一种微小型可控翻转平均位置的连杆机构的制作方法

本发明涉及微型拍动翼飞行器领域，具体来说，是一种微小型可控翻转平均位置的连杆机构。

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。

微型飞行器由于具有体积小、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拍动翼微型飞行器。

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；对于微小型扑翼布局设计，控制方式可以不采用舵面实现。

技术实现要素：

本发明针对现有微型拍动翼的翼膜翻转难以控制的问题，提出一种微小型可控翻转平均位置的连杆机构，通过改变拍动翼的翻转平均位置实现对拍动翼的控制。

所述的微小型可控翻转平均位置的连杆机构，包括机架，摇臂，拍动翼，拍动驱动机构，以及翻转平均位置控制机构。

机架整体成型，为左右对称结构；中心线正上方设有一沟槽，用来约束拍动驱动机构中的连杆机构运动；中心线正下方设有一个较大的柱型空腔，用来安装拍动驱动机构中的电机，沟槽左右分别对称各预留两个大小不一的柱型空腔，其中与沟槽相邻的两个较大柱型空腔用来安装翻转平均位置控制机构的舵机；较小的柱型空腔用来固定安装摇臂；机架上同时还设有较小的柱形空腔，铰接其余零件。

拍动驱动机构包括电机，齿轮减速机构和连杆机构；齿轮减速机构包括齿轮a，齿轮b和齿轮c；

电机配合连接在机架上，电机输出轴上固定安装齿轮c，齿轮c啮合齿轮b，齿轮b啮合齿轮a，齿轮a和齿轮b分别固定在机架上，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，把电机输出的高速转动减速转变为预定的规律。

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a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通过中间的一个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。

齿轮a转动，带动连杆c在沟槽内上下运动，同时带动连杆b绕固定在机架上的位置带动另一端转动，从而带动连杆a运动，进一步带动摇臂拍动。

摇臂共两个，分别安装于机架两侧；每个摇臂一端与机架铰接，另一端与拍动翼固接，实现由摇臂带动拍动翼运动；同时，摇臂中间与连杆a相连。

拍动翼包括主梁、辅梁和翼膜，通过主梁与摇臂相连。

翻转平均位置控制机构包括两个对称的舵机和两个对称的齿轮d；舵机垂直安装在机架下方，每个舵机输出轴上自带一个齿轮和齿轮d啮合；且齿轮d的一端与拍动翼的辅梁固定连接；舵机带动齿轮d转动，进而可以改变拍动翼的翻转平均位置，得到需要的控制力和控制力矩，实现对拍动翼机构的控制；

初始状态时，左右两个拍动翼的初始攻角均为0度，拍动过程中以翼膜的初始位置为平均位置翻转。当需要改变翼膜的翻转平均位置来获得控制力和控制力矩时，操纵者发给舵机无线电信号，给予舵机偏转指令；舵机按偏转指令输出特定的角位移，带动与舵机输出轴上自带齿轮相连的齿轮d转动特定的角度；而拍动翼的辅梁偏心连接在齿轮d上；齿轮d转动特定角度后，拍动翼翼膜的初始位置发生变化，从而得到需要的控制力和控制力矩。

本发明的优点在于：

1)、一种微小型可控翻转平均位置的连杆机构，使用舵机和齿轮减速机构控制拍动翼的翻转平均位置，是一种新颖的控制实现方式。

2)、一种微小型可控翻转平均位置的连杆机构，使用舵机和齿轮减速机构实现控制，能够准确产生足够的控制力和力矩。

3)、一种微小型可控翻转平均位置的连杆机构，结构设计简洁，材料易得，易于加工。

附图说明

图1为本发明一种微小型可控翻转平均位置的连杆机构的俯视图；

图2为本发明一种微小型可控翻转平均位置的连杆机构的正视图；

图3为本发明一种微小型可控翻转平均位置的连杆机构中机架的俯视图；

图4为本发明一种微小型可控翻转平均位置的连杆机构中机架的左视图；

图5为本发明一种微小型可控翻转平均位置的连杆机构中连杆c的结构示意图；

图6为本发明一种微小型可控翻转平均位置的连杆机构中连杆b的结构示意图；

图7为本发明一种微小型可控翻转平均位置的连杆机构中连杆a的结构示意图；

图8为本发明一种微小型可控翻转平均位置的连杆机构中摇臂的结构示意图；

图9为本发明一种微小型可控翻转平均位置的连杆机构中拍动翼的结构示意图。

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；9-齿轮c；10-齿轮d；11-舵机；

101-辅梁；102-主梁；103-翼膜；201-柱型空腔；202-安装孔；203-预留孔；301-302-安装孔；401-402-安装孔；403-条形沟槽；501-502-安装孔；801-802-安装孔；803-沟槽；804-805-安装孔；806-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。

本发明一种微小型可控翻转平均位置的连杆机构，通过改变拍动翼的翻转平均位置实现对拍动翼布局的控制；以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。

所述的微小型可控翻转平均位置的连杆机构，如图1和图2所示，包括拍动翼1，摇臂2，连杆a3，连杆b4，连杆c5，齿轮a6，齿轮b7，机架8，齿轮c9，齿轮d10以及舵机11；

如图3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；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为左右对称结构，中心线正上方设有沟槽803，沟槽803每侧预留两个大小不一的安装孔802和安装孔801，沟槽803两侧的安装孔802对称安装，安装孔801也对称安装；沟槽803下方开有安装孔804和柱型空腔806，同时，在柱型空腔806和安装孔804中间的水平线上对称开有两个安装孔805；

机架8上安装由电机，齿轮减速机构和连杆机构构成的拍动驱动机构；

具体如图4所示，柱形空腔806的内径与电机直径一致，电机配合安装在机架的柱形空腔806上。电机输出轴上固定安装齿轮c9,齿轮c9啮合齿轮b7，齿轮b7通过安装孔805固定在机架上，齿轮b7啮合齿轮a6，齿轮a6通过安装孔804铰接在机架8上，齿轮a6,齿轮b7和齿轮c9共同构成齿轮减速机构对电机的高速输出转动减速。

连杆机构包括两个对称的连杆a3，两个对称的连杆b4以及连杆c5；

如图5所示，连杆c5两端分别预留有安装孔501和安装孔502；通过安装孔502与齿轮a6铰接；通过安装孔501和机架8上的沟槽803相约束；如图6所示，每个连杆b4上均预留有安装孔401，安装孔402和条形沟槽403；连杆b4通过安装孔402与机架8上的安装孔802铰接固定；对称连杆b4上的两个条形沟槽403与连杆c5上的安装孔501重叠在一起，中间贯通一铆钉固定在机架的沟槽803上；连杆b4通过安装孔401与连杆a3相连。

如图7所示，连杆a3为月牙形，预留有安装孔301和安装孔302。通过安装孔302和连杆b4的安装孔401相连；通过安装孔301连接摇臂2。

如图8所示，摇臂2上留有柱形空腔201，安装孔202和预留孔203；摇臂2通过预留孔203和机架8的安装孔802铰接固定；通过安装孔202和连杆a3上的安装孔301铰接相连；通过柱形空腔201与拍动翼1相连。

如图9所示，拍动翼1包括主梁102，辅梁101和翼膜103；拍动翼主梁102与摇臂2上的安装孔201固定相连。同时，辅梁101与翻转平均位置控制机构相连接。

翻转平均位置控制机构包括两个对称的舵机11和两个对称的齿轮d10；舵机11垂直安装在机架8安装孔802的下方，每个舵机11输出轴上固定安装自带齿轮与齿轮d10啮合；齿轮d10通过机架8上突出的圆柱与机架8固定；且齿轮d10的另一端与拍动翼1的辅梁101偏心连接；舵机11带动齿轮d10转动，进而可以改变拍动翼1的翻转平均位置，得到需要的控制力和控制力矩，实现对拍动翼1的控制；

本发明一种微小型可控翻转平均位置的连杆机构，具体工作过程如下：

电机输出高速转动，经齿轮c、齿轮b与齿轮a组成的齿轮减速机构实现减速；齿轮a的转动带动与其偏心连接的连杆c运动；连杆c的另一端由于机架的沟槽约束，只能实现上下运动，同时此端与连杆b的条形沟槽端铰接，而连杆b中间部分铰接在机架上，因此连杆b条形沟槽端的运动绕中间固定点转动会带动另一端的转动；连杆b另一端与连杆a铰接，从而带动连杆a运动；摇臂一端固定在机架上，连杆a带动摇臂拍动；拍动翼固定在摇臂上与摇臂一起拍动，产生升力和气动力矩。

当左右两个拍动翼的初始攻角均为0度时，左右两个拍动翼的合力竖直向上，没有附加力矩，此时飞行器能够实现竖直起飞；当需要对飞行器实现控制时，操纵者发给舵机无线电信号，给予舵机偏转指令；当舵机接收到偏转指令后，舵机输出特定的角位移，带动与舵机输出轴相连的齿轮d转动特定的角度；而拍动翼的辅梁偏心连接在齿轮d上；齿轮d转动特定角度后，拍动翼翼膜的初始位置发生变化；当两个舵机分别对称转动一定角度时，拍动翼的初始攻角也对称改变，拍动过程中翼膜的翻转的平均位置也对称改变，经研究此时会产生附加的俯仰力矩，能够实现拍动翼机构的俯仰控制；当两个舵机反对称转过一定角度时，拍动翼的初始攻角也反对称改变，拍动过程中翼膜的翻转的平均位置也反对称改变，经研究此时能够产生附加的偏航力矩，能够实现拍动翼机构的定点转向运动；当两个舵机分别转过不同的角度时，拍动翼的初始攻角改变不同角度，拍动过程中翼膜的翻转的平均位置也改变不同角度，经研究此时能够产生附加的偏航力矩和滚转力矩，能够实现以一定半径转弯。