述躯干的安装位置，确保该振翅飞翔机器人的直线行进性。即，若使一方翅翼的振翅速度快，则振翅飞翔机器人进行盘旋。另外，若将一方翅翼和另一方翅翼在前后方向的安装位置进行改变后安装在躯干上则进行盘旋。因此，若将这些组合起来后控制左翼及右翼，则可以使该振翅飞翔机器人笔直地飞行。为达此目的，将左翼或右翼以可相对于躯干前后移动的方式安装在躯干上，进行飞行实验，检查振翅飞翔机器人的直线行进性。另外，与第10项发明有关的振翅飞翔机器人，是在与第1 第9项发明中的任意一项有关的振翅飞翔机器人中，所述振翅机构具有1)轴心朝向前后方向配置在所述躯干上，由所述旋转驱动源向一个方向旋转驱动的曲柄构件；幻将该曲柄构件的第1支点部和设于所述左前架的左连结部转动自如地连结起来的第1曲柄杆；3)将所述曲柄构件的第2 支点部和设于所述右前架的右连结部转动自如地连结起来的第2曲柄杆。参照图1说明与该第10项发明有关的振翅飞翔机器人的动作。图1中，设左前架 (左翼)及右前架(右翼)的转动中心为0，设左连结部Pu、Pd(右连结部Qu、Qd)到转动中心0的距离为R、转动中心0到曲柄构件的旋转中心A的距离为H，设曲柄构件的曲柄半径为r、第1、第2曲柄杆的转动中心间的长度为S、与左翼及右翼的最大上拍角φιι对应的第 1、第2支点部的曲柄角度位置分别为Mu、Nu、与左翼及右翼的最大下拍角(pd对应的第1、第 2支点部的曲柄角度位置分别为Md、Nd、左翼及右翼的振翅中心角度为α。在图1所示那样的配置中，一旦确定了曲柄构件的旋转中心Α、左翼及右翼的转动中心0、第1曲柄杆(第2曲柄杆同)的长度S、曲柄半径r、曲柄角度2 θ，曲柄构件的旋转就会使左翼及右翼进行扑翼动作。在该场合，由于通过第1、第2曲柄杆连结于左翼及右翼的第1、第2支点部位于Mu、Nu时成为左翼及右翼的最大上拍角位置，第1、第2支点部位于 McUNd时成为左翼及右翼的最大下拍角位置，所以左翼及右翼分别在角PuOPd和角QuOQd之间振翅。在该场合，假设曲柄构件沿顺时针方向进行了转动，则在左翼第1支点部在角 MuAMd内进行下拍，在右翼第2支点部在角NuANd间进行下拍。如从图1可以明白的那样， 由于角MuAMd <角NuANd，所以若曲柄构件以固定的角度旋转，则左翼的下拍时间比右翼的下拍时间短。若使曲柄构件朝逆时针方向旋转则该现象反转。再假设第2支点部位于任意的角度位置Nx的情况，第1支点部的角度位置为Μχ。 求该角度位置的左翼及右翼的角度，则分别得到δ 1、δ 2，且δ 2 > δ 1。据此，使用这样结构的振翅机构，若使左翼及右翼的下拍开始角度及其时间一致，则左翼及右翼不是同步振翅，而是产生少许角度差异及速度差异。注意，上拍时也是左翼及右翼不同步。之所以这样，理由是由于使曲柄构件的旋转中心朝向躯干的前后方向，所以第1、 第2曲柄杆的第1、第2支点部在俯视时作用方向是错开的。由于是这样的条件，所以转动中心0到左、右连结部的距离R与曲柄构件的旋转半径r相比必须足够大，例如，R/r为2. 5 3. 5 (进一步优选为2. 9 3. 1)。这里，若R/r不足2. 5，则左翼及右翼的转动角度相对于曲柄构件的旋转而言过大，若R/r超过3. 5，则左翼及右翼的转动角度相对于曲柄构件的旋转而言过小。另外，转动中心0到旋转中心A的距离H，最好为左、右连结部Pu、Qu和转动中心 0的距离R的1. 4 2. 5 (进一步优选为1. 4 1. 6)。在H/R不足1. 4的场合，曲柄杆接近水平，针对按下的力变弱，若H/R超过2. 5，则振翅机构的位置从躯干突出，容易使整体的稳
定性变差。第1、第2曲柄杆的长度(准确地说是第1支点部和左连结部及第2支点部和右连结部的距离)S，需要对应于距离R和距离H进行改变，可以使第1、第2支点部相对于旋转中心A的角度(曲柄角度)为例如20度 80度(进一步优选为40度 80度，再优选为阳度 75度)进行确定。长度S大概在转动中心0和旋转中心A之间的距离H附近。如图1所示，左翼及右翼的振翅中心角度α在5度 20度的范围内。由此，左翼及右翼以该中心角度α为中心进行振翅，与左翼及右翼的下拍时的力相比，左翼及右翼的
5上拍时的力要小，在旋转驱动源使用了例如直流电机的场合，一般而言，左翼及右翼的上拍时间比左翼及右翼的下拍时间要短。并且，与第11项发明有关的振翅飞翔机器人，是在与第10项发明有关的振翅飞翔机器人中，所述第1曲柄杆通过设于所述左前架的根侧的左加强构件转动自如地连结在该左前架上，所述第2曲柄杆通过设于所述右前架的根侧的右加强构件转动自如地连结该右前架上。发明效果与第1 第11项发明有关的振翅飞翔机器人，由于是使左翼及右翼的下拍时间比左翼及右翼的上拍时间长而产生升力的，所以可以向前方飞行而不会坠落。并且，由于仅仅使左翼及右翼振翅(扑翼运动)就可以使振翅飞翔机器人飞翔，所以结构变得简单。特别是，与第2项发明有关的振翅飞翔机器人，由于使左翼及右翼的下拍开始时间一致，所以振翅机构可以使左翼及右翼联动转动，结构被简略化。而且，由此，成为左翼及右翼同时下拍，使振翅飞翔机器人在整体上产生升力。由于与第3项发明有关的振翅飞翔机器人没有尾翼，仅依靠振翅时可挠曲的左翼和右翼的振翅进行飞行，所以结构简单，零部件数量减少。而且，也不需要进行尾翼等的控制，飞行控制也变得容易。与第4项发明有关的振翅飞翔机器人，使左翼及右翼的振翅中心角度处于从通过左前架及右前架的转动中心的水平线向上位置的角度。并且，与第5项发明有关的振翅飞翔机器人，由于使左翼和右翼的振翅中心角度分别在5度 20度的范围内，所以可以使左翼及右翼的下拍阻力比左翼及右翼的上拍阻力大，用于驱动左翼及右翼的电机的选定变得容易。再有，由于可以使该振翅飞翔机器人的重心位置降低，所以还可以进行稳定的飞行。与第6项发明有关的振翅飞翔机器人，由于振翅机构安装在躯干的上侧，所以即使躯干着陆，也可以防止振翅机构的破损。而且，由于还可以省略用于覆盖振翅机构的保护构件(防护罩)等，所以可以谋求轻量化，维修也变得容易。另外，与第7项发明有关的振翅飞翔机器人，由于左翼及右翼在振翅时能够挠曲， 左翼及右翼的下拍时间为左翼及右翼的上拍时间的1. 1倍 1. 5倍(进一步优选为1. 2 倍 1.3倍)，所以左翼及右翼的扑翼动作的控制比较容易，而且，可以可靠地飞行。与第8项发明有关的振翅飞翔机器人，由于左翼和右翼的振翅速度设有差别，所以在左翼及右翼上产生升力的差异，从而给予该振翅飞翔机器人以盘旋力。因此，可以使该振翅飞翔机器人在有限的空间(例如室内)里飞行。与第9项发明有关的振翅飞翔机器人中，由于对应于振翅速度的差别，在前后方向改变左翼和右翼相对于躯干的安装位置，确保振翅飞翔机器人的直线行进性，所以可以抵消具有盘旋力的振翅飞翔机器人的盘旋力，使振翅飞翔机器人进行通常飞行。与第10项发明有关的振翅飞翔机器人，由于振翅机构以轴心朝向前后方向配置在躯干上，具有由旋转驱动源朝一个方向旋转驱动的曲柄构件、将曲柄构件的第1支点部和设于左前架的左连结部转动自如地连结起来的第1曲柄杆、和将曲柄构件的第2支点部和设于右前架的右连结部转动自如地连结起来的第2曲柄杆，所以使曲柄构件旋转，即可使左翼及右翼的左前架和右前架转动。
在该场合，由于左翼及右翼不完全同步，所以左翼及右翼的振翅的差异变成盘旋力。并且，与第11项发明有关的振翅飞翔机器人，由于第1曲柄杆通过设于左前架的根侧的左加强构件转动自如地连结在左前架上，第2曲柄杆通过设于右前架的根侧的右加强构件转动自如地连结在右前架上，所以可以增加让左翼及右翼振翅的力，而且，可以对没有设置左加强构件及右加强构件的左前架及右前架赋予挠曲性。
图1是本发明的振翅飞翔机器人的振翅部分的说明图。图2是与本发明的一个实施例有关的振翅飞翔机器人的说明图。图3是该振翅飞翔机器人的振翅机构的说明图。图4(A)、⑶是曲柄构件和第1、第2曲柄杆的连接方法的说明图。图5是表示曲柄构件和第1、第2曲柄杆的动作的说明图。图6是表示第1、第2支点部的旋转与左、右翼的振翅关系的说明图。图7是表示振翅飞翔机器人的扑翼角和时间的关系的曲线图。
具体实施例方式接着，参照附图，关于将本发明具体化了的实施例进行说明以供理解本发明。如图2、图3所示，与本发明的一个实施例有关的振翅飞翔机器人10具有纵向被朝向前后方向配置的躯干11 ；左翼14及右翼15，该左翼14及右翼15分别设有根端以转动自如的方式被连结在躯干11的前侧的左前架12及右前架13 ；和以旋转驱动源16为动力使左前架12及右前架13转动从而进行左翼14及右翼15的振翅的振翅机构M。顺便说一句， 该振翅飞翔机器人10没有尾翼。并且，振翅机构M具有轴心被朝向前后方向配置在躯干11上，由旋转驱动源16 向一个方向旋转驱动的曲柄构件17 ；将曲柄构件17的第1支点部18和设于左前架12的中间位置的左连结部19转动自如地连结起来，利用曲柄构件17的旋转进行左翼14的振翅的第1曲柄杆20 ；及将在前后方向上设在与第1支点部18不同位置的曲柄构件17的第2 支点部21和设于右前架13的中间位置的右连结部22转动自如地连结起来，利用曲柄构件 17的旋转进行右翼15的振翅的第2曲柄杆23。以下进行详细说明。躯干11具有2根被平行地水平配置的管构件27、27a，该2根管构件27、27a分别以轴心朝向前后方向的方式被配置。这里，优选管构件27、27a以轻量且刚性高的原材料形成，例如将连续碳纤维(日语炭素連続繊維)用树脂成形的碳系复合材料等。在躯干11 的顶端部，管构件27、27a的轴孔25 J6呈露出状态。如图2所示，左翼14具有被配置在左翼14的前缘部的左前架12 ；轴心朝向前后方向，顶端部(前端部)被安装在左前架12的根端的左轴芯杆观；设于左前架12的靠近中央部的根侧，从左前架12的根侧对左连结部19所处的部分进行加强的左加强构件四； 被接近躯干11配置，顶端部(前端部)与左前架12的根侧连结起来的左侧加强架30 ；张挂在左前架12和左侧加强架30之间，将左前架12的顶端部和左侧加强架30的后端部连结起来的左翼端区域31成为自由端的左翼板32。并且，通过使左轴芯杆观从管构件27的轴孔25的前侧嵌入，左轴芯杆28被可转动地安装在轴孔25中。另外，右翼15具有被配置在右翼15的前缘部的右前架13 ；轴心朝向前后方向， 顶端部(前端部)被安装在右前架13的根端的右轴芯杆33 ；设于右前架13的靠近中央部的根侧，从右前架13的根侧对右连结部22所处的部分进行加强的右加强构件34 ；被接近躯干11配置，顶端部(前端部)与右前架13的根侧连结起来的右侧加强架35 ；张挂在右前架13和右侧加强架35之间，将右前架13的顶端部和右侧加强架35的后端部连结起来的右翼端区域36成为自由端的右翼板37。并且，通过使右轴芯杆33从管构件27a的轴孔 26的前侧嵌入，右轴芯杆33被可转动地安装在轴孔沈中。这里，左前架12和右前架13的长度、左轴芯杆28和右轴芯杆33的长度、左加强构件四和右加强构件34的长度、左侧加强架30和右侧加强架35的长度分别相同。另外， 从左翼14的转动中心(左轴芯杆28的轴心)到左连结部19的距离和从右翼15的转动中心(右轴芯杆33的轴心)到右连结部22的距离相同。注意，左轴芯杆观、右轴芯杆33的长度可以比轴孔25、26的长度短，也可以比轴孔25、26的长度长。另外，用销子将第1曲柄杆20转动自如地连结的左连结部19及用销子将第2曲柄杆23转动自如地连结的右连结部22可以直接设在左前架12及右前架13上，也可以设在为了对其进行加强而安装的左加强构件四及右加强构件34上。左翼板32是以左前架12为半长轴、以左侧加强架30为半短轴的1/4大小的椭圆形状，右翼板37是以右侧架13为半长轴、以右侧加强架35为半短轴的1/4大小的椭圆形状。另外，优选前侧架12、右前架13、左侧加强架30、右侧加强架35以使用树脂使连续碳纤维成形的碳系复合材料等轻量、高强度且具有挠性的棒构件形成。优选左加强构件四、右加强构件34以使用树脂使连续碳纤维成形的碳系复合材料等轻量、高强度且具有高刚性的梁状构件形成。进而，左翼板32、右翼板37用例如厚度为25 μ m 40 μ m、轻量且高强度的原材料，例如日本纸形成。左轴芯杆观、右轴芯杆33由于被转动自如地保持在轴孔25、26内，所以可以分别将左前架12、右前架13转动自如地连结于躯干11。因此，如果将第1曲柄杆20的下端部通过左加强构件四或直接转动自如地连结于左前架12，将第2曲柄杆23的下端部通过右加强构件34或直接转动自如地连结于右前架13后，分别使第1、第2曲柄杆20、23转动， 则左轴芯杆观、右轴芯杆33分别在轴孔25、26内转动，从而可以使左翼14、右翼15在躯干 11的左、右两侧独立振翅(使其进行扑翼运动)。接着，关于振翅机构M进行说明。振翅机构M安装在躯干11的上侧。由于安装在躯干11的上侧，所以在振翅飞翔机器人10着陆的时候可以防止振翅机构M与地面接触而发生损伤。由此，无需给振翅机构M设置保护构件(例如，防护罩)，可以谋求振翅飞翔机器人10的轻量化。如图3、图5所示，曲柄构件17为圆板形状，其通过安装架38以旋转轴的轴方向朝向前后方向被装载在躯干11的上侧，外周部上形成有未图示的外齿。这里，曲柄构件17 的旋转轴的轴心位置以如下方式进行了调整，即使曲柄构件17的旋转中心(旋转轴的轴心)A到躯干11的轴心的距离H对左翼14的转动中心(左轴芯杆观的轴心)到左连结部 19的距离R(参照图5)的比值，及曲柄构件17的旋转中心A到躯干11的轴心的距离H对右翼15的转动中心(右轴芯杆33的轴心)到右连结部22的距离R的比值，分别为例如1. 4 1. 6。这里，由于左、右轴芯杆观、33的距离很小，所以在图5中被视为转动中心0。旋转驱动源16具有使输出轴朝向前后方向载放在设于躯干11的上侧的安装基座39上、作为直流电机之一例的无芯电机40 ；作为无芯电机40用的电源之一例的、装载到躯干11上的锂离子电池(未图示)；通过安装在无芯电机40的输出轴上的第1齿轮41把旋转驱动力传递给曲柄构件17的传递机构42。这里，传递机构42具有朝向前后方向、通过轴承可旋转地安装在安装架38上的旋转轴43 ；安装在旋转轴43上、外周部上形成有与第1齿轮41啮合的外齿的第2齿轮44 ；设在旋转轴43的顶侧、与形成于曲柄构件17的外周部的外齿啮合的第3齿轮44a。由此，将无芯电机40的旋转速度大幅度减速后使曲柄构件17低速旋转。曲柄构件17的第1支点部18和第1曲柄杆20的连结及曲柄构件17的第2支点部21和第2曲柄杆23的连结，在该实施例中是通过图4(A)、(B)所示的作为弯曲构件(或曲轴)之一例的一个折弯销45进行的。这里，折弯销45具有作为连接例如第1曲柄杆 20、第2曲柄杆23中任意一方，例如第2曲柄杆23用的第2支点部21发挥功能的第2水平部46 ；连接第1曲柄杆20、作为第1支点部18发挥功能的第1水平部47 ；和用于连结第 2水平部46的顶端和第1水平部47的后端的连接部48。这里，成为折弯销45的根部的第2水平部46被不可旋转地固定在曲柄构件17上， 且第2水平部46到曲柄构件17的轴心的距离和第1水平部47到曲柄构件17的轴心的距离是固定的(图5中的r)。由于第1曲柄杆20的上端侧可转动地连结于第1水平部47 (准确地说是第1支点部18)，第2曲柄杆23的上端侧可转动地连结于第2水平部46 (准确地说是第2支点部 21)，所以第1曲柄杆20位于第2曲柄杆23的前侧，与第2曲柄杆23之间具有最小限度连接部48的前后方向的厚度的距离，第1曲柄杆20和第2曲柄杆23不会因曲柄构件17的旋转而发生碰撞，可以允许曲柄构件17旋转。注意，优选连结有第1、第2曲柄杆20、23的下端侧的左连结部19和右连结部22， 也在第1、第2曲柄杆20、23的前后方向的位置上对齐而前后配置。并且，连结第1支点部18和曲柄构件17的旋转中心的曲柄半径线，与连结第2支点部21和曲柄构件17的旋转中心的曲柄半径线所成的角度，成为第1支点部18和第2支点部21的曲柄角度O θ )。这里，左翼14的转动中心到左连结部19的距离R与第1支点部18的曲柄半径长度r的比值，及右翼15的转动中心到右连结部22的距离R与第2支点部21的曲柄半径长度r的比值，分别被设定为例如2. 9 3. 1。另外，第1曲柄杆20的长度与左翼14的转动中心到左连结部19的距离的比值，及第2曲柄杆23的长度与右翼15 的转动中心到右连结部22的距离的比值，分别被设定为例如1. 5 1. 7。通过采用以上的构成，一旦设定了第1支点部18和第2支点部21的曲柄角度，就可以通过曲柄构件17的旋转，使左翼14和右翼15的下拍开始时间同步(一致)，且使左翼 14和右翼5的振翅中心角度在比水平(通过左前架12及右前架13的转动中心的水平线) 高5度 20度的范围内处于上位置，使左翼14和右翼15分别以20度 35度的振翅角幅度振翅。这里，振翅中心角度是指相对于水平线而言的，左、右翼14、15的最大上拍角位置和最大下拍角位置的平均角度位置，振翅角幅度是指被配置在振翅中心角度位置的左、右翼14、15转动到最大上拍角位置(最大下拍角位置)时的角度。另外，左翼14和右翼15的总振翅角(以水平状态为基准的最大上拍角和以水平状态为基准的处于相反侧(日语7 ^ t ^M則)的最大下拍角之和，亦称总扑翼角)，可以通过使第1曲柄杆20的长度及第2曲柄杆23的长度固定，使左翼14的转动中心到左连结部19的距离及右翼15的转动中心到右连结部22的距离变化而设定。另外，左翼14和右翼15的上侧振翅角(上拍角)及下侧振翅角(下拍角)的分配，可以通过使左翼14的转动中心到左连结部19的距离及右翼15的转动中心到右连结部22的距离固定，使第1曲柄杆20的长度及第2曲柄杆23的长度变化而设定。而且，在确定左翼14和右翼15的振翅中心角度、总振翅角、上侧振翅角、及下侧振翅角，对称地进行左翼14的振翅和右翼15的振翅的场合，第1支点部18和第2支点部21 的曲柄角度2 θ可以通过例如如下方法确定。如图5所示，设定以躯干11的轴心为原点0、以水平方向为X轴、以垂直方向为Y 轴的坐标，将曲柄构件17的中心A设在Y轴上，设右翼15从水平状态转动到振翅中心角度时的右连结部22的位置为B，设右翼15转动到振翅中心角度时第2支点部21的位置为 C、D。这里，在曲柄构件17从正面观察顺时针旋转的场合，右翼15下拍时的第2支点部21 位于C，右翼15上拍时的第2支点部21位于D。同样地，设左翼14转动到振翅中心角度时第1支点部18的位置为E、F，则C和E及D和F分别关于Y轴处于对称的位置，Z DAF = Z CAE = 2 η。另夕卜，ZOAO=Z OAF = η。并且，设左翼14和右翼15的振翅中心角度为α，设第1支点部18和第2支点部 21的曲柄半径为r，设左翼14的转动中心到左连结部19的距离及右翼15的转动中心到右连结部22的距离为R，设第1曲柄杆20和第2曲柄杆23的长度为S，设躯干11的轴心和曲柄构件17的中心的距离为H，则B的坐标为(Rcos α ,Rsina )，A的坐标为(0,H)o另外， 在Δ B⑶中，边BC、边BD的长度为第2曲柄杆23的长度S。这里，设过C而平行于Y轴的直线与过B而平行于X轴的直线的交点为G，则由于CB2 = BG2+CG2的关系成立，所以S2 = R2+r2+H2+2Hrcos η -2HRsin α -2Rrsin ( α + η)成立。由于α为已知，所以通过解该关于η的方程式可以求出η。然后，从2Θ =180度-2 η，可以确定第1支点部18和第2支点部21的曲柄角度2 θ。注意，曲柄角度 2 θ在55度 75度的范围内。接着，参照图6，关于与本发明的一个实施例有关的振翅飞翔机器人10的作用进行说明。通过将左翼14的转动中心到左连结部19的距离R与第1支点部18的曲柄半径 r的曲柄半径r的比值，及右翼15的转动中心到右连结部22的距离R与第2支点部21的曲柄半径r的比值，分别设定为2. 9 3. 1，根据曲柄构件17的旋转方向，可以确定使其以上拍、下拍中的哪一方快速运动。例如，在使曲柄构件17从正面观察顺时针旋转的场合，设左翼14下拍到最大极限时的左连结部19的位置为Pd，此时的曲柄构件17的第1支点部18的位置为Md，上拍到最大极限时的左连结部19的位置为Pu，此时的曲柄构件17的第1支点部18的位置为Mu。另夕卜，设右翼15下拍到最大极限时的右连结部22的位置为Qd，此时的曲柄构件17的第2支点部21的位置为Nd，上拍到最大极限时的右连结部22的位置为Qu，此时的曲柄构件17的第2支点部21的位置为Nu，则它们的关系成为如图6所示的那样。注意，从图6亦可知，通常是使左翼14及右翼15的下拍开始时间一致的。这里，在左翼14从下拍到最大极限的状态变为上拍到最大极限的状态之前(左连结部19从Pd移动到Pu之前)，曲柄构件17的第1支点部18从Md顺时针旋转角度β而移动到Mu。在右翼15从下拍到最大极限的状态变为上拍到最大极限的状态之前(右连结部22从Qd移动到Qu之前)，曲柄构件17的第2支点部21从Nd顺时针旋转角度Y移动到Nu。同样地，在左翼14从上拍到最大极限的状态变为下拍到最大极限的状态之前(左连结部19从Pu返回到Pd之前)，曲柄构件17的第1支点部18从Mu顺时针旋转角度360- β 而返回到Md，在右翼15从上拍到最大极限的状态变为下拍到最大极限的状态之前(右连结部22从Qu返回到Qd之前)，曲柄构件17的第2支点部21从Nu旋转角度360- Y而返回至Ij NcL然后，设第1曲柄杆20和第1支点部18的轨迹(以曲柄构件17的中心A为圆心的半径为r的圆)的交点为K，设第2曲柄杆23和第2支点部21的轨迹(以曲柄构件17 的中心A为圆心的半径为r的圆)的交点为J，则β =Z MdAK+ Z KANu+ Z NuAMu,360-β =Z MuAJ+ Z JAMd,由于 Z KANu = Z MuAJ，Z NuAMu = Z JAMd+ Z MdAK的关系成立，所以β - (360- β) =Z MdAK+ Z JAMd+ Z MdAK- Z JAMd= 2 Z MdAK > 0成立。因此，第1支点部18为了从Md移动到Mu而旋转的(为了使左翼14上拍的)角度，比第1支点部18为了从Mu返回到Md而旋转的(为了使左翼14下拍的)角度大。同样地，第2支点部21为了从Nd移动到Nu而旋转的(为了使右翼15上拍的)角度， 比第2支点部21为了从Nu返回到Nd而旋转的(为了使右翼15下拍的)角度小。其结果是，若曲柄构件17以固定速度旋转，则可以使左翼14缓慢地上拍，快速地下拍，可以使右翼15快速上拍，缓慢地下拍，可以在左翼14及右翼15改变上拍动作的时间和下拍动作的时间。这里，由于将左翼14及右翼15的振翅中心角度设定在水平之上的上位置(设有上翻角)，所以在左翼14和右翼15上，可以使上拍时作用的空气阻力，比下拍时作用的空气阻力小。其结果是，左翼14及右翼15的下拍力和上拍力产生差别，电机对应于这种情况在使左翼14及右翼15振翅时，无论对左翼14及右翼15中的哪一个，都可以实现使其缓慢地下拍，快速地上拍的动作，可以使其像蝴蝶那样飞翔。另外，若第1支点部18的曲柄半径的长度与第2支点部21的曲柄半径的长度不同，例如，相对于右翼15的曲柄半径的长度而言左翼14的曲柄半径的长度较长的场合，则相对于右翼15的最大上拍角而言左翼14的最大上拍角变大，相对于右翼15的最大下拍角而言左翼14的最大下拍角变大。另外，相对于右翼15的曲柄半径的长度而言左翼14曲柄半径的长度较短的场合，相对于右翼15的最大上拍角左翼14的最大上拍角变小，相对于右翼15的最大下拍角而言左翼14的最大下拍角变小。所以，振翅飞翔机器人10不能保持姿势而飞翔。因此，通过使第1支点部18的曲柄半径的长度与第2支点部21的曲柄半径的长度相等，可以使右翼15的最大上拍角与左翼14的最大上拍角，右翼15的最大下拍角与左翼14的最大下拍角分别一致。由此，振翅飞翔机器人10可以保持姿势而飞翔。第1支点部18和第2支点部21的曲柄角度2 θ是为了能使左翼14的振翅和右翼15的振翅大致对称地进行而设定的。因此，通过调整曲柄角度2 θ，例如，通过使曲柄角度在求得的值的士 10%的范围内变化，可以对由于例如，第1曲柄杆20相对于第1支点部 18及左连结部19的安装误差、第2曲柄杆23相对于第2支点部21及右连结部22的安装误差等产生的左翼14和右翼15的上拍开始时间和下拍开始时间的偏差进行调整。左前架12、右前架13、左侧加强架30、及右侧加强架35各具挠性，左翼端区域31、 右翼端区域36分别为自由端。由此，在使左翼14、右翼15进行了振翅的时候，由于左前架 12、右前架13、左侧加强架30、及右侧加强架35的惯性和空气阻力对左前架12、右前架13、 左侧加强架30、及右侧加强架35的作用，左前架12、右前架13的末梢侧及左侧加强架30、 右侧加强架35的后侧发生挠曲，从而可以使被张挂的左翼板32、右翼板37发生扭转。其结果是，伴随左翼14、右翼15的振翅运动，左翼14、右翼15发生扭转(左翼14、右翼15的顺桨角被动性地变化)，能够在飞翔中产生稳定的、大的升力及推进力。而且，由于不需要使左翼14、右翼15发生扭转的机构，所以结构简单，并且可以谋求轻量化。另外，若左翼14和右翼15的振翅动作(振翅速度及振翅角度位置)上有差异，则会给予振翅飞翔机器人10以旋转力。因此，在原封不动的状态下，振翅飞翔机器人10是进行盘旋飞行的。于是，若在前后方向改变左翼14和右翼15相对于躯干11的安装位置，则可以抵消振翅飞翔机器人10的盘旋飞行而使其进行近似于直线的飞行。在该场合，由于若将左翼14或右翼15中的任意一方以可前后移动的方式安装在躯干11上，例如，左翼14位于比右翼15更靠后侧的位置则发生左盘旋力，所以在实际中改变安装位置让其接近直线飞行。实验例制造了左翼的左端到右翼的右端的翼展长M5mm，左翼和右翼的前后方向的最大长度(弦长)为80mm，躯干长40mm，总重量(含无芯电机和锂离子电池的重量)为1.9g，左翼及右翼的振翅速度为IOHz IlHz的振翅飞翔机器人。这里，左翼和右翼的振翅中心角度分别为14. 1度，左翼和右翼的振翅角幅度为 23. 2度。另外，第1支点部的曲柄半径的长度和第2支点部的曲柄半径的长度同为4. 5mm, 左翼的转动中心到左连结部的距离和右翼的转动中心到右连结部的距离同为12mm。而且， 曲柄构件的中心到躯干的轴心的距离为18mm。因此，曲柄构件的中心到躯干的轴心的距离与左翼(右翼)的转动中心到左连结部(右连结部)的距离的比值为1.5，左翼(右翼)的转动中心到左连结部(右连结部)的距离与第1支点部(第2支点部)的曲柄半径长度的比值为2. 7 3，第1曲柄杆(第2曲柄杆)的长度与左翼(右翼)的转动中心到左连结部(右连结部)的距离的比值为1.6。 此时，在左翼及右翼上，上拍时间和下拍时间之比为1 1.25。注意，在左翼及右翼上，通过改变曲柄半径的长度、曲柄构件相对于躯干的位置、左、右的连结部的位置，也可以使左翼及右翼的上拍时间和下拍时间之比为1 1.1 1.5。图7是表示使实际的振翅飞翔机器人进行了飞翔时的扑翼角的变化的曲线图，从图中所示可知，无论左翼及右翼中的哪一个，虽然稍微有点时间的差别，下拍时间比上拍时
12间要长。以上，参照实施例说明了本发明，但是本发明并不为上述实施例所记载的构成所限定，其也包括在权利要求书中记载的内容的范围内可以想到的其他实施例和变型例。例如，虽然使曲柄构件从正面观察时顺时针旋转，但是也可以使其逆时针旋转。在该场合，若左翼和右翼上产生振翅运动的相位差，则相位差相反，盘旋方向也相反。工业上的可利用性通过在本发明的振翅飞翔机器人上装载小型照相机或传感器，进而装载GPS，能够进行因地震等灾害而倒塌的建筑物或受灾地的人命救助。通过使用振翅飞翔机器人，即使在救灾活动中发生了二次灾害的场合，也不会发生人员伤亡，能够进行救援活动。另外，还能够进行像历史性的建筑物那样人难以进入的构造体等的维修检查活动。进一步，由于可以像蝴蝶那样飞翔，所以也能够应用于作为危险人物的监视的反恐系统、犯人追踪系统。附图标记说明10 振翅飞翔机器人，11 躯干，12 左前架，13 右前架，14 左翼，15 右翼，16 旋转驱动源，17 曲柄构件，18 第1支点部，19 左连结部，20 第1曲柄杆，21 第2支点部， 22 右连结部，23 第2曲柄杆，24 振翅机构，25二6 轴孔，27、27a 管构件，28 左轴芯杆， 29 左加强构件，30 左侧加强架，31 左翼端区域，32 左翼板，33 右轴芯杆，34 右加强构件，35 右侧加强架，36 右翼端区域，37 右翼板，38 安装架，39 安装基座，40 无芯电机， 41 第1齿轮，42 传递机构，43 旋转轴，44 第2齿轮，4 第3齿轮，45 折弯销，46 第2 水平部，47 第1水平部，48 连接部
权利要求
1.一种振翅飞翔机器人，其特征在于，具有将纵向朝向前后方向的躯干；左翼及右翼，所述左翼及右翼分别设有根端被转动自如地连结在所述躯干的前侧的左前架及右前架；和振翅机构，所述振翅机构以旋转驱动源为动力，转动所述左前架及所述右前架，进行所述左翼和所述右翼的振翅，而且，使所述左翼及所述右翼的上拍时间比所述左翼及所述右翼的下拍时间短而产生升力。
2.如权利要求1所记载的振翅飞翔机器人，其特征在于使所述左翼及所述右翼的下拍开始时间一致。
3.如权利要求1或2所记载的振翅飞翔机器人，其特征在于该振翅飞翔机器人没有尾翼，仅靠所述左翼和所述右翼的振翅进行飞行。
4.如权利要求1 3中任意一项所记载的振翅飞翔机器人，其特征在于使所述左翼及所述右翼的振翅中心角度成为比通过所述左前架及所述右前架的转动中心的水平线靠上位置的角度。
5.如权利要求4所记载的振翅飞翔机器人，其特征在于所述左翼和所述右翼的振翅中心角度，分别以通过所述左前架及所述右前架的转动中心的水平线为基准，位于上侧 5 20度的范围内。
6.如权利要求1 5中任意一项所记载的振翅飞翔机器人，其特征在于所述振翅机构安装在所述躯干的上侧。
7.如权利要求1 6中任意一项所记载的振翅飞翔机器人，其特征在于使所述左翼及所述右翼的下拍时间为所述左翼及所述右翼的上拍时间的1. 1 1. 5倍。
8.如权利要求1 7中任意一项所记载的振翅飞翔机器人，其特征在于所述左翼的振翅速度和所述右翼的振翅速度设有差别。
9.如权利要求8所记载的振翅飞翔机器人，其特征在于与所述振翅速度的差别相应地，在前后方向改变所述左翼和所述右翼相对于所述躯干的安装位置，确保该振翅飞翔机器人的直线行进性。
10.如权利要求1 9中任意一项所记载的振翅飞翔机器人，其特征在于所述振翅机构具有1)将轴心朝向前后方向配置在所述躯干上，由所述旋转驱动源朝一个方向旋转驱动的曲柄构件；2)将该曲柄构件的第1支点部和设于所述左前架的左连结部转动自如地连结起来的第1曲柄杆；3)将所述曲柄构件的第2支点部和设于所述右前架的右连结部转动自如地连结起来的第2曲柄杆。
11.如权利要求10所记载的振翅飞翔机器人，其特征在于所述第1曲柄杆通过设于所述左前架的根侧的左加强构件转动自如地连结在该左前架上；所述第2曲柄杆通过设于所述右前架的根侧的右加强构件转动自如地连结在该右前架上。
全文摘要
振翅飞翔机器人(10)具有纵向朝向前后方向的躯干(11)、分别设有根端转动自如地连结于躯干(11)的前侧的左前架(12)及右前架(13)的左翼(14)及右翼(15)、和进行左翼(14)和右翼(15)的振翅的振翅机构(24)，而且，振翅机构(24)具有1)轴心朝向前后方向配置在躯干(11)上，由旋转驱动源(16)朝一个方向旋转驱动的曲柄构件(17)；2)用于将曲柄构件(17)的第1支点部(18)和设于左前架(12)的左连结部(19)转动自如地连结起来的第1曲柄杆(20)；3)用于将曲柄构件(17)的第2支点部(21)和设于右前架(13)的右连结部(22)转动自如地连结起来的第2曲柄杆(23)。振翅机构(24)使左翼(14)及右翼(15)的上拍动作的时间比左翼(14)及右翼(15)的下拍动作的时间短从而产生升力。
文档编号B64C33/02GK102470923SQ20108003285
公开日2012年5月23日 申请日期2010年7月27日 优先权日2009年7月28日
发明者井村忠继, 渕胁正树, 田中和博 申请人:国立大学法人九州工业大学