一种单自由度可实现二维运动的扑翼机构的制作方法

专利名称：一种单自由度可实现二维运动的扑翼机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及扑翼飞行器的扑翼机构，尤其涉及一种单自由度可实现二维运动的扑翼机构。
背景技术：
1992年，美国国防高级研究计划局(DAPRA)在美军智库兰德公司(RAND)举办一次未来军事会议上提出了微型飞行器(MAV)的概念飞行器的各个方向尺寸不超过15厘米，重量小于100克，有效载荷1-18克，巡航速度30-60公里/小时，续航时间20-60分钟，最大航程为1-10公里。经过一系列研讨会，专家们一致认为MAV应有一下特点(I)应是适合军用的系统；(2)能携带全天候的近距离成像系统，分辨率应足以使操作人员分辨出发送区内的重要细节；(3)应具有准确确定地理位置的能力；(4)重量轻、坚固耐用，以便能够放在士兵的背包里携带；(5)价格低廉，甚至可一次性使用；(6)隐蔽性好，不易被敌人发现，不应暴露使用人员的位置。概念一经提出就得到广泛关注各国专家先后研制出“iBird-bot”,“Microrobotic Fly”,“蜂鸟 NAV” “Delfly Micro” “SmartBird”等一系列仿生扑翼飞行器，在仿生前飞，后退，悬停等高难度动作方面有了技术性的突破。微型飞行器按运动机构不同分为固定翼飞行器、旋翼飞行器和仿生扑翼飞行器。从仿生学角度讲在微小尺寸下，扑翼飞行器相对于固定翼飞行器和旋翼飞行器有着更好的飞行性能。微型扑翼飞行器结构尺寸与小型鸟类或昆虫比较接近。从仿生学角度讲小型鸟类和昆虫的翅膀运动有三种上下扑动、沿飞行方向前后运动(与上下扑动运动的合运动为“0”型，“8”字型，双“8”字型)，沿翅根方向的扭转运动以及折翼运动等等。现行的微型飞行器主要应用单曲柄双摇杆机构，只能实现简单的上下扑动，并且机翼左右运动具有不对称性，增加了飞行器的飞行不稳定性，并没有像鸟类那样拥有复杂灵活的机翼运动，难以实现复杂的飞行任务。
发明内容为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种单自由度可实现二维运动的扑翼机构。本实用新型提供了一种单自由度可实现二维运动的扑翼机构，包括机架、驱动电机、减速机构、两个对称设置的曲柄连杆机构、扭转连块和扑翼摇杆，其中，所述驱动电机通过所述减速机构分别与两个所述曲柄连杆机构连接，所述曲柄连杆机构包括曲柄、组合铰链和连杆，所述减速机构与所述曲柄的一端铰接，所述曲柄的另一端与所述组合铰链铰接，所述组合铰链与所述连杆的一端铰接，所述连杆的另一端与所述扭转连块铰接，所述扭转连块与所述扑翼摇杆铰接，所述扑翼摇杆与所述机架铰接。作为本实用新型的进一步改进，所述组合铰链包括第一连接块和第二连接块，所述曲柄的另一端与所述第一连接块铰接，所述第二连接块与所述第一连接块铰接，所述连、杆与所述第二连接块固定连接。作为本实用新型的进一步改进，所述曲柄的另一端与所述第一连接块铰接的旋转轴为第一旋转轴，所述第二连接块与所述第一连接块铰接的旋转轴为第二旋转轴，所述第一旋转轴与所述第二旋转轴相垂直。作为本实用新型的进一步改进，所述扭转连块连接有扑翼。作为本实用新型的进一步改进，所述驱动电机和减速机构固定在所述机架上。作为本实用新型的进一步改进，所述驱动电机为无刷电机。作为本实用新型的进一步改进，所述驱动电机连接有电机轴齿轮，所述电机轴齿轮与所述减速机构连接。作为本实用新型的进一步改进，所述减速机构包括相啮合的一级齿轮和二级齿 轮，所述一级齿轮与所述电机轴齿轮相啮合，所述二级齿轮与所述曲柄相铰接。作为本实用新型的进一步改进，所述二级齿轮与所述曲柄铰接的旋转轴为第三旋转轴，所述第三旋转轴与所述第一旋转轴相平行。作为本实用新型的进一步改进，所述机架上设有铰接凹槽座，所述扑翼摇杆与所述铰接凹槽座铰接。本实用新型的有益效果是通过上述方案，具有一个自由度，传动灵活，可同时实现机翼的扑动和扭转两个运动，具良好的对称性和飞行稳定性，可进行灵活的机翼运动，有利于实现复杂的飞行任务。

图I是本实用新型一种单自由度可实现二维运动的扑翼机构的结构示意图；图2是本实用新型所述单自由度可实现二维运动的扑翼机构的主视图；图3是本实用新型所述单自由度可实现二维运动的扑翼机构的俯视图。
具体实施方式
以下结合附图说明及具体实施方式
对本实用新型进一步说明。图I至图3中的附图标号为扭转连块I ;连杆2 ;扑翼摇杆3 ;铰接凹槽座4 ;机架5 ;二级齿轮6 ;曲柄7 ;第三旋转轴8 ;第一连接块9 ;组合铰链10 ;第二连接块11 ;连杆端部12 级齿轮13 ;电机轴齿轮14 ;驱动电机15。如图I至图3所示，一种单自由度可实现二维运动的扑翼机构，包括机架5、驱动电机15、减速机构、两个对称设置的曲柄连杆机构、扭转连块I和扑翼摇杆3，其中，机架5即为机身，所述驱动电机15通过所述减速机构分别与两个所述曲柄连杆机构连接，所述曲柄连杆机构包括曲柄7、组合铰链10和连杆2，所述减速机构与所述曲柄7的一端铰接，所述曲柄7的另一端与所述组合铰链10铰接，所述组合铰链10与所述连杆2的一端铰接，所述连杆2的另一端与所述扭转连块I铰接，所述扭转连块I与所述扑翼摇杆3铰接，所述扑翼摇杆3与所述机架5铰接，所述曲柄7旋转，相对机架5 (即机身)，上下的行程控制扑翼摇杆3的扑动角度，左右的行程控制翼面的扭转角度。如图I至图3所示，所述组合铰链10包括第一连接块9和第二连接块11，所述曲柄I的另一端与所述第一连接块9铰接，所述第二连接块11与所述第一连接块9铰接，所述连杆2的连杆端部12与所述第二连接块11固定连接。如图I至图3所示，所述曲柄7的另一端与所述第一连接块9铰接的旋转轴为第一旋转轴，所述第二连接块11与所述第一连接块铰接9的旋转轴为第二旋转轴，所述第一旋转轴与所述第二旋转轴相垂直，即所述组合铰链10是两个转动副相互垂直组合在一起，能实现两个方向的转动。如图I至图3所示，所述扭转连块I连接有扑翼，即翅膀，扭转连块I有两个相互垂直圆柱副，分别与连杆2和扑翼摇杆3铰接；连杆2摆动带动扭转连块I相对扑翼摇杆3作一定角度周期性的扭转；翅膀则固定在扭转连块I上。如图I至图3所示，所述驱动电机15和减速机构固定在所述机架5上。如图I至图3所示，所述驱动电机15优选为无刷电机。 如图I至图3所示，所述驱动电机15连接有电机轴齿轮14，所述电机轴齿轮14与所述减速机构连接。如图I至图3所示，所述减速机构包括相啮合的一级齿轮13和二级齿轮6，所述一级齿轮13与所述电机轴齿轮14相啮合，所述二级齿轮6与所述曲柄7相铰接。如图I至图3所示，所述二级齿轮6与所述曲柄7铰接的旋转轴为第三旋转轴8，所述第三旋转轴8与所述第一旋转轴相平行。如图I至图3所示，所述机架5上设有铰接凹槽座4，所述扑翼摇杆3与所述铰接凹槽座4铰接。本实用新型提供的一种单自由度可实现二维运动的扑翼机构，扑翼摇杆3的运动规律大致与四杆机构的运动规律一致，而组合铰链10和扭转连块I的联合作用，使得扑翼很好的实现了扭转运动，适用于仿生扑翼飞行器的低、中、高频扑动飞行，能够实现类似飞鸟和昆虫一样上下扑动和沿翅根方向的扭转运动。以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种单自由度可实现二维运动的扑翼机构，其特征在于包括机架、驱动电机、减速机构、两个对称设置的曲柄连杆机构、扭转连块和扑翼摇杆，其中，所述驱动电机通过所述减速机构分别与两个所述曲柄连杆机构连接，所述曲柄连杆机构包括曲柄、组合铰链和连杆，所述减速机构与所述曲柄的一端铰接，所述曲柄的另一端与所述组合铰链铰接，所述组合铰链与所述连杆的一端铰接，所述连杆的另一端与所述扭转连块铰接，所述扭转连块与所述扑翼摇杆铰接，所述扑翼摇杆与所述机架铰接。
2.根据权利要求I所述单自由度可实现二维运动的扑翼机构，其特征在于所述组合铰链包括第一连接块和第二连接块，所述曲柄的另一端与所述第一连接块铰接，所述第二连接块与所述第一连接块铰接，所述连杆与所述第二连接块固定连接。
3.根据权利要求2所述单自由度可实现二维运动的扑翼机构，其特征在于所述曲柄的另一端与所述第一连接块铰接的旋转轴为第一旋转轴，所述第二连接块与所述第一连接块铰接的旋转轴为第二旋转轴，所述第一旋转轴与所述第二旋转轴相垂直。
4.根据权利要求I所述单自由度可实现二维运动的扑翼机构，其特征在于所述扭转连块连接有扑翼。
5.根据权利要求I所述单自由度可实现二维运动的扑翼机构，其特征在于所述驱动电机和减速机构固定在所述机架上。
6.根据权利要求I所述单自由度可实现二维运动的扑翼机构，其特征在于所述驱动电机为无刷电机。
7.根据权利要求I所述单自由度可实现二维运动的扑翼机构，其特征在于所述驱动电机连接有电机轴齿轮，所述电机轴齿轮与所述减速机构连接。
8.根据权利要求7所述单自由度可实现二维运动的扑翼机构，其特征在于所述减速机构包括相啮合的一级齿轮和二级齿轮，所述一级齿轮与所述电机轴齿轮相啮合，所述二级齿轮与所述曲柄相铰接。
9.根据权利要求8所述单自由度可实现二维运动的扑翼机构，其特征在于所述二级齿轮与所述曲柄铰接的旋转轴为第三旋转轴，所述第三旋转轴与所述第一旋转轴相平行。
10.根据权利要求I所述单自由度可实现二维运动的扑翼机构，其特征在于所述机架上设有铰接凹槽座，所述扑翼摇杆与所述铰接凹槽座铰接。
专利摘要本实用新型涉及一种单自由度可实现二维运动的扑翼机构。本实用新型提供了一种单自由度可实现二维运动的扑翼机构，包括机架、驱动电机、减速机构、两个对称设置的曲柄连杆机构、扭转连块和扑翼摇杆，其中，驱动电机通过所述减速机构分别与两个所述曲柄连杆机构连接，所述曲柄连杆机构包括曲柄、组合铰链和连杆，所述减速机构与所述曲柄的一端铰接，所述曲柄的另一端与所述组合铰链铰接，所述组合铰链与所述连杆的一端铰接，所述连杆的另一端与所述扭转连块铰接，所述扭转连块与所述扑翼摇杆铰接，所述扑翼摇杆与所述机架铰接。本实用新型的有益效果是具有一个自由度，传动灵活，可同时实现机翼的扑动和扭转两个运动。
文档编号B64C33/00GK202481312SQ20122011358
公开日2012年10月10日 申请日期2012年3月23日 优先权日2012年3月23日
发明者何亚男, 周启生, 周超英 申请人:哈尔滨工业大学深圳研究生院