组合式扑翼驱动机构的制作方法

本发明属于扑翼飞行器驱动机构技术领域，尤其涉及一种组合式扑翼驱动机构。

背景技术：

扑翼飞行器是一种模仿鸟类、昆虫等生物能展翅飞行的特殊飞行器。扑翼驱动机构是扑翼飞行器的动力源，其不仅决定了扑翼的运动形式，而且还最终影响到飞行器飞行性能的优劣。考虑到扑翼飞行器具有成本低、隐身性好、易操作等优点，在国防和民用领域具有广阔的应用前景。目前国内外对扑翼飞行器开展了大量的研究，但是，仍存在着一定的不足之处。

现有专利201110154948.9披露了一种无级变速扑翼驱动机构，其具体公开了一种无级变速扑翼驱动机构，包含机架、电机(1)、无级变速减速器、齿轮减速器和曲柄摇杆机构，由摩擦轮组和齿轮组完成减速，由曲柄摇杆机构将转动变为摇臂的上下扑动以驱动扑翼。该机构能通过改变摩擦轮的接触位置方便地改变减速比，还具有扑动严格对称，对反向载荷自锁，能够实现扑翼—滑翔飞行模式等优点，适合应用于微型扑翼飞行器本体和相关地面测试试验。但该发明中啮合齿轮的压力角相等，不利于提高轮齿强度和可靠性。

现有专利201910262547.1披露了一种基于外啮合行星齿轮减速器的移动副扑翼驱动机构，其具体公开了一种基于外啮合行星齿轮减速器的移动副扑翼驱动机构，包括机架、电机(1)、平行齿轮减速器、外啮合行星齿轮减速器、盖板和移动副连杆摇臂机构。该发明中，采用行星齿轮减速器减速和移动副连杆摇臂机构传动，传动效率高且相对平稳；其设计结构紧凑，零部件少，大大提高了飞行器飞行可靠性。不足之处在于该发明将一级太阳轮固定，运动和动力经二级太阳轮传递给曲柄。由于二级太阳轮比一级太阳轮大，转动时所需要消耗的能量也多；当质量发生偏心时，所产生的惯性离心力也越大。

鉴于此，本申请提出了一种组合式扑翼驱动机构，其具有承载能力大、体积小、可靠性高、扭矩大、传动效率高、振动和噪声低的优势，克服现有扑翼驱动机构存在的不足。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的扑翼驱动机构承载能力小和传动效率低的问题，本发明提供一种组合式扑翼驱动机构。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下，一种组合式扑翼驱动机构，包括行星轮系和摆杆驱动机构，所述行星轮系包括行星轮、第一太阳轮、第二太阳轮和系杆，所述行星轮与第一太阳轮外啮合，所述行星轮与第二太阳轮内啮合，所述第一太阳轮由电机驱动转动，所述系杆的一端与行星轮同轴固定连接，所述行星轮、第一太阳轮和第二太阳轮的压力角均不相等；所述摆杆驱动机构的输出端设置有呈左右对称的左摆杆和右摆杆，且所述左摆杆和右摆杆均上下摆动设置，所述系杆的另一端与摆杆驱动机构的输入端同轴固定连接，其用于驱动左摆杆和右摆杆同步上下摆动。

作为优选，所述摆杆驱动机构包括第一连接件、导杆、第一滑块和第二滑块，所述第一滑块沿左摆杆滑动设置，所述第二滑块沿右摆杆滑动设置，所述导杆上下移动设置，所述导杆的一端与第一滑块和第二滑块铰接在一起，所述系杆通过所述第一连接件将运动和动力传递到导杆。

进一步地，所述第一连接件包括第一曲柄、第三滑块和移动杆，所述移动杆与导杆固定连接，且所述移动杆和导杆垂直设置，所述第三滑块沿移动杆滑动设置，所述第一曲柄的一端与第三滑块铰接，所述系杆与第一曲柄固定连接，所述系杆与第一曲柄的回转轴线重合。

进一步地，所述第一连接件包括第二曲柄和第一连杆，所述第二曲柄、第一连杆和导杆依次铰接，所述系杆与第二曲柄远离第一连杆的一端固定连接，所述系杆与第二曲柄的回转轴线重合。

进一步地，所述第一连接件包括第一凸轮和从动杆，所述从动杆与导杆固定连接，且所述从动杆和导杆垂直设置，所述系杆与第一凸轮同轴固定连接，所述第一凸轮与从动杆高副接触用于驱动从动杆带动导杆上下移动。

作为优选，所述摆杆驱动机构包括第二连接件、第一齿条、第二齿条、第一扇形齿轮和第二扇形齿轮，所述第一齿条和第二齿条呈左右对称布置，所述第一扇形齿轮和第二扇形齿轮呈左右对称布置，所述第一扇形齿轮与第一齿条啮合，所述第二扇形齿轮与第二齿条啮合，所述左摆杆与第一扇形齿轮固定连接，所述右摆杆与第二扇形齿轮固定连接，所述系杆通过所述第二连接件驱动第一齿条和第二齿条同步上下移动。

进一步地，所述第二连接件包括第三曲柄、第二连杆和第四滑块，所述第三曲柄、第二连杆和第四滑块依次铰接，所述系杆与第三曲柄远离第二连杆的一端固定连接，所述系杆与第三曲柄的回转轴线重合，所述第四滑块上下滑动设置，所述第四滑块分别与第一齿条和第二齿条固定连接。

进一步地，所述第二连接件包括从动框和第二凸轮，所述从动框分别与第一齿条和第二齿条固定连接，所述系杆与第二凸轮同轴固定连接，所述第二凸轮设置在从动框内，随着所述第二凸轮的转动推动从动框上下移动。

进一步地，所述第一齿条和第二齿条的压力角均为α4，所述第一扇形齿轮和第二扇形齿轮的压力角均为α5，取α4<α5。从而可增大轮齿的强度、延长使用寿命、提高可靠性、降低振动和噪声。

进一步地，所述第一太阳轮的齿数为z1，所述行星轮的齿数为z2，所述第二太阳轮的齿数为z3，所述第一太阳轮的压力角为α1，所述行星轮的压力角为α2，所述第二太阳轮的压力角为α3，当z1<z2时α1>α2；当z1>z2时α1<α2；由于z2<z3，取α2>α3。从而可增大轮齿的强度、延长使用寿命、提高可靠性、降低振动和噪声。

有益效果：本发明的组合式扑翼驱动机构，采用2z-x型行星轮系，行星轮、第一太阳轮和第二太阳轮的压力角均不相等，从而可增大轮齿的强度、延长使用寿命、提高可靠性、降低振动和噪声，具有体积小、传动比大、传递力矩大、传动效率高等优点；本发明的组合式扑翼驱动机构，通过行星轮系与摆杆驱动机构的组合，模拟鸟类翅膀的下拍和上扬运动，与现有的扑翼驱动机构相比，具有承载能力大、体积小、可靠性高、扭矩大、传动效率高、振动和噪声低等优点，考虑到扑翼飞行器具有成本低、隐身性好、易操作等优点，本发明在国防和民用领域都具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明组合式扑翼驱动机构的行星轮系的原理示意图；

图2是本发明组合式扑翼驱动机构的实施例1的摆杆驱动机构的原理示意图；

图3是本发明组合式扑翼驱动机构的实施例2的摆杆驱动机构的原理示意图；

图4是本发明组合式扑翼驱动机构的实施例3的摆杆驱动机构的原理示意图；

图5是本发明组合式扑翼驱动机构的实施例4的摆杆驱动机构的原理示意图；

图6是本发明组合式扑翼驱动机构的实施例5的摆杆驱动机构的原理示意图；

图中：100、行星轮系，1、电机，2、联轴器，3、第一太阳轮，4、行星轮，5、第二太阳轮，6、系杆，200、摆杆驱动机构，7、左摆杆，8、右摆杆，9、导杆，10、第一滑块，11、第二滑块，12、第一连接件，12-1、第一曲柄，12-2、第三滑块，12-3、移动杆，12-4、第二曲柄，12-5、第一连杆，12-6、第一凸轮，12-7、从动杆，13、第一齿条，14、第二齿条，15、第一扇形齿轮，16、第二扇形齿轮，17、第二连接件，17-1、第三曲柄，17-2、第二连杆，17-3、第四滑块，17-4、第二凸轮，17-5、从动框；左摆杆的转动中心o1，右摆杆的转动中心o2。

具体实施方式

实施例1

如图1和图2所示，一种组合式扑翼驱动机构，包括行星轮系100和摆杆驱动机构200，如图1所示，所述行星轮系100包括行星轮4、第一太阳轮3、第二太阳轮5和系杆6，所述行星轮4与第一太阳轮3外啮合，所述行星轮4与第二太阳轮5内啮合，为使用方便，固定第二太阳轮5，所述第一太阳轮3由电机1驱动转动，电机1通过联轴器2与第一太阳轮3传动连接，所述系杆6的一端与行星轮4同轴固定连接，所述系杆6的一端与行星轮4同轴固定连接，所述第二太阳轮5的轴线与系杆6的回转轴线重合；为了增大轮齿的强度、延长使用寿命、提高可靠性、降低振动和噪声，所述行星轮4、第一太阳轮3和第二太阳轮5的压力角均不相等，所述行星轮4、第一太阳轮3和第二太阳轮5的齿形均为渐开线；所述第一太阳轮3的齿数为z1，所述行星轮4的齿数为z2，所述第二太阳轮5的齿数为z3，所述第一太阳轮3的压力角为α1，所述行星轮4的压力角为α2，所述第二太阳轮5的压力角为α3，当z1<z2时α1>α2；当z1>z2时α1<α2；由于z2<z3，取α2>α3；

如图2所示，所述摆杆驱动机构200的输出端设置有呈左右对称的左摆杆7和右摆杆8，且所述左摆杆7和右摆杆8均上下摆动设置，所述系杆6的另一端与摆杆驱动机构200的输入端同轴固定连接，其用于驱动左摆杆7和右摆杆8同步上下摆动，左摆杆7驱动扑翼飞行器的左侧翅膀下拍和上扬运动，右摆杆8驱动扑翼飞行器的右侧翅膀下拍和上扬运动；本实施例，所述摆杆驱动机构200包括第一连接件12、导杆9、第一滑块10和第二滑块11，所述第一滑块10沿左摆杆7滑动设置，所述第二滑块11沿右摆杆8滑动设置，所述导杆9上下移动设置，所述导杆9的一端与第一滑块10和第二滑块11铰接在一起，所述系杆6通过所述第一连接件12将运动和动力传递到导杆9；本实施例，所述第一连接件12包括第一曲柄12-1、第三滑块12-2和移动杆12-3，所述移动杆12-3与导杆9固定连接，且所述移动杆12-3和导杆9垂直设置，所述第三滑块12-2沿移动杆12-3滑动设置，所述第一曲柄12-1的一端与第三滑块12-2铰接，所述系杆6与第一曲柄12-1的另一端固定连接，所述系杆6与第一曲柄12-1的回转轴线重合。

该组合式扑翼驱动机构的实施步骤如下：

1)、电机1通过联轴器2与第一太阳轮3相连，启动电机1带动第一太阳轮3转动；

2)、行星轮系100由行星轮4、第一太阳轮3、第二太阳轮5和系杆6组成；行星轮4、第一太阳轮3、第二太阳轮5的齿形为渐开线；

3)、行星轮4与第一太阳轮3外啮合，令第一太阳轮3的齿数为z1，行星轮4的齿数为z2，第一太阳轮3的压力角为α1，行星轮4的压力角为α2，为了增大轮齿的强度、延长使用寿命、提高可靠性、降低振动和噪声，行星轮4和第一太阳轮3的压力角不相等，当z1<z2时α1>α2；当z1>z2时α1<α2；

4)、行星轮4与第二太阳轮5内啮合，为使用方便，固定第二太阳轮5，令第二太阳轮5的齿数为z3，第二太阳轮5的压力角为α3，由于z2<z3，取α2>α3；

5)、根据行星轮系100传动比的计算公式，可计算出系杆6旋转速度的大小，系杆6旋转方向与第一太阳轮3相同；当第一太阳轮3在电机1的带动下，按a向顺时针旋转时，系杆6转动方向亦为顺时针转动；

6)、由于第一曲柄12-1与系杆6固定连接，系杆6与第一曲柄12-1的回转轴线重合，因此第一曲柄12-1亦按照顺时针转动；为保证扑翼飞行器的左侧翅膀和右左侧翅膀的对称，取左摆杆7和右摆杆8长度相等，且左摆杆7和右摆杆8关于导杆9的运动轨迹对称布置；第一曲柄12-1通过第三滑块12-2推动导杆9上下移动，导杆9与第一滑块10和第二滑块11铰接在一起，左摆杆7与第一滑块10，以及右摆杆8与第二滑块11分别构成移动副；导杆9将运动和动力传递给左摆杆7和右摆杆8，促使左摆杆7绕转动中心o1转动，右摆杆8绕转动中心o2转动；当导杆9向上运动时，推动左摆杆7绕转动中心o1逆时针转动、右摆杆8绕转动中心o2顺时针转动，实现左侧翅膀和右侧翅膀的下拍运动；当导杆9向下运动时，推动左摆杆7绕转动中心o1顺时针转动、右摆杆8绕转动中心o2逆时针转动，实现左侧翅膀和右侧翅膀的上扬运动；随着第一曲柄12-1不停地旋转，促使左摆杆7绕转动中心o1反复转动，右摆杆8绕转动中心o2反复转动，从而实现左侧翅膀和右侧翅膀的重复下拍和上扬运动。

实施例2

如图3所示，在本实施例中，与实施例1的区别在于，所述第一连接件12包括第二曲柄12-4和第一连杆12-5，所述第二曲柄12-4、第一连杆12-5和导杆9依次铰接，所述系杆6与第二曲柄12-4远离第一连杆12-5的一端固定连接，所述系杆6与第二曲柄12-4的回转轴线重合。

由于第二曲柄12-4与系杆6固定连接，系杆6与第二曲柄12-4的回转轴线重合，因此第二曲柄12-4的旋转方向和转速大小与系杆6的旋转方向和转速大小分别相同，第二曲柄12-4通过第一连杆12-5推动导杆9上下移动。

实施例3

如图4所示，在本实施例中，与实施例1的区别在于，所述第一连接件12包括第一凸轮12-6和从动杆12-7，所述从动杆12-7与导杆9固定连接，且所述从动杆12-7和导杆9垂直设置，所述系杆6与第一凸轮12-6同轴固定连接，所述第一凸轮12-6与从动杆12-7高副接触用于驱动从动杆12-7带动导杆9上下移动。

因第一凸轮12-6与系杆6同轴固定连接，因此第一凸轮12-6的旋转方向和转速大小与系杆6的旋转方向和转速大小分别相同，第一凸轮12-6与从动杆12-7高副接触，随着第一凸轮12-6的转动，推动从动杆12-7上下移动，从动杆12-7再带动导杆9上下移动。

实施例4

如图5所示，在本实施例中，与实施例1的区别在于，所述摆杆驱动机构200包括第二连接件17、第一齿条13、第二齿条14、第一扇形齿轮15和第二扇形齿轮16，所述第一齿条13和第二齿条14呈左右对称布置，所述第一扇形齿轮15和第二扇形齿轮16呈左右对称布置，所述第一扇形齿轮15与第一齿条13啮合，所述第二扇形齿轮16与第二齿条14啮合，所述第一齿条13和第二齿条14的压力角均为α4，所述第一扇形齿轮15和第二扇形齿轮16的压力角均为α5，为了增大轮齿的强度、延长使用寿命、提高可靠性、降低振动和噪声，取α4<α5；所述左摆杆7与第一扇形齿轮15固定连接，所述右摆杆8与第二扇形齿轮16固定连接，所述系杆6通过所述第二连接件17驱动第一齿条13和第二齿条14同步上下移动；本实施例，所述第二连接件17包括第三曲柄17-1、第二连杆17-2和第四滑块17-3，所述第三曲柄17-1、第二连杆17-2和第四滑块17-3依次铰接，所述系杆6与第三曲柄17-1远离第二连杆17-2的一端固定连接，所述系杆6与第三曲柄17-1的回转轴线重合，所述第四滑块17-3上下滑动设置，所述第四滑块17-3分别与第一齿条13和第二齿条14固定连接。

由于第三曲柄17-1与系杆6固定连接，所述系杆6与第三曲柄17-1的回转轴线重合，因此第三曲柄17-1的旋转方向和转速大小与系杆6的旋转方向和转速大小分别相同，第三曲柄17-1通过第二连杆17-2推动第四滑块17-3上下滑动，第四滑块17-3再带动第一齿条13和第二齿条14同步上下移动，因第一扇形齿轮15与第一齿条13啮合，左摆杆7与第一扇形齿轮15固定连接，第一扇形齿轮15带动左摆杆7绕转动中心o1转动，第二扇形齿轮16与第二齿条14啮合，右摆杆8与第二扇形齿轮16固定连接，第二扇形齿轮16带动右摆杆8绕转动中心o2转动；当第四滑块17-3向上运动时，推动左摆杆7绕转动中心o1逆时针转动、右摆杆8绕转动中心o2顺时针转动，完成左侧翅膀和右侧翅膀的下拍运动；当第四滑块17-3向下运动时，推动左摆杆7绕转动中心o1顺时针转动、右摆杆8绕转动中心o2逆时针转动，实现左侧翅膀和右侧翅膀的上扬运动；随着第三曲柄17-1不停地旋转，促使左摆杆7绕转动中心o1反复转动，右摆杆8绕转动中心o2反复转动，从而实现左侧翅膀和右侧翅膀的重复下拍和上扬运动。

实施例5

如图6所示，在本实施例中，与实施例4的区别在于，所述第二连接件17包括从动框17-5和第二凸轮17-4，所述从动框17-5分别与第一齿条13和第二齿条14固定连接，所述系杆6与第二凸轮17-4同轴固定连接，所述第二凸轮17-4设置在从动框17-5内，随着所述第二凸轮17-4的转动推动从动框17-5上下移动；为了保证从动框17-5只能上下移动，需满足以下条件：与第二凸轮17-4的廓线相切的任意两平行线间的宽度处处相等，且等于从动框17-5的内框上下间的距离。

由于第二凸轮17-4与系杆6同轴固定连接，因此第二凸轮17-4的旋转方向和转速大小与系杆6的旋转方向和转速大小分别相同，第二凸轮17-4通过与从动框17-5高副接触，随着第二凸轮17-4的转动，其推动从动框17-5上下移动，从动框17-5再带动第一齿条13和第二齿条14同步上下移动。