专利名称：一种仿昆虫飞行器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驱动机构，尤其涉及一种仿昆虫飞行器的扑翼机构。
背景技术：
现有的飞行器可分为固定翼飞行器、旋翼飞行器和扑翼飞行器。扑翼飞行器是模仿鸟类或昆虫，采用扑翼飞行模式的飞行器。扑翼飞行器仅通过一对翅膀同时提供升力和推力，具有结构紧凑、气动效率高、机动性好等特点。与固定翼飞行器和旋翼飞行器不同，扑翼飞行器无法用传统的稳态空气动力学理论来解释，而目前针对低雷诺数、非定常流场的空气动力学理论还在发展当中。扑翼飞行器独特的结构特点和运动形式是保证其具有较高气动效率的必要条件。自然界中飞行生物飞行时翅膀的运动是极其复杂的，这种复杂的运动使其充分利用了空气动力学效应。蜂鸟和蜜蜂等昆虫具有悬停、倒飞、急停等飞行能力，这得益于其翅膀特殊的运动模式，这些飞行生物的翅膀不仅具有往复的扑动，还结合有翼面的摆动和扭转，复合运动的结果使其翼尖运行轨迹形成一个接近横置的“8”字形。这种“8”字形运动轨迹使翼面在扑动运动的每一个位置都能产生正的升力。目前的扑翼飞行器大多只能实现翼面的扑动，只有少数扑翼飞行器能够实现“8”字形翼尖轨迹运动。现有的扑翼驱动机构中能实现8字形扑翼轨迹的不多，现有“8”字形轨迹的扑翼驱动机构中，有一部分可以通过改变零件尺寸或者初始安装状态来得到不同的8字形轨迹，但是8字形穿过两圆的对称轴线相对于机体的位置也随之发生较大的变动。这使得每次变换都必须重新调整扑翼驱动机构与飞行器机体的相对位置。还有一些“8”字形扑翼驱动机构无法实现翼面的有效扭转，并且需要复杂的运动放大机构和较大的运动空间，不利于飞行器的微小化。
发明内容本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单、紧凑的仿昆虫飞行器的扑翼机构，该机构能够实现翼尖轨迹为“8”字形的复合扑翼运动，能够实现翼面的主动扭转，并且在通过更换零件或者改变初始安装状态改变8字形轨迹时，8字形穿过两圆的对称轴线始终保持相对机体不变。本实用新型通过下述技术方案实现—种仿昆虫飞行器的扑翼机构，包括机体、平面8字形轨迹生成机构、翼杆和连接节，所述机体由左端板、右端板和定位套筒构成，所述平面8字形轨迹生成机构由曲柄滑块机构和曲柄摇杆机构构成，所述曲柄滑块机构包括主动齿轮、水平连杆和滑块，所述曲柄摇杆机构包括从动齿轮、竖直连杆和摆轨；所述主动齿轮、从动齿轮、摆轨的转动轴心固定于机体上；曲柄滑块机构中的滑块通过导杆与曲柄摇杆机构中的摆轨形成滑动副；水平连杆的一端与主动齿轮铰接，另一端与滑块铰接；竖直连杆的一端与从动齿轮铰接，另一端与摆轨形成滑动副；翼杆包括内翼杆和外翼杆，内翼杆和外翼杆形成滑动副，内翼杆通过万向节与滑块连接；万向节一端固接于滑块上，另一端固接于内翼杆上；外翼杆与连接节形成转动副。所述主动齿轮和从动齿轮直接通过齿轮啮合,其传动比为1:1。连接节由转动体和摆动体组成，转动体与机体以转动副相连，转动体和摆动体以转动副相连，摆动体还与外翼杆的一端以转动副相连。主动齿轮的中心与摆轨的中心，在同一水平线上。本实用新型与现有的技术相比具有以下优点( I)通过一个电机提供动力输出，形成滑块的前后往复运动和上下摆动，两种运动 的合成形成了滑块的“8”字形运动轨迹，机构紧凑，可靠性高。(2)滑块两侧通过万向节与翼杆相连，确保滑块的平动和转动都能传递给翼杆，同时实现翼杆的摆动与主动扭转。(3)内翼杆与外翼杆形成滑动副，并以连接节为共同的摆动支点，消除了内翼杆多余的轴向运动，放大了内翼杆前后和上下的摆动。(4)本实用新型技术手段简便易行，具有积极的技术效果。
图I为本实用新型平面8字形轨迹生成机构原理图；图2为本实用新型整体结构示意图；图3为本实用新型左端板一侧面的局部结构示意图；图4为本实用新型连接节部分的局部结构示意图；图5为本实用新型扑翼在8字形轨迹不同位置产生的主动扭转示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步具体详细描述。实施例如图I 4所示，本实用新型仿昆虫飞行器的扑翼机构，包括机体、平面8字形轨迹生成机构、翼杆和连接节，所述机体由左端板I、右端板2和定位套筒3构成，所述平面8字形轨迹生成机构由曲柄滑块机构和曲柄摇杆机构构成，所述曲柄滑块机构包括主动齿轮
4、水平连杆9和滑块7，所述曲柄摇杆机构包括从动齿轮5、竖直连杆10和摆轨6 ；所述主动齿轮4、从动齿轮5、摆轨6的转动轴心固定于机体上；曲柄滑块机构中的滑块7通过导杆8与曲柄摇杆机构中的摆轨6形成滑动副；水平连杆9的一端与主动齿轮4铰接，另一端与滑块7铰接；竖直连杆10的一端与从动齿轮5铰接，另一端与摆轨6形成滑动副；翼杆包括内翼杆19和外翼杆20，内翼杆19和外翼杆20形成滑动副，内翼杆19通过万向节21与滑块7连接；万向节21 —端固接于滑块7上，另一端固接于内翼杆19上；夕卜翼杆20与连接节形成转动副。主动齿轮4和从动齿轮5直接通过齿轮啮合,其传动比为I: I。初始状态下,主动齿轮4的中心和摆轨6的中心处于同一水平线上，根据所需轨迹的不同，主动齿轮4以及摆轨6可以在初始状态下分别与水平线形成一定夹角。[0027]连接节由转动体22和摆动体23组成，转动体22与机体以转动副相连，转动体22和摆动体23以转动副相连，摆动体还与外翼杆20的一端以转动副相连。上述曲柄滑块机构，可以采用对心曲柄滑块机构，也可以根据机械原理将曲柄适当偏置；曲柄摇杆机构可以是对心曲柄摇杆机构，也可以根据机械原理将曲柄适当偏置。上述仿昆虫飞行器的扑翼机构，滑块7能在平面上画出如图5所示的横置的8字形轨迹。将滑块7的8字形轨迹传递到扑翼的翼尖需要通过内翼杆19、外翼杆20以及连接节。将该扑翼机构安装在扑翼飞行器上时，电机24固定于机体上并使其能够驱动主动齿轮，翼面和翼面蒙皮与外翼杆20固接,扑翼机构的机体应与飞行器的机体固接，当用电机驱动主动齿轮时，翼尖即可画出8字形轨迹。这种实施方式的机构简单，结构紧凑，有利于机构的轻量化、微型化。本实用新型具体运动过程作进一步说明，固定在机体上的电机24驱动主动齿轮4旋转，进而带动水平连杆9推动滑块7做往复运动；从动齿轮5由主动齿轮4驱动，从动齿轮5上安装着竖直连杆10，竖直连杆10另一端与摆轨6的端部铰接，摆轨6底部的旋转中心与机体铰接，滑块7可以随摆轨6以其转动中心为轴上下摆动。滑块7的往复运动与上下摆动合成为横置的“8”字形轨迹运动。内翼杆19的一端与滑块7之间通过万向节21连接，另一端穿过连接节深入外翼杆20的内部，与外翼杆20形成滑动副，外翼杆20与连接节以转动副相连且安装翼面蒙皮。滑块7的“8”字形运动通过内翼杆19和外翼杆20放大，最终形成扑翼的翼尖的横置“8”字形运动轨迹。同时，内翼杆19随滑块7运动时产生的转动也同步传递给外翼杆20，从而实现翼面的扭转。这种主动扭转规律与扑翼生物的翅膀扭转规律类似。如上所述，便可较好地实现本实用新型。上述实施例仅为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求1.一种仿昆虫飞行器的扑翼机构，包括机体、平面8字形轨迹生成机构、翼杆和连接节，其特征在于所述机体由左端板(I)、右端板(2)和定位套筒(3)构成，所述平面8字形轨迹生成机构由曲柄滑块机构和曲柄摇杆机构构成，所述曲柄滑块机构包括主动齿轮(4)、水平连杆(9)和滑块(7)，所述曲柄摇杆机构包括从动齿轮(5)、竖直连杆(10)和摆轨(6)； 所述主动齿轮(4)、从动齿轮(5)、摆轨(6)的转动轴心固定于机体上；曲柄滑块机构中的滑块(7)通过导杆(8)与曲柄摇杆机构中的摆轨(6)形成滑动副；水平连杆(9)的一端与主动齿轮(4)铰接，另一端与滑块(7)铰接；竖直连杆(10)的一端与从动齿轮(5)铰接，另一端与摆轨(6)形成滑动副；翼杆包括内翼杆(19)和外翼杆(20)，内翼杆(19)和外翼杆(20)形成滑动副，内翼杆(19)通过万向节(21)与滑块(7)连接；万向节(21)—端固接于滑块(7)上，另一端固接于内翼杆(19)上；外翼杆(20)与连接节形成转动副。
2.按照权利要求I所述的仿昆虫飞行器的扑翼机构，其特征在于主动齿轮(4)和从动齿轮(5)直接通过齿轮啮合，其传动比为1:1。
3.按照权利要求I所述的一种仿昆虫飞行器的扑翼机构，其特征在于连接节由转动体(22)和摆动体(23)组成，转动体(22)与机体以转动副相连，转动体(22)和摆动体(23)以转动副相连，摆动体还与外翼杆(20)的一端以转动副相连。
4.按照权利要求I所述的一种仿昆虫飞行器的扑翼机构，其特征在于主动齿轮(4)的中心与摆轨(6)的中心，在同一水平线上。
专利摘要本实用新型公开了一种仿昆虫飞行器的扑翼机构，包括机体、平面8字形轨迹生成机构，翼杆和连接节，平面8字形机构由曲柄滑块机构和曲柄摇杆机构组合而成，曲柄滑块机构中的滑块(7)通过导杆(8)与曲柄摇杆机构中的摆轨(6)形成滑动副，翼杆包括内翼杆(19)和外翼杆(20)，内翼杆(19)和外翼杆(20)形成滑动副，内翼杆(19)通过万向节(21)与滑块(7)连接，万向节(21)一端固接于滑块(7)上，另一端固接于内翼杆(19)上，外翼杆(20)与连接节形成转动副。采用此机构，可以在翼尖画出8字形轨迹，改变齿轮、连杆或安装的初始角等参数时8字形的轴线相对于机体的位置不变。
文档编号B64C33/02GK202765291SQ20122043902
公开日2013年3月6日 申请日期2012年8月30日 优先权日2012年8月30日
发明者陈亮, 林泽生, 陈桂生, 管贻生, 张宪民 申请人:华南理工大学