一种可变减速比的微型拍动翼飞行器的制作方法

本发明涉及微型飞行器领域，具体来说，是一种可变减速比的微型拍动翼飞行器。

背景技术：

自二十世纪九十年代以来，随着传统飞行器设计技术的不断成熟和微电子技术的大幅进步，微型飞行器被提出并快速发展。

由于微型飞行器具有体积小、重量轻和机动性强等特征，在国家安全和国民经济建设方面具有广泛的应用前景，适用于复杂环境下的侦查、勘探和协助救援等工作。

同时，随着人们对自然生物飞行的不断探索，仿生学设计被越来越多的应用于微型飞行器领域，开始出现模仿昆虫飞行的微型拍动翼飞行器。

现有拍动翼布局的机构设计，大多数采用四杆机构以实现电机旋转运动转化为拍动运动。四连杆机构制造简单、较容易获得较高的精度，也容易实现复杂的运动规律和轨迹设计；不同的任务载荷时，负载不同，所需的电机输出转矩也不同。

但是传统的拍动翼布局的机构设计一般为固定减速比，急需设计一种可简捷更换减速比的拍动翼布局设计。

技术实现要素：

本发明针对现有的微小型飞行器不能及时更换不同的电机，以及不能及时更换与工况适应的减速比，提出了一种可变减速比的微型拍动翼飞行器，通过简单的机构实现高效的拍动方式，能提供足够的升力和控制力矩，实现不同的任务载荷和飞行要求。

所述的微型拍动翼飞行器，包括机架，摇臂，拍动翼以及拍动驱动机构。

机架整体成型，整体为左右对称结构；机架顶部的中间位置设有一个沟槽，沟槽所在的中心线上分别留有一系列安装孔，同时在沟槽左右两侧，以及下方中心线两侧分别留有对称的安装孔。

摇臂共两个，分别对称安装于机架两侧；每个摇臂上预留有三个安装孔，且摇臂中间部分有切削。每个摇臂一端通过安装孔与机架铰接，另一端设有柱型空腔与拍动翼固接，实现由摇臂带动拍动翼运动；同时，摇臂中间还通过安装孔与拍动驱动机构的输出端相连。

拍动驱动机构包括电机、齿轮减速机构和连杆机构；

电机通过电机安装架固定在机架背部，方便更换电机；电机输出轴自带固定齿轮，同时该自带齿轮啮合齿轮减速机构；

齿轮减速机构包括齿轮a和齿轮b；齿轮a固定在机架沟槽正对下方的安装孔上，齿轮a同时啮合电机输出轴上的自带齿轮和齿轮b，同时齿轮b固定在机架的中心线下方一系列安装孔上，通过不同的安装孔更换不同的齿轮b，用于实现不同减速比，同时不同齿轮b需要匹配不同电机；两个齿轮共同把电机输出的高速转动进行减速，从而带动连杆结构运动。

连杆机构包括：两个对称的连杆a，两个对称的连杆b和一个连杆c；

连杆c一端通过安装孔与齿轮b铰接；另一端和机架上的沟槽相约束；每个连杆b上均预留有两个安装孔和一个条形沟槽；其中连杆b通过中间的安装孔与机架铰接固定；通过另一个顶端的安装孔分别与一个连杆a相连；两个条形沟槽与连杆c的安装孔重叠在一起，中间贯通一铆钉固定在机架上的沟槽。

连杆a为月牙形，预留有两个安装孔，两端内部有切削，连杆a一端通过安装孔与连杆b相连；另一端作为拍动驱动机构的输出端连接在摇臂中间。

拍动翼包括主梁、辅梁和翼膜，通过主梁与摇臂相连。

本发明的优点在于：

1、本发明一种可变减速比的微型拍动翼飞行器，可设计多种减速比，更换方便，能够适应多种任务载荷。

2、本发明一种可变减速比的微型拍动翼飞行器，使用齿轮和连杆机构传动，制造简单，容易获得较高的设计精度。

附图说明

图1为本发明一种可变减速比的微型拍动翼飞行器的整体示意图；

图2为本发明一种可变减速比的微型拍动翼飞行器的机架示意图；

图3为本发明一种可变减速比的微型拍动翼飞行器的摇臂结构示意图；

图4为本发明一种可变减速比的微型拍动翼飞行器的电机安装架结构示意图；

图5为本发明一种可变减速比的微型拍动翼飞行器的连杆c结构示意图；

图6为本发明一种可变减速比的微型拍动翼飞行器的连杆b结构示意图；

图7为本发明一种可变减速比的微型拍动翼飞行器的连杆a结构示意图；

图8为本发明一种可变减速比的微型拍动翼飞行器的拍动翼结构示意图。

1-拍动翼；2-摇臂；3-连杆a；4-连杆b；5-连杆c；6-齿轮a；7-齿轮b；8-机架；

101-辅梁；102-主梁；103-翼膜；801-806-安装孔；901-903-安装孔；904-柱型空腔。

具体实施例

下面结合附图对本发明的具体实施方法进行详细说明。

一种可变减速比的微型拍动翼飞行器，如图1所示，包括机架8，摇臂2，拍动翼1以及拍动驱动机构。

如图2所示，机架8采用树脂材料或者聚乳酸(pla)，通过3D打印整体成型；为左右对称结构；机架8上预留一系列安装孔，方便与其他结构相连接；

具体为：机架8顶部的中间位置设有一个沟槽，沟槽顶端留有安装孔801；沟槽每侧开有两个安装孔802和安装孔803，且两侧的安装孔对称设置；沟槽下方正对位置设有安装孔804；安装孔804两侧分别对称设置一个安装孔805；同时，在安装孔804正对下方设有四个安装孔806。

如图4所示，机架8上的安装孔801和两个安装孔805，分别固接电机安装架上的三个预留安装孔；其中，安装孔801对接安装孔901；两个安装孔805分别对接安装孔902和安装孔903；通过三对安装孔将电机安装架与机架8固定；同时，电机安装架有柱形空腔904，其内径与电机直径相同，用于安装电机，且两者配合连接。

摇臂2共两个，分别对称安装于机架8两侧；如图3所示，每个摇臂2上预留有三个安装孔，中间部分有切削，避免运动重叠。每个摇臂2通过端部的安装孔和机架8上的安装孔802实现铰接固定。另一端设有柱型空腔与拍动翼1固接，实现由摇臂2带动拍动翼1运动；同时，摇臂2通过中间的安装孔和拍动驱动机构的输出端铰接相连。

拍动驱动机构包括电机、齿轮减速机构和连杆机构；电机带动齿轮减速机构运动；齿轮减速机构带动连杆机构运动，把电机的转动转变为预定的规律。

电机安装架通过铆钉固定在机架8的背部，电机固定在电机安装架的柱形空腔内部，电机输出轴自带齿轮连接齿轮减速机构；

齿轮减速机构包括齿轮a6和齿轮b7，均为二级减速机构；齿轮a6铰接安装在机架8的安装孔804上，齿轮a6同时啮合电机输出轴的自带齿轮和齿轮b7，同时，齿轮b7与机架8通过安装孔806相连接，把电机输出的高速转动减速；安装孔806共4个，通过不同的安装孔806更换不同的齿轮b7，用于实现不同减速比，同时不同齿轮b7需要匹配不同电机；两个齿轮共同把电机输出的高速转动进行减速，从而带动连杆结构运动。

连杆机构包括：两个对称的连杆a3，两个对称的连杆b4和一个连杆c5；

如图5所示，连杆c5两端分别各预留一个安装孔，一端通过安装孔与齿轮b7铰接；另一端通过安装孔和机架8上的沟槽相约束；同时连杆c5中间部分有切削，避免运动重叠。

如图6所示，每个连杆b4上均预留有两个安装孔和一个条形沟槽；其中连杆b4通过中间的安装孔与机架8的安装孔803铰接固定；通过另一个顶端的安装孔分别与一个连杆a3相连；两个条形沟槽与连杆c5的安装孔重叠在一起，中间贯通一铆钉固定在机架8上的沟槽。

如图7所示，连杆a3为月牙形，预留有两个安装孔，且两端内部有切削，方便与其他部分连接。连杆a3一端通过安装孔与连杆b4相连；另一端作为拍动驱动机构的输出端连接在摇臂2中间。

如图8所示，拍动翼1有主梁102、辅梁101，翼膜103组成；拍动翼1通过主梁102与摇臂2上的安装孔相连。

主梁102和辅梁101均采用0.8mm直径碳杆，长度不同，辅梁101由胶水垂直固定在主梁102上；翼膜103的材料选用厚度约为0.04mm的双向拉伸聚丙烯薄膜、聚酯薄膜或其他薄膜，形状近似矩形；翼膜103与主梁102，翼膜103和辅梁101均通过胶水固定。

所述的可变减速比的微型拍动翼飞行器具体工作过程如下：

通过控制器驱动电机高速转动，固定在电机输出端的自带齿轮转动，经齿轮a与齿轮b组成的齿轮减速机构实现减速，齿轮b的转动带动与其偏心连接的连杆c运动；连杆c的另一端由于受机架中间位置的沟槽约束，只能实现上下运动，同时此端与连杆b的一端铰接，而连杆b中间部分铰接在机架上，因此连杆b一端随着连杆c的上下运动，另一端绕固定点转动；连杆b转动端与连杆a铰接，带动连杆a运动。连杆a另一端同时铰接摇臂；进一步带动摇臂实现拍动翼的上下拍动，产生飞行需要的升力。

所述的可变减速比的微型拍动翼飞行器，齿轮b的机架上安装位置有四个，分别能够对应不同的减速比，具体实现方式为：预估任务载荷范围，设计四种不同减速比的齿轮b；当任务载荷所需减速比较小时，此时安装减速比较小的齿轮b，且齿轮b安装在靠近齿轮a的安装孔；当任务载荷所需减速比较大时，此时安装减速比较大的齿轮b，齿轮b安装在远离齿轮a的安装孔，且这种更换是简便可行的。同时，可以根据任务需求，更换不同的匹配电机，以及更换不同速率的齿轮b。