一种扑翼飞行器的三维扑翼机构及微型扑翼飞行器的制造方法
一种扑翼飞行器的三维扑翼机构及微型扑翼飞行器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种扑翼飞行器的三维扑翼机构及微型扑翼飞行器。本实用新型提供了一种扑翼飞行器的三维扑翼机构，包括机架、旋转驱动机构、扭转扑动机构和折展机构，其中，所述旋转驱动机构设置在所述机架上，所述扭转扑动机构与所述机架铰接，所述折展机构与所述扭转扑动机构铰接，所述旋转驱动机构与所述扭转扑动机构连接，所述扭转扑动机构包括驱动曲柄、与所述驱动曲柄铰接的扭转连接件和扭转杆，所述折展机构包括折展杆和平行四连杆机构。本实用新型的有益效果是：使得扭转扑动机构和折展机构具有翅翼扑动、折展、扭转的运动特性，其中上下扑动时间不对称，飞行状态更贴近于鸟类飞行实际扑动规律，具有很高的仿真程度。
【专利说明】—种扑翼飞行器的三维扑翼机构及微型扑翼飞行器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及扑翼飞行器，尤其涉及一种扑翼飞行器的三维扑翼机构及微型扑翼飞行器。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的发展，MEMS (微机电系统)技术的日趋成熟，以及军事和民用等领域的巨大应用潜力，微型扑翼飞行器的研究得到了越来越多的关注和支持。微型扑翼飞行器是一种仿模仿鸟类或昆虫飞行的新概念飞行器，其特征是:1.机翼主动运动；2.机翼的拍动同时产生升力和推力；3.通过机翼及尾翼的位置改变进行机动飞行。它的翼展长度一般不超过15cm，重量从几十到上百克，有效载荷20克左右。由于它具有体积小、重量轻、成本低、隐身性和可操作性好等特点，可在国防和民用等领域得到广泛应用。
[0003]最早得到运用的一维扑翼结构，典型的有单曲柄双摇杆机构、双曲柄双摇杆机构和空间曲柄摇杆机构等机构。这些机构可以通过曲柄的转动，带动摇杆周期性摆动，实现翅翼的一维扑动。因为一维扑动机构气动性能不理想，人们设计出了多种二维或三维运动的扑翼结构，典型的有:专利201220113581.6中涉及到的一种可同时实现机翼扑动和扭转的机构，该机构通过一个电机驱动曲柄，通过将空间曲柄摇杆机构的球副高副分解为转动低畐0，从而同时实现机翼的扑动和扭转运动。专利201310180160.4中涉及到的可扭转扑翼结构，该机构通过齿轮传动在机翼的后部增加一个曲柄推动机翼上下扭转，从而实现机翼扑动和扭转同时进行。专利201320092642.X和德国FESTO公司设计的smartbird中涉及到的扑翼折展机构，两个设计中都涉及到了通过曲柄驱动带有四边形机构的摇杆来实现机翼的折叠与展开，从而实现机翼的扑动和折展同时进行。
[0004]在上述扑翼结构中，还不能同时实现机翼的完整的三维运动，飞行器气动性能不理想，飞行效率不高，导致微型扑翼飞行器无法得到广泛应用。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种扑翼飞行器的三维扑翼机构及微型扑翼飞行器。
[0006]本实用新型提供了一种扑翼飞行器的三维扑翼机构，包括机架、旋转驱动机构、扭转扑动机构和折展机构，其中，所述旋转驱动机构设置在所述机架上，所述扭转扑动机构与所述机架铰接，所述折展机构与所述扭转扑动机构铰接，所述旋转驱动机构与所述扭转扑动机构连接，所述扭转扑动机构包括与旋转驱动机构铰接的驱动曲柄、与所述驱动曲柄铰接的扭转连接件和扭转杆，所述折展机构包括折展杆和与所述折展杆连接的平行四连杆机构，所述平行四连杆机构包括扑动杆，所述扭转杆的一端与所述扭转连接件铰接，所述扭转杆的另一端与所述扑动杆铰接，所述扭转杆有二根并平行设置。
[0007]作为本实用新型的进一步改进，所述旋转驱动机构包括固定在所述机架上的电机、与所述电机连接的减速机构和与所述减速机构连接的驱动齿轮，所述驱动齿轮与所述驱动曲柄铰接。
[0008]作为本实用新型的进一步改进，所述平行四连杆机构还包括连杆、摇杆和折展连接杆，所述连杆与所述扑动杆相平行，所述摇杆与所述折展连接杆相平行，所述折展连接杆的两端分别与所述扑动杆、连杆铰接，所述摇杆的一端与所述扑动杆铰接，所述摇杆的中部与所述连杆铰接。
[0009]作为本实用新型的进一步改进，所述摇杆的另一端铰接有从动曲柄，所述从动曲柄与所述机架铰接。
[0010]作为本实用新型的进一步改进，所述折展杆与所述折展连接杆连接。
[0011]作为本实用新型的进一步改进，所述扑动杆与所述机架铰接。
[0012]作为本实用新型的进一步改进，所述扑动杆与所述机架铰的铰接点位于所述扑动杆与两根所述扭转杆的铰接点之间，所述扭转杆、扭转连接件之间的旋转轴与所述扭转杆、扑动杆之间的旋转轴相平行，所述扭转杆、扭转连接件之间的旋转轴与所述扭转连接件、驱动曲柄之间的旋转轴相平行，所述扑动杆、机架之间的旋转轴与所述驱动曲柄、旋转驱动机构之间的旋转轴相平行。
[0013]作为本实用新型的进一步改进，所述扭转扑动机构、折展机构的表面上均粘贴有弹性薄膜。
[0014]作为本实用新型的进一步改进，所述驱动曲柄、扭转连接件之间的旋转轴垂直于所述驱动曲柄、旋转驱动机构之间的旋转轴。
[0015]本实用新型还提供了一种微型扑翼飞行器，包括如上述中任一项所述的扑翼飞行器的三维扑翼机构。
[0016]本实用新型的有益效果是:通过上述方案，使得扭转扑动机构和折展机构具有翅翼扑动、折展、扭转的运动特性，其中上下扑动时间不对称，飞行状态更贴近于鸟类飞行实际扑动规律，具有很高的仿真程度。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型一种扑翼飞行器的三维扑翼机构的立体结构示意图；
[0018]图2是本实用新型一种扑翼飞行器的三维扑翼机构的主视图；
[0019]图3是图2中的局部放大图A ;
[0020]图4是本实用新型一种扑翼飞行器的三维扑翼机构的俯视图；
[0021]图5是图4中的局部放大图B ;
[0022]图6是本实用新型一种扑翼飞行器的三维扑翼机构的扭转扑动机构的结构示意图；
[0023]图7是图6中的局部放大图C ;
[0024]图8是本实用新型一种扑翼飞行器的三维扑翼机构的折展机构的结构示意图。【具体实施方式】
[0025]下面结合【专利附图】
【附图说明】及【具体实施方式】对本实用新型进一步说明。
[0026]图1至图8中的附图标号为:机架100 ;齿轮箱101 ;旋转驱动机构I ;减速机构11 ；驱动齿轮12 ;扭转扑动机构2 ;驱动曲柄21 ;扭转连接件22 ;扭转杆23 ;折展机构3 ;扑动杆31 ;连杆32 ;摇杆33 ;折展连接杆34 ;从动曲柄35 ;折展杆36。
[0027]如图1至图8所示，一种扑翼飞行器的三维扑翼机构，包括机架100、旋转驱动机构
1、扭转扑动机构2和折展机构3，其中，所述旋转驱动机构I设置在所述机架100上，所述扭转扑动机构2与所述机架I铰接,所述折展机构3与所述扭转扑动机构2铰接,所述旋转驱动机构I与所述扭转扑动机构2连接,所述扭转扑动机构2包括与旋转驱动机构I铰接的驱动曲柄21、与所述驱动曲柄21铰接的扭转连接件22和扭转杆23，所述折展机构3包括折展杆36和与所述折展杆36连接的平行四连杆机构，所述平行四连杆机构包括扑动杆31，所述扭转杆23的一端与所述扭转连接件22铰接，所述扭转杆23的另一端与所述扑动杆31铰接，所述扭转杆23有二根并平行设置，所述扑动杆31为所述平行四连杆机构的驱动杆，所述折展杆36用于实现机翼的折展运动。
[0028]如图1至图8所示，所述折展杆36由一个旋转驱动机构I驱动，可同时实现机翼的周期性扑动、折叠和扭转，且机翼上下扑动具有不对称性，通过一维的驱动，实现三维的扑翼运动，可大大提高扑翼飞行器的扑动效率和气动性能。
[0029]如图1至图8所示，所述旋转驱动机构I包括固定在所述机架100上的电机、与所述电机连接的减速机构11和与所述减速机构11连接的驱动齿轮12，所述驱动齿轮12与所述驱动曲柄21铰接，所述机架100连接有齿轮箱101 ;所述减速机构11为齿轮减速机构，该齿轮减速机构设置在所述齿轮箱101内。
[0030]如图1至图8所示，所述平行四连杆机构还包括连杆32、摇杆33和折展连接杆34，所述连杆32与所述扑动杆31相平行，所述摇杆33与所述折展连接杆34相平行，所述折展连接杆34的两端分别与所述扑动杆31、连杆32铰接，所述摇杆33的一端与所述扑动杆31铰接，所述摇杆33的中部与所述连杆32铰接。
[0031]如图1至图8所示，所述摇杆33的另一端铰接有从动曲柄35，所述从动曲柄35与所述机架100铰接，起限定折展角度和位置的作用。
[0032]如图1至图8所示，所述折展杆36与所述折展连接杆34连接。
[0033]如图1至图8所示，所述扑动杆31与所述机架100铰接。
[0034]如图1至图8所示,所述扑动杆31与所述机架100铰的铰接点位于所述扑动杆31与两根所述扭转杆23的铰接点之间，所述扭转杆23、扭转连接件22之间的旋转轴与所述扭转杆23、扑动杆31之间的旋转轴相平行，所述扭转杆23、扭转连接件22之间的旋转轴与所述扭转连接件22、驱动曲柄21之间的旋转轴相平行，所述扑动杆31、机架100之间的旋转轴与所述驱动曲柄21、驱动齿轮12之间的旋转轴相平行。
[0035]如图1至图8所示，所述扭转扑动机构2、折展机构3的表面上均粘贴有弹性薄膜作为机翼，具体为，在所述扭转杆23、扑动杆31及折展杆36的上表面粘贴上弹性薄膜作为机翼。
[0036]如图1至图8所示，所述驱动曲柄21、扭转连接件22之间的旋转轴垂直于所述驱动曲柄21、驱动齿轮12之间的旋转轴。
[0037]如图1至图8所示，所述扭转连接件22优选为开叉支架或者大致为Y形状。
[0038]如图1至图8所示，一种微型扑翼飞行器，包括如上述中任一项所述的扑翼飞行器的三维扑翼机构。
[0039]扭转扑动机构2的工作原理为:驱动曲柄21将运动传递到扭转连接件22，不仅使扭转杆23绕扑动杆31转动，因为扭转连接件22与驱动齿轮12相铰接，也使扭转杆23产生高度差，从而使扑动杆31在驱动曲柄21的转动过程中产生绕机架100的周期性摆动，即形成扑动杆31的扑动运动，由于机构特性，当扑动杆31摆动到最高点和最低点时，驱动曲柄21的相应位置均在驱动齿轮12的轴线之间，即扑动杆31从最高点转到最低点时，驱动曲柄21只转过了不到一半或转过了一多半，这就是扑动的非对称性。
[0040]折展机构3的工作原理为:扑动杆31由主动曲柄21带动摆动，通过从动曲柄35的限制作用，使平行四连杆机构产生作用，摇杆33做平面运动，通过连杆32和折展连接杆34将运动传递到折展杆36，使折展连接杆34形成扑翼的折展运动。
[0041]本实用新型提供的一种扑翼飞行器的三维扑翼机构及微型扑翼飞行器的工作原理为:电机输出旋转运动，经减速机构11减速并带动驱动齿轮12旋转，由驱动齿轮12驱动驱动曲柄21旋转，由驱动曲柄21带动扭转连接件22上下运动，由扭转连接件22通过扭转杆23带动扑动杆31摆动，由扑动杆31通过平行四连杆机构带动折展杆36进行折展运动，两根扭转杆23形成扭转平面，用于实现机翼的扭转，扑动杆31与两根扭转杆23相铰接，通过扭转平面在垂直于扑动平面上的转动，可实现扑动杆31的摆动，扭转平面在垂直于扑动平面摆动时具有时间不对称性,故扑动杆31的摆动也有时间不对称性。
[0042]本实用新型提供的一种扑翼飞行器的三维扑翼机构及微型扑翼飞行器，使得扭转扑动机构和折展机构具有翅翼扑动、折展、扭转的运动特性，其中上下扑动时间不对称，飞行状态更贴近于鸟类飞行实际扑动规律，具有很高的仿真程度；左右翅翼扑动具有良好的对称性，增加了飞行器的飞行稳定性；拥有复杂灵活的机翼运动，有利于实现复杂的飞行任务。
[0043]本应用新型提供的一种扑翼飞行器的三维扑翼机构及微型扑翼飞行器，通过对扑翼结构进行创新性设计，可同时实现机翼的扑动、扭转和折叠动作，实现机翼的完整的三维运动，而且可以实现机翼下扑时间长于上扑时间，更符合鸟类的飞行实际，仿生程度高，可提高飞行器的飞行效率，为扑翼飞行器的进一步研究提供技术支持。
[0044]以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种扑翼飞行器的三维扑翼机构，其特征在于:包括机架、旋转驱动机构、扭转扑动机构和折展机构，其中，所述旋转驱动机构设置在所述机架上，所述扭转扑动机构与所述机架铰接，所述折展机构与所述扭转扑动机构铰接，所述旋转驱动机构与所述扭转扑动机构连接，所述扭转扑动机构包括与旋转驱动机构铰接的驱动曲柄、与所述驱动曲柄铰接的扭转连接件和扭转杆，所述折展机构包括折展杆和与所述折展杆连接的平行四连杆机构，所述平行四连杆机构包括扑动杆，所述扭转杆的一端与所述扭转连接件铰接，所述扭转杆的另一端与所述扑动杆铰接，所述扭转杆有二根并平行设置。
2.根据权利要求1所述的扑翼飞行器的三维扑翼机构，其特征在于:所述旋转驱动机构包括固定在所述机架上的电机、与所述电机连接的减速机构和与所述减速机构连接的驱动齿轮，所述驱动齿轮与所述驱动曲柄铰接。
3.根据权利要求1所述的扑翼飞行器的三维扑翼机构，其特征在于:所述平行四连杆机构还包括连杆、摇杆和折展连接杆，所述连杆与所述扑动杆相平行，所述摇杆与所述折展连接杆相平行，所述折展连接杆的两端分别与所述扑动杆、连杆铰接，所述摇杆的一端与所述扑动杆铰接，所述摇杆的中部与所述连杆铰接。
4.根据权利要求3所述的扑翼飞行器的三维扑翼机构，其特征在于:所述摇杆的另一端铰接有从动曲柄，所述从动曲柄与所述机架铰接。
5.根据权利要求3所述的扑翼飞行器的三维扑翼机构，其特征在于:所述折展杆与所述折展连接杆连接。
6.根据权利要求1所述的扑翼飞行器的三维扑翼机构，其特征在于:所述扑动杆与所述机架铰接。
7.根据权利要求6所述的扑翼飞行器的三维扑翼机构，其特征在于:所述扑动杆与所述机架铰的铰接点位于所述扑动杆与两根所述扭转杆的铰接点之间，所述扭转杆、扭转连接件之间的旋转轴与所述扭转杆、扑动杆之间的旋转轴相平行，所述扭转杆、扭转连接件之间的旋转轴与所述扭转连接件、驱动曲柄之间的旋转轴相平行，所述扑动杆、机架之间的旋转轴与所述驱动曲柄、旋转驱动机构之间的旋转轴相平行。
8.根据权利要求1所述的扑翼飞行器的三维扑翼机构，其特征在于:所述扭转扑动机构、折展机构的表面上均粘贴有弹性薄膜。
9.根据权利要求1所述的扑翼飞行器的三维扑翼机构，其特征在于:所述驱动曲柄、扭转连接件之间的旋转轴垂直于所述驱动曲柄、旋转驱动机构之间的旋转轴。
10.一种微型扑翼飞行器，其特征在于:包括权利要求1至9中任一项所述的扑翼飞行器的三维扑翼机构。
【文档编号】B64C33/02GK203819493SQ201420266922
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年5月23日 优先权日:2014年5月23日
【发明者】周超英, 高乾, 汪超 申请人:哈尔滨工业大学深圳研究生院
【专利摘要】本实用新型涉及一种扑翼飞行器的三维扑翼机构及微型扑翼飞行器。本实用新型提供了一种扑翼飞行器的三维扑翼机构，包括机架、旋转驱动机构、扭转扑动机构和折展机构，其中，所述旋转驱动机构设置在所述机架上，所述扭转扑动机构与所述机架铰接，所述折展机构与所述扭转扑动机构铰接，所述旋转驱动机构与所述扭转扑动机构连接，所述扭转扑动机构包括驱动曲柄、与所述驱动曲柄铰接的扭转连接件和扭转杆，所述折展机构包括折展杆和平行四连杆机构。本实用新型的有益效果是：使得扭转扑动机构和折展机构具有翅翼扑动、折展、扭转的运动特性，其中上下扑动时间不对称，飞行状态更贴近于鸟类飞行实际扑动规律，具有很高的仿真程度。
【专利说明】—种扑翼飞行器的三维扑翼机构及微型扑翼飞行器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及扑翼飞行器，尤其涉及一种扑翼飞行器的三维扑翼机构及微型扑翼飞行器。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的发展，MEMS (微机电系统)技术的日趋成熟，以及军事和民用等领域的巨大应用潜力，微型扑翼飞行器的研究得到了越来越多的关注和支持。微型扑翼飞行器是一种仿模仿鸟类或昆虫飞行的新概念飞行器，其特征是:1.机翼主动运动；2.机翼的拍动同时产生升力和推力；3.通过机翼及尾翼的位置改变进行机动飞行。它的翼展长度一般不超过15cm，重量从几十到上百克，有效载荷20克左右。由于它具有体积小、重量轻、成本低、隐身性和可操作性好等特点，可在国防和民用等领域得到广泛应用。
[0003]最早得到运用的一维扑翼结构，典型的有单曲柄双摇杆机构、双曲柄双摇杆机构和空间曲柄摇杆机构等机构。这些机构可以通过曲柄的转动，带动摇杆周期性摆动，实现翅翼的一维扑动。因为一维扑动机构气动性能不理想，人们设计出了多种二维或三维运动的扑翼结构，典型的有:专利201220113581.6中涉及到的一种可同时实现机翼扑动和扭转的机构，该机构通过一个电机驱动曲柄，通过将空间曲柄摇杆机构的球副高副分解为转动低畐0，从而同时实现机翼的扑动和扭转运动。专利201310180160.4中涉及到的可扭转扑翼结构，该机构通过齿轮传动在机翼的后部增加一个曲柄推动机翼上下扭转，从而实现机翼扑动和扭转同时进行。专利201320092642.X和德国FESTO公司设计的smartbird中涉及到的扑翼折展机构，两个设计中都涉及到了通过曲柄驱动带有四边形机构的摇杆来实现机翼的折叠与展开，从而实现机翼的扑动和折展同时进行。
[0004]在上述扑翼结构中，还不能同时实现机翼的完整的三维运动，飞行器气动性能不理想，飞行效率不高，导致微型扑翼飞行器无法得到广泛应用。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种扑翼飞行器的三维扑翼机构及微型扑翼飞行器。
[0006]本实用新型提供了一种扑翼飞行器的三维扑翼机构，包括机架、旋转驱动机构、扭转扑动机构和折展机构，其中，所述旋转驱动机构设置在所述机架上，所述扭转扑动机构与所述机架铰接，所述折展机构与所述扭转扑动机构铰接，所述旋转驱动机构与所述扭转扑动机构连接，所述扭转扑动机构包括与旋转驱动机构铰接的驱动曲柄、与所述驱动曲柄铰接的扭转连接件和扭转杆，所述折展机构包括折展杆和与所述折展杆连接的平行四连杆机构，所述平行四连杆机构包括扑动杆，所述扭转杆的一端与所述扭转连接件铰接，所述扭转杆的另一端与所述扑动杆铰接，所述扭转杆有二根并平行设置。
[0007]作为本实用新型的进一步改进，所述旋转驱动机构包括固定在所述机架上的电机、与所述电机连接的减速机构和与所述减速机构连接的驱动齿轮，所述驱动齿轮与所述驱动曲柄铰接。
[0008]作为本实用新型的进一步改进，所述平行四连杆机构还包括连杆、摇杆和折展连接杆，所述连杆与所述扑动杆相平行，所述摇杆与所述折展连接杆相平行，所述折展连接杆的两端分别与所述扑动杆、连杆铰接，所述摇杆的一端与所述扑动杆铰接，所述摇杆的中部与所述连杆铰接。
[0009]作为本实用新型的进一步改进，所述摇杆的另一端铰接有从动曲柄，所述从动曲柄与所述机架铰接。
[0010]作为本实用新型的进一步改进，所述折展杆与所述折展连接杆连接。
[0011]作为本实用新型的进一步改进，所述扑动杆与所述机架铰接。
[0012]作为本实用新型的进一步改进，所述扑动杆与所述机架铰的铰接点位于所述扑动杆与两根所述扭转杆的铰接点之间，所述扭转杆、扭转连接件之间的旋转轴与所述扭转杆、扑动杆之间的旋转轴相平行，所述扭转杆、扭转连接件之间的旋转轴与所述扭转连接件、驱动曲柄之间的旋转轴相平行，所述扑动杆、机架之间的旋转轴与所述驱动曲柄、旋转驱动机构之间的旋转轴相平行。
[0013]作为本实用新型的进一步改进，所述扭转扑动机构、折展机构的表面上均粘贴有弹性薄膜。
[0014]作为本实用新型的进一步改进，所述驱动曲柄、扭转连接件之间的旋转轴垂直于所述驱动曲柄、旋转驱动机构之间的旋转轴。
[0015]本实用新型还提供了一种微型扑翼飞行器，包括如上述中任一项所述的扑翼飞行器的三维扑翼机构。
[0016]本实用新型的有益效果是:通过上述方案，使得扭转扑动机构和折展机构具有翅翼扑动、折展、扭转的运动特性，其中上下扑动时间不对称，飞行状态更贴近于鸟类飞行实际扑动规律，具有很高的仿真程度。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型一种扑翼飞行器的三维扑翼机构的立体结构示意图；
[0018]图2是本实用新型一种扑翼飞行器的三维扑翼机构的主视图；
[0019]图3是图2中的局部放大图A ;
[0020]图4是本实用新型一种扑翼飞行器的三维扑翼机构的俯视图；
[0021]图5是图4中的局部放大图B ;
[0022]图6是本实用新型一种扑翼飞行器的三维扑翼机构的扭转扑动机构的结构示意图；
[0023]图7是图6中的局部放大图C ;
[0024]图8是本实用新型一种扑翼飞行器的三维扑翼机构的折展机构的结构示意图。【具体实施方式】
[0025]下面结合【专利附图】
【附图说明】及【具体实施方式】对本实用新型进一步说明。
[0026]图1至图8中的附图标号为:机架100 ;齿轮箱101 ;旋转驱动机构I ;减速机构11 ；驱动齿轮12 ;扭转扑动机构2 ;驱动曲柄21 ;扭转连接件22 ;扭转杆23 ;折展机构3 ;扑动杆31 ;连杆32 ;摇杆33 ;折展连接杆34 ;从动曲柄35 ;折展杆36。
[0027]如图1至图8所示，一种扑翼飞行器的三维扑翼机构，包括机架100、旋转驱动机构
1、扭转扑动机构2和折展机构3，其中，所述旋转驱动机构I设置在所述机架100上，所述扭转扑动机构2与所述机架I铰接,所述折展机构3与所述扭转扑动机构2铰接,所述旋转驱动机构I与所述扭转扑动机构2连接,所述扭转扑动机构2包括与旋转驱动机构I铰接的驱动曲柄21、与所述驱动曲柄21铰接的扭转连接件22和扭转杆23，所述折展机构3包括折展杆36和与所述折展杆36连接的平行四连杆机构，所述平行四连杆机构包括扑动杆31，所述扭转杆23的一端与所述扭转连接件22铰接，所述扭转杆23的另一端与所述扑动杆31铰接，所述扭转杆23有二根并平行设置，所述扑动杆31为所述平行四连杆机构的驱动杆，所述折展杆36用于实现机翼的折展运动。
[0028]如图1至图8所示，所述折展杆36由一个旋转驱动机构I驱动，可同时实现机翼的周期性扑动、折叠和扭转，且机翼上下扑动具有不对称性，通过一维的驱动，实现三维的扑翼运动，可大大提高扑翼飞行器的扑动效率和气动性能。
[0029]如图1至图8所示，所述旋转驱动机构I包括固定在所述机架100上的电机、与所述电机连接的减速机构11和与所述减速机构11连接的驱动齿轮12，所述驱动齿轮12与所述驱动曲柄21铰接，所述机架100连接有齿轮箱101 ;所述减速机构11为齿轮减速机构，该齿轮减速机构设置在所述齿轮箱101内。
[0030]如图1至图8所示，所述平行四连杆机构还包括连杆32、摇杆33和折展连接杆34，所述连杆32与所述扑动杆31相平行，所述摇杆33与所述折展连接杆34相平行，所述折展连接杆34的两端分别与所述扑动杆31、连杆32铰接，所述摇杆33的一端与所述扑动杆31铰接，所述摇杆33的中部与所述连杆32铰接。
[0031]如图1至图8所示，所述摇杆33的另一端铰接有从动曲柄35，所述从动曲柄35与所述机架100铰接，起限定折展角度和位置的作用。
[0032]如图1至图8所示，所述折展杆36与所述折展连接杆34连接。
[0033]如图1至图8所示，所述扑动杆31与所述机架100铰接。
[0034]如图1至图8所示,所述扑动杆31与所述机架100铰的铰接点位于所述扑动杆31与两根所述扭转杆23的铰接点之间，所述扭转杆23、扭转连接件22之间的旋转轴与所述扭转杆23、扑动杆31之间的旋转轴相平行，所述扭转杆23、扭转连接件22之间的旋转轴与所述扭转连接件22、驱动曲柄21之间的旋转轴相平行，所述扑动杆31、机架100之间的旋转轴与所述驱动曲柄21、驱动齿轮12之间的旋转轴相平行。
[0035]如图1至图8所示，所述扭转扑动机构2、折展机构3的表面上均粘贴有弹性薄膜作为机翼，具体为，在所述扭转杆23、扑动杆31及折展杆36的上表面粘贴上弹性薄膜作为机翼。
[0036]如图1至图8所示，所述驱动曲柄21、扭转连接件22之间的旋转轴垂直于所述驱动曲柄21、驱动齿轮12之间的旋转轴。
[0037]如图1至图8所示，所述扭转连接件22优选为开叉支架或者大致为Y形状。
[0038]如图1至图8所示，一种微型扑翼飞行器，包括如上述中任一项所述的扑翼飞行器的三维扑翼机构。
[0039]扭转扑动机构2的工作原理为:驱动曲柄21将运动传递到扭转连接件22，不仅使扭转杆23绕扑动杆31转动，因为扭转连接件22与驱动齿轮12相铰接，也使扭转杆23产生高度差，从而使扑动杆31在驱动曲柄21的转动过程中产生绕机架100的周期性摆动，即形成扑动杆31的扑动运动，由于机构特性，当扑动杆31摆动到最高点和最低点时，驱动曲柄21的相应位置均在驱动齿轮12的轴线之间，即扑动杆31从最高点转到最低点时，驱动曲柄21只转过了不到一半或转过了一多半，这就是扑动的非对称性。
[0040]折展机构3的工作原理为:扑动杆31由主动曲柄21带动摆动，通过从动曲柄35的限制作用，使平行四连杆机构产生作用，摇杆33做平面运动，通过连杆32和折展连接杆34将运动传递到折展杆36，使折展连接杆34形成扑翼的折展运动。
[0041]本实用新型提供的一种扑翼飞行器的三维扑翼机构及微型扑翼飞行器的工作原理为:电机输出旋转运动，经减速机构11减速并带动驱动齿轮12旋转，由驱动齿轮12驱动驱动曲柄21旋转，由驱动曲柄21带动扭转连接件22上下运动，由扭转连接件22通过扭转杆23带动扑动杆31摆动，由扑动杆31通过平行四连杆机构带动折展杆36进行折展运动，两根扭转杆23形成扭转平面，用于实现机翼的扭转，扑动杆31与两根扭转杆23相铰接，通过扭转平面在垂直于扑动平面上的转动，可实现扑动杆31的摆动，扭转平面在垂直于扑动平面摆动时具有时间不对称性,故扑动杆31的摆动也有时间不对称性。
[0042]本实用新型提供的一种扑翼飞行器的三维扑翼机构及微型扑翼飞行器，使得扭转扑动机构和折展机构具有翅翼扑动、折展、扭转的运动特性，其中上下扑动时间不对称，飞行状态更贴近于鸟类飞行实际扑动规律，具有很高的仿真程度；左右翅翼扑动具有良好的对称性，增加了飞行器的飞行稳定性；拥有复杂灵活的机翼运动，有利于实现复杂的飞行任务。
[0043]本应用新型提供的一种扑翼飞行器的三维扑翼机构及微型扑翼飞行器，通过对扑翼结构进行创新性设计，可同时实现机翼的扑动、扭转和折叠动作，实现机翼的完整的三维运动，而且可以实现机翼下扑时间长于上扑时间，更符合鸟类的飞行实际，仿生程度高，可提高飞行器的飞行效率，为扑翼飞行器的进一步研究提供技术支持。
[0044]以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种扑翼飞行器的三维扑翼机构，其特征在于:包括机架、旋转驱动机构、扭转扑动机构和折展机构，其中，所述旋转驱动机构设置在所述机架上，所述扭转扑动机构与所述机架铰接，所述折展机构与所述扭转扑动机构铰接，所述旋转驱动机构与所述扭转扑动机构连接，所述扭转扑动机构包括与旋转驱动机构铰接的驱动曲柄、与所述驱动曲柄铰接的扭转连接件和扭转杆，所述折展机构包括折展杆和与所述折展杆连接的平行四连杆机构，所述平行四连杆机构包括扑动杆，所述扭转杆的一端与所述扭转连接件铰接，所述扭转杆的另一端与所述扑动杆铰接，所述扭转杆有二根并平行设置。
2.根据权利要求1所述的扑翼飞行器的三维扑翼机构，其特征在于:所述旋转驱动机构包括固定在所述机架上的电机、与所述电机连接的减速机构和与所述减速机构连接的驱动齿轮，所述驱动齿轮与所述驱动曲柄铰接。
3.根据权利要求1所述的扑翼飞行器的三维扑翼机构，其特征在于:所述平行四连杆机构还包括连杆、摇杆和折展连接杆，所述连杆与所述扑动杆相平行，所述摇杆与所述折展连接杆相平行，所述折展连接杆的两端分别与所述扑动杆、连杆铰接，所述摇杆的一端与所述扑动杆铰接，所述摇杆的中部与所述连杆铰接。
4.根据权利要求3所述的扑翼飞行器的三维扑翼机构，其特征在于:所述摇杆的另一端铰接有从动曲柄，所述从动曲柄与所述机架铰接。
5.根据权利要求3所述的扑翼飞行器的三维扑翼机构，其特征在于:所述折展杆与所述折展连接杆连接。
6.根据权利要求1所述的扑翼飞行器的三维扑翼机构，其特征在于:所述扑动杆与所述机架铰接。
7.根据权利要求6所述的扑翼飞行器的三维扑翼机构，其特征在于:所述扑动杆与所述机架铰的铰接点位于所述扑动杆与两根所述扭转杆的铰接点之间，所述扭转杆、扭转连接件之间的旋转轴与所述扭转杆、扑动杆之间的旋转轴相平行，所述扭转杆、扭转连接件之间的旋转轴与所述扭转连接件、驱动曲柄之间的旋转轴相平行，所述扑动杆、机架之间的旋转轴与所述驱动曲柄、旋转驱动机构之间的旋转轴相平行。
8.根据权利要求1所述的扑翼飞行器的三维扑翼机构，其特征在于:所述扭转扑动机构、折展机构的表面上均粘贴有弹性薄膜。
9.根据权利要求1所述的扑翼飞行器的三维扑翼机构，其特征在于:所述驱动曲柄、扭转连接件之间的旋转轴垂直于所述驱动曲柄、旋转驱动机构之间的旋转轴。
10.一种微型扑翼飞行器，其特征在于:包括权利要求1至9中任一项所述的扑翼飞行器的三维扑翼机构。
【文档编号】B64C33/02GK203819493SQ201420266922
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年5月23日 优先权日:2014年5月23日
【发明者】周超英, 高乾, 汪超 申请人:哈尔滨工业大学深圳研究生院
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