一种扑动‑扭转耦合仿生鸟的制作方法

文档序号:11243257阅读:617来源:国知局
一种扑动‑扭转耦合仿生鸟的制造方法与工艺

本发明涉及扑翼飞行器领域,尤其涉及一种扑动-扭转耦合仿生鸟。



背景技术:

扑翼飞行具有很好的机动性和灵活性,相比于固定翼飞行器,在低雷诺数下,能够充分利用非定常空气动力特性获取高升力,具有很高的飞行稳定性。多自由度扑翼运动相比单自由度扑翼运动能够更好地模拟飞行生物的姿态,飞行灵活,并且在运动的过程中能够更好地控制飞行方式。

目前的扑翼飞行器的结构分单自由度和两自由度两种形式。

其中,单自由度扑翼飞行器采用结构有单曲柄摇杆机构和双曲柄摇杆机构。单曲柄摇杆机构具有结构简单、轻便灵活等特点,但运动时两侧机翼扑动不对称,有一定的相位差,从而对扑翼的飞行稳定性产生影响;双曲柄摇杆机构采用完全对称设计,从而使载荷分布均匀、传动平稳,然而该扑翼只有一个自由度,净升力有限,仿生程度较低,气动性能较差。

两自由度扑翼飞行器能实现扑动-扭转两个动作,常见两自由度的翼尖为“8”字形和“0”字形,“8”字形扑动方式比“0”字形扑动方式和单自由度扑动具有更好的气动性。但目前的两自由度扑翼飞行器多采用凸轮机构或球副机构来实现扭转动作,凸轮与从动件之间为高副连接,在接触处容易产生严重磨损,从而影响飞行稳定性能;此外,球副加工困难,并且引入虚约束,在实际传动过程中平稳性较差。



技术实现要素:

有鉴于此,本发明的目的在于提供一种扑动-扭转耦合仿生鸟,能实现扑动-扭转两种动作,扑动角和扭转角相位相差90°,使仿生鸟具有良好的飞行气动性能。

本发明的技术方案是这样实现的:本发明提供了一种扑动-扭转耦合仿生鸟,其包括机架、两机翼、电机、第一减速齿轮、主齿轮和长轴,电机固定在机架上,电机旋转轴上固定有主齿轮,主齿轮与第一减速齿轮传动连接,长轴沿第一减速齿轮中心轴方向穿过并与之固定,长轴垂直穿过机架,还包括两曲柄、两摇杆、两拉杆、两机翼连杆和一开槽方块,两曲柄分别对称设置于机架两侧且端部与长轴垂直固定,摇杆两端分别铰接曲柄与拉杆,摇杆两端的铰接孔相互垂直,机翼连杆一端与拉杆铰接、一端与开槽方块铰接,开槽方块开槽处设置有中轴,中轴与垂直穿过机架,开槽方块嵌套在机架外侧,两机翼分别与两机翼连杆固定并相对机架对称设置。

在以上技术方案的基础上,优选的,设曲柄有效连接长度为l1、摇杆有效连接长度为l2、拉杆有效连接长度为l3、机翼连杆有效连接长度为l4,机翼连杆与中轴之间的距离为l5,中轴与长轴之间的距离为h,机架、曲柄与长轴连接点之间的距离为a,则h:a:l1:l2:l3:l4:l5=26.5:27.5:13:18:16:30:7。

在以上技术方案的基础上,优选的,还包括第二减速齿轮、轴承和两微型轴承,第二减速齿轮分别与第一减速齿轮、主齿轮啮合,轴承分别连接长轴和机架,两微型轴承分别连接机翼连杆和开槽方块。

在以上技术方案的基础上,优选的,还包括两长翅脉和两短翅脉,两长翅脉分别沿机翼连杆方向设置并与之固定,两短翅脉分别沿机翼连杆垂直方向设置并与之固定,机翼包括两直边以及一弧形边,两直边分别固定一长翅脉和一短翅脉。

在以上技术方案的基础上,优选的,还包括副翼和方向舵机,副翼与机架尾部铰接,方向舵机包括线圈、强磁铁和连接头,线圈固定在机架尾部,连接头分别固定副翼与强磁铁,强磁铁伸入线圈内。

在以上技术方案的基础上,优选的,还包括两尾翼、升降舵机、大头扣和尾翼轴,升降舵机固定在机架上,大头扣与两尾翼尾部分别固定,两尾翼之间由尾翼轴连接。

在以上技术方案的基础上,优选的,还包括固定在机架上的控制器、锂电池和摄像头,以及发射机,发射机与控制器信号连接,锂电池与控制器、摄像头、方向舵机、升降舵机和电机电性连接,控制器与摄像头、方向舵机、升降舵机和电机信号连接。

本发明的扑动-扭转耦合仿生鸟相对于现有技术具有以下有益效果:

(1)采用空间连杆机构,能实现扑动-扭转两种动作;

(2)连杆之间用转动副连接,能显著降低机构重量;

(3)通过设置特定的连杆长度,从而调整扑翼平均上反角,扑动角和扭转角相位相差90°,提高飞行平稳性;

(4)本发明设计的仿生鸟结构紧凑、运行平稳、无干涉、无卡点,而且两侧运动对称。

附图说明

图1为本发明扑动-扭转耦合仿生鸟的立体图;

图2为本发明扑动-扭转耦合仿生鸟的部分结构分解图;

图3为本发明扑动-扭转耦合仿生鸟的正视图;

图4为本发明扑动-扭转耦合仿生鸟的摇杆立体图;

图5为本发明扑动-扭转耦合仿生鸟的连杆部分的长度关系示意图;

图6为本发明扑动-扭转耦合仿生鸟的方向控制部分的结构图;

图7为本发明扑动-扭转耦合仿生鸟的升降控制部分的结构图;

图8为本发明扑动-扭转耦合仿生鸟的控制部分的连接关系图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式,对本发明技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。

如图1所示,结合图2,本发明的扑动-扭转耦合仿生鸟,其包括机架1、两机翼4、电机22、第一减速齿轮19、主齿轮21和长轴15。

机架1,沿x轴向设置,具体的,还可在两侧设置机壳2。

电机22,提供机翼4扑动-扭转的动力,其沿y轴方向固定在机架1上,电机22旋转轴上固定有主齿轮21,主齿轮21与第一减速齿轮19传动连接。具体的,还包括第二减速齿轮20,第二减速齿轮20分别与第一减速齿轮19、主齿轮21啮合。

长轴15沿第一减速齿轮19中心轴方向穿过并与之固定,具体的,其沿y轴方向设置,长轴15垂直穿过机架1。具体的,还包括轴承18,轴承18分别连接长轴15和机架1。

如图3所示,还包括两曲柄11、两摇杆10、两拉杆9、两机翼连杆8和一开槽方块13。

两曲柄11分别对称设置于机架1两侧且端部与长轴15垂直固定,摇杆10两端分别铰接曲柄11与拉杆9,如图4所示,摇杆10两端的铰接孔相互垂直,机翼连杆8一端与拉杆9铰接、一端与开槽方块13铰接,开槽方块13开槽处设置有中轴14,中轴14与垂直穿过机架1,开槽方块13嵌套在机架1外侧,两机翼4分别与两机翼连杆8固定并相对机架1对称设置。具体的,如图5所示,还包括两微型轴承12,两微型轴承12分别连接机翼连杆8和开槽方块13。具体的,设曲柄11有效连接长度为l1、摇杆10有效连接长度为l2、拉杆9有效连接长度为l3、机翼连杆8有效连接长度为l4,机翼连杆8与中轴14之间的距离为l5,中轴14与长轴15之间的距离为h,机架1、曲柄11与长轴15连接点之间的距离为a,则h:a:l1:l2:l3:l4:l5=26.5:27.5:13:18:16:30:7。在以上连杆长度比范围下,扑动角和扭转角相位相差90°,使仿生鸟具有良好的飞行气动性能。

具体的,还包括两长翅脉16和两短翅脉17,两长翅脉16分别沿机翼连杆8方向设置并与之固定,两短翅脉17分别沿机翼连杆8垂直方向设置并与之固定,机翼4包括两直边以及一弧形边,两直边分别固定一长翅脉16和一短翅脉17。

作为本发明的方向控制部分,如图6所示,还包括副翼6和方向舵机28,副翼6与机架1尾部铰接,方向舵机28包括线圈29、强磁铁30和连接头31,线圈29固定在机架1尾部,连接头31分别固定副翼6与强磁铁30,强磁铁30伸入线圈29内。如此,在线圈29通电后,与强磁铁30产生磁力吸引或者排斥作用,从而驱动副翼6相对机架1左右摆动,从而控制方向。

具体的,作为本发明的升降控制部分,如图7所示,还包括两尾翼5、升降舵机25、大头扣26和尾翼轴27,升降舵机25固定在机架1上,大头扣26与两尾翼5尾部分别固定,两尾翼5之间由尾翼轴27连接。如此,升降舵机25控制大头扣26上下运动,从而带动两尾翼5尾部升降,从而控制整个仿生鸟的升降。

具体的,做本发明的控制部分,如图8所示,还包括固定在机架1上的控制器23、锂电池24和摄像头7,以及发射机32,发射机32与控制器23信号连接,锂电池24与控制器23、摄像头7、方向舵机28、升降舵机25和电机22电性连接,控制器23与摄像头7、方向舵机28、升降舵机25和电机22信号连接。

本发明的仿生鸟的具体运动方式如下:

电机22驱动长轴15转动,从而带动曲柄11沿着y轴旋转,通过摇杆10的传到转化,使得机翼连杆8沿着x轴往返旋转,同时开槽方块13带动机翼连杆8沿着y轴往返旋转,机翼连杆8带动机翼4实现扑动-扭转两个动作。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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