差动变幅扑翼驱动机构以及驱动方法
【技术领域】
[0001]本发明属于扑翼飞行器驱动机构技术领域，具体涉及一种差动变幅扑翼驱动机构以及驱动方法。
【背景技术】
[0002]微型扑翼飞行器是一种模仿鸟类或昆虫，能够通过翅膀的扑动同时产生推力和升力的新概念飞行器。由于其在低雷诺数下优良的气动特性和仿生飞行器的特殊应用前景，目前国内外很多研究机构都在对其进行研究。作为扑翼飞行器的关键部件，驱动机构对扑翼飞行器的整体效率有着至关重要的影响。
[0003]通过分析鸟类的飞行特点发现，鸟类总是能根据飞行环境的变化，变换适合的飞行方式，选择合适的扑动频率和扑动幅度，既保证了飞行所需的气动力，又高效地利用了环境以及自身的能量。从整个飞行过程来看，除了最基本的翅膀上下扑动运动外，一个很重要的运动是翅膀的幅度变化能力。
[0004]目前已经研制成功的扑翼驱动机构有美国Aero Vironment公司设计的“蜂鸟”驱动机构，日本电子通信大学研制的可以驱动两段机翼的扑翼驱动机构，以及美国特拉华大学研制的可实现扭转运动的两自由度扑动机构等。这些新颖的扑动驱动机构，有些已经实现了装机飞行，但是受制于扑动驱动机构的低效率，距离实际应用仍有一定的差距。
[0005]中国专利公开号CN102285453A、公开日2011年12月21日、发明名称为一种无级调幅扑翼驱动机构，该申请公开了一种利用两级行星齿轮实现扑翼幅度变化的机构。其不足之处是机构组成复杂、重量大以及变幅可靠性低。
[0006]由此可见，现有扑翼驱动机构的不足主要在于:仿生程度低、机械效率不高以及变幅驱动能力差等；因此，提供一种新颖的扑翼驱动机构，解决现有技术中扑翼驱动机构的相关问题，具有重要意义。
【发明内容】
[0007]针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种差动变幅扑翼驱动机构以及驱动方法，可有效解决上述问题。
[0008]本发明采用的技术方案如下:
[0009]本发明提供一种差动变幅扑翼驱动机构，包括:机架(1)、电机(2)、减速齿轮组
(3)、扑动杆组(4)、调幅杆组(5)和舵机组；
[0010]其中，所述机架(I)为左右对称结构，以面向机头方向为正面；
[0011]所述减速齿轮组(3)为两级平行减速器，包括:一级主动齿轮(3A)、一级从动齿轮(3B)、二级主动齿轮(3C)、二级左从动齿轮(3D)、二级右从动齿轮(3D’)以及传动轴(3E);
[0012]所述电机(2)固定安装于所述机架(I)背面的纵向中心线位置，在所述电机(2)的输出轴上安装所述一级主动齿轮(3A)，在所述一级主动齿轮(3A)的正下方设置所述一级从动齿轮(3B);所述电机(2)的输出端与所述一级主动齿轮(3A)联动，所述一级主动齿轮(3A)与所述一级从动齿轮(3B)啮合；另外，所述一级从动齿轮(3B)与所述传动轴(3E)的一端套设连接，所述传动轴(3E)的另一端穿过所述机架(I)而延伸到所述机架(I)正面，与位于所述机架(I)正面的所述二级主动齿轮(3C)套设连接，并且，所述传动轴(3E)与所述机架(I)所在平面垂直；在所述机架(I)正面底部的左右两端，对称安装所述二级左从动齿轮(3D)和所述二级右从动齿轮(3D’)，并且，所述二级主动齿轮(3C)与所述二级左从动齿轮(3D)啮合，而所述二级左从动齿轮(3D)与所述二级右从动齿轮(3D’ )啮合；
[0013]所述扑动杆组(4)包括左扑动子系统、右扑动子系统和摇臂轴(4C);其中，所述左扑动子系统包括左连杆(4A)、左摇臂(4B)和左连杆轴(4E);所述右扑动子系统包括右连杆(4A’)、右摇臂(4B’ )和右连杆轴(4E’ );
[0014]所述摇臂轴(4C)设置于所述机架(I)正面的纵向中心线顶部，所述左摇臂(4B)和所述右摇臂(4B’)对称设置于所述摇臂轴(4C)的左右两侧，并且，所述左摇臂(4B)的右端和所述右摇臂(4B’ )的左端均与所述摇臂轴(4C)铰接；此外，所述左摇臂(4B)开设有左滑槽(4B-1);所述右摇臂(4B’ )开设有右滑槽(4B’ -1);
[0015]另外，所述左连杆轴(4E)固定安装于所述二级左从动齿轮(3D)的偏心位置点；所述右连杆轴(4E’ )固定安装于所述二级右从动齿轮(3D’ )的偏心位置点；并且，所述左连杆轴(4E)在所述二级左从动齿轮(3D)的安装位置与所述右连杆轴(4E’)在所述二级右从动齿轮(3D’ )的安装位置镜像对称；
[0016]则:所述左连杆(4A)的顶端固定安装左滑块，该左滑块位于所述左滑槽(4B-1)中，并可沿所述左滑槽(4B-1)滑动；所述左连杆(4A)的底端与所述左连杆轴(4E)铰接；
[0017]所述右连杆(4A’)的顶端固定安装右滑块，该右滑块位于所述右滑槽(4B’_1)中，并可沿所述右滑槽(4B’ -1)滑动；所述右连杆(4A’ )的底端与所述右连杆轴(4E’ )铰接；
[0018]所述调幅杆组(5)包括:左调幅子系统和右调幅子系统；
[0019]所述左调幅子系统包括:左调幅摇臂(5A)、左调幅销(5B)、左短连杆(5C)和左舵盘(5D);所述右调幅子系统包括:右调幅摇臂(5A’)、右调幅销(5B’)、右短连杆(5C’ )和右舵盘(5D’)；
[0020]所述舵机组包括左舵机^A)和右舵机^B);所述左舵机^A)和所述右舵机(6B)对称固定安装于所述机架(I)背面的两侧；
[0021]则:所述左调幅子系统的结构为:所述左舵机(6A)的输出端与所述左舵机摇臂(5D)的一端可转动连接，所述左舵机摇臂(5D)的另一端与所述左短连杆(5C)的一端铰接，所述左短连杆(5C)的另一端记为A端，A端与所述左调幅摇臂(5A)的一端铰接，所述左调幅摇臂(5A)的另一端铰接到所述机架(I);此外，A端还过盈配合安装所述左调幅销(5B)，所述左调幅销(5B)的轴向与所述机架(I)所在平面垂直，并且，所述左连杆(4A)沿轴向开设有左连杆滑槽(4A-1)，所述左调幅销(5B)的自由端配合安装在所述左连杆滑槽(4A-1)中，并可沿所述左连杆滑槽(4A-1)自由滑动；
[0022]所述右调幅子系统和所述左调幅子系统为对称结构。
[0023]优选的，所述机架(I)的顶端和底端分别设置有轴线垂直于机架表面的机构固定孔(IA)，通过所述机构固定孔(IA)，将所述差动变幅扑翼驱动机构固定安装到扑翼飞行器机身；
[0024]所述机架(I)背面的纵向中心线位置开设有电机安装孔(IC)，通过所述电机安装孔(1C)，将所述电机(2)安装固定到所述机架⑴；
[0025]所述机架⑴的顶部开设有摇臂轴孔(IG)，通过所述摇臂轴孔(IG)，将所述摇臂轴(4C)安装到所述机架(I);
[0026]所述机架⑴的左右两侧分别对称开设有左舵机安装孔(IB)和右舵机安装孔(1B’)；通过所述左舵机安装孔(IB)，将所述左舵机(6A)安装到所述机架(I);通过所述右舵机安装孔(1B’)，将所述右舵机^B)安装到所述机架(I);
[0027]所述机架(I)的左右两侧还分别对称开设有左调幅摇臂安装孔(ID)和右调幅摇臂安装孔(1D’)；通过所述左调幅摇臂安装孔(ID)，将所述左调幅摇臂(5A)铰接到所述机架(I);通过所述右调幅摇臂安装孔(1D’)，将所述右调幅摇臂(5A’)铰接到所述机架(I);
[0028]所述机架(I)的下部开设有一级传动轴孔(IE)，通过所述一级传动轴孔(IE)安装所述传动轴(3E);
[0029]在所述一级传动轴孔(IE)下方的左右两侧，分别开设有二级左安装轴孔(IF)和二级右安装轴孔(1F’ );所述二级左安装轴孔(IF)用于将所述二级左从动齿轮(3D)安装到所述机架(I);所述二级右安装轴孔(1F’ )用于将所述二级右从动齿轮(3D’ )安装到所述机架(I)。
[0030]优选的，所述机构固定孔(IA)、所述电机安装孔(IC)、所述摇臂轴孔(IG)、所述左舵机安装孔(IB)、所述右舵机安装孔(1B’)、所述左调幅摇臂安装孔(ID)、所述右调幅摇臂安装孔(1D’)、所述一级传动轴孔(IE)、所述二级左安装轴孔(IF)和所述二级右安装轴孔(1F’ )的轴线相互平行且为通孔。
[0031]优选的，所述减速齿轮组(3)的总减速比为21?22。
[0032]优选的，所述减速齿轮组(3)的总减速比为21.6。
[0033]优选的，对于所述扑动杆组(4)，以等效曲柄长度为基准长度1.0，则:所述左连杆(4A)的连杆长度和所述右连杆(4A’ )的长度相等，均为9.0，所述左摇臂(4B)的摇臂长度和所述右摇臂(4B’ )的摇臂长度相等，均为9.5 ;其中，所述等效曲柄长度为:将所述左连杆(4A)底端用于与所述左连杆轴(4E)铰接的轴孔记为第I轴孔，所述第I轴孔与所述二级左从动齿轮(3D)轴孔之间的圆心距即为所述等效曲柄长度。
[0034]优选的，对于所述调幅杆组(5)，以左舵盘(5D)或右舵盘(5D’ )长度为基准长度1.0，则:所述左短连杆(5C)和所述右短连杆(5C’)的长度相等，均为0.5?0.6 ;所述左调幅摇臂(5A)和所述左调幅摇臂(5A)的长度相等，均为1.3?1.4。
[0035]本发明还提供一种差动变幅扑翼驱动方法，包括以下步骤: