一种翅膀可扭转且能够实现多飞行运动的微型扑翼飞行器的制作方法

本发明涉及一种微型扑翼飞行器领域，尤其是涉及一种翅膀可扭转且能够实现多飞行功能的微型扑翼飞行器。

背景技术：

微型扑翼飞行器作为一种仿鸟类的新型飞行机器人，它具有重量轻、体积小、飞行灵活、效率高等优点，而且还能实现较复杂的动力飞行。扑翼飞行器在飞行过程中靠双翼扇动进行飞行，与固定翼和旋转翼飞行器相比，扑翼飞行器具有起飞占用的场地小、良好的机动性能、能够实现悬停和能量利用率高等特点。目前军事领域中可运用微型飞行器开展目标侦查工作，准确传递信息，利用其隐蔽性强的特点达到突袭目的，还可以利用其通信功能实现干扰信号的目的。在民用领域，可以用来灾难后搜寻幸存者；还可以实现无死角的动态城市交通监视；也能够实现航空摄影。

在现有的扑翼飞行器中，其翅翼的扑动方式主要以上下扑动为主，虽然有些扑翼飞行器飞行效果能达到预期的目的，但灵活度相对较低，能量利用率低。而真实的鸟类在飞行时，它们的翅翼不仅仅是单纯的上下扑动，而是又增加了扭转运动。也有文献证明，飞行器在飞行时，翅翼上下扑动并加以扭转运动，飞行效果更好，效率更高，但都存在结构复杂、不易实现微型化的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种翅膀可扭转且能够实现多飞行运动的微型扑翼飞行器，以解决目前微型扑翼飞行器存在的实现扭转扑动时设计结构复杂、不易实现微型化问题。

本发明采取的技术方案是：扑动扭转机构、尾翼、机身直流电机、尾翼支撑杆与电子控制模块安装在机架体上，翅翼连接在扭转面板上，调节转向旋翼连接在风扇电机上，尾翼传动机构连接在尾翼支撑杆上，固定尾翼支撑杆结构通过螺钉把尾翼支撑杆与尾翼固定连接在一起。

本发明所述扑动扭转机构是由右侧运动结构和左侧运动结构组成的，且两者结构相同，右侧运动结构的右齿轮和左侧运动结构的左齿轮啮合连接，小齿轮一与左齿轮啮合连接，其中右侧运动结构是：右齿轮弯曲轴的一端固定在右齿轮的中心处，右下导向矩形块固定到右齿轮弯曲轴的另一端；右扭转面板夹在右下导向矩形块、右上导向矩形块的中间，螺钉穿过右上导向矩形块、右扭转面板上的孔而固定在右下导向矩形块上，右限位连杆一的一端与右扭转面板铰接，右限位连杆一通过螺钉与右限位连杆二一端的中心处铰接，右限位连杆二的另一端与右限位连杆三的一端铰接，右限位连杆三的另一端的凸杆能够在右限位连杆四的长凹槽旋转和移动，右限位连杆四固接在机架体上。

本发明所述尾翼传动机构的结构是：小齿轮二连接在尾翼直流电机上，连接调节转向旋翼的风扇电机安装在缺齿齿轮中心处，且风扇电机的轴线方向平行的指向飞行器正后方，杆一的一端装有限位块一，杆二的一端装有限位块二，限位块一与缺齿齿轮上的突出杆一相贴合；限位块二与缺齿齿轮上的突出杆二相贴合，杆一与杆二上分别套有弹簧一与弹簧二，弹簧一的一端与杆一上的限位块接触、另一端与尾翼支撑杆接触，且弹簧一有预压缩量；弹簧二的一端与杆二上的限位块接触、另一端与尾翼支撑杆接触，且弹簧二有预压缩量；杆一穿过尾翼支撑杆上的孔与挡块一相连接，杆二穿过尾翼支撑杆上的孔与挡块二相连接；对于缺齿齿轮，缺齿部分占整个圆周部分的1/3，有齿部分与小齿轮二的啮合处处于有齿部分的中间处。

本发明的优点是结构新颖，简化了设计结构，易于实现微型化。扑翼机构可以改变扭转面板的安装倾斜角度，能够改变扑动角度和扭转角度，该机构呈左右对称结构，因此扑动有很好的对称性，在扑翼飞行器飞行中有很好的稳定性，扭转角的大小随着翅翼在上下扑动中所处的位置而有所变化，很好的模仿了鸟类的飞行。扭转运动主要是由导向模块和限位连杆两部分复合而实现，尾翼机构部分通过齿轮旋转，使小风扇运动到朝左、朝后、朝上的方向，然后调节小风扇正反转，易于实现加速飞行、悬停或竖直上升、下倾飞行、上仰飞行、右转弯、左转弯飞行运动，扑翼飞行器实现的飞行动作较全面，且结构稳定，并且在扑翼飞行器起飞阶段，可以实现无助力起飞，翅翼的上下扑动加扭转运动可以使扑翼飞行器与只产生上下扑动的飞行器相比在扑动频率相同的情况下产生更大的推升力，极大的改善了微型扑翼飞行器飞行性能，飞行器飞行灵活，提高了气动特性，飞行效率高，体积小，重量轻，实用性更强，能够实现更多飞行功能。

附图说明

图1a是本发明的结构示意图；

图1b是本发明的仰视图；

图2是本发明扭转传动机构的仰视图；

图3是本发明扭转传动机构的俯视图；

图4是图3中A处的放大图；

图5是本发明右限位连杆一308的结构图；

图6是本发明右限位连杆二309的结构图；

图7是本发明右限位连杆三310的结构图；

图8是本发明尾翼支撑杆7的结构图；

图9a是本发明尾翼传动机构的主视图；

图9b是本发明尾翼传动机构的后视图；

图中：机架体1、翅翼2、扑动扭转机构3，小齿轮一301、右齿轮302、左齿轮303、右齿轮弯曲轴304、右下导向矩形块305、右扭转面板306、右上导向矩形块307、右限位连杆一308、右限位连杆二309、右限位连杆三310、右限位连杆四311、尾翼4、调节转向旋翼5、尾翼传动机构6，小齿轮二601、缺齿齿轮602、杆一603、杆二604、弹簧一605、弹簧二606、尾翼直流电机607，风扇电机608、尾翼支撑杆7、固定尾翼支撑杆结构8、机身直流电机9、电子控制模块10。

具体实施方式

扑动扭转机构3、尾翼4、机身直流电机9、尾翼支撑杆7与电子控制模块10安装在机架体1上，翅翼2连接在扭转面板306上，调节转向旋翼5连接在风扇电机608上，尾翼传动机构6连接在尾翼支撑杆7上，固定尾翼支撑杆结构8通过螺钉把尾翼支撑杆7与尾翼4固定连接在一起，以起到支撑作用。

所述扑动扭转机构3是由右侧运动结构和左侧运动结构组成的，且两者结构相同，右侧运动结构的右齿轮302和左侧运动结构的左齿轮303啮合连接，小齿轮一301与左齿轮303啮合连接，其中右侧运动结构是：右齿轮弯曲轴304的一端固定在右齿轮302的中心处，右下导向矩形块305固定到右齿轮弯曲轴304的另一端；右扭转面板306夹在右下导向矩形块305、右上导向矩形块307的中间，螺钉穿过右上导向矩形块307、右扭转面板306上的孔而固定在右下导向矩形块305上，右限位连杆一308的一端与右扭转面板306铰接，右限位连杆一308通过螺钉与右限位连杆二309一端的中心处铰接，右限位连杆二309的另一端与右限位连杆三310的一端铰接，右限位连杆三310的另一端的凸杆能够在右限位连杆四311的长凹槽旋转和移动，右限位连杆四311固接在机架体1上。

所述尾翼传动机构6的结构是：小齿轮二601连接在尾翼直流电机607上，连接调节转向旋翼5的风扇电机608安装在缺齿齿轮602中心处，且风扇电机608的轴线方向平行的指向飞行器正后方，杆一603的一端装有限位块一60301，杆二604的一端装有限位块二60401，限位块一60301与缺齿齿轮602上的突出杆一60201相贴合；限位块二60401与缺齿齿轮602上的突出杆二60202相贴合，杆一603与杆二604上分别套有弹簧一605与弹簧二606，弹簧一605的一端与杆一603上的限位块60301接触、另一端与尾翼支撑杆7接触，且弹簧一有预压缩量；弹簧二606的一端与杆二604上的限位块60401接触、另一端与尾翼支撑杆7接触，且弹簧二有预压缩量；杆一603穿过尾翼支撑杆7上的孔与挡块一60302相连接，杆二604穿过尾翼支撑杆7上的孔与挡块二60402相连接；对于缺齿齿轮602，缺齿部分占整个圆周部分的1/3，有齿部分与小齿轮二601的啮合处处于有齿部分的中间处，弹簧一605与弹簧二606的预压缩量使杆一603两端的限位块一60301、挡块二60302和杆二604的两端的限位块二60401、挡块二60402紧密的与缺齿齿轮602上的突出杆一60201、突出杆二60202和尾翼支撑杆7紧密贴合。

工作原理：

1.在可扭转的翅翼部分：电子控制模块12发出的信号使机身直流电机9的工作，从而带动小齿轮一301正向旋转，左齿轮303与右齿轮302也跟随小齿轮一301旋转。由于右齿轮弯曲轴304、右下导向矩形块305、右上导向矩形块307连接到一起，因此右齿轮302、右齿轮弯曲轴304、右下导向矩形块305、右上导向矩形块307围绕右齿轮302的中心轴线旋转，同时，右限位连杆一308围绕右扭转面板306与右限位连杆一308连接处做旋转运动，且右限位连杆一308围绕右限位连杆一308与右限位连杆二309连接处做旋转运动，右限位连杆二309围绕限位连杆二309与右限位连杆三310连接处做旋转运动，右限位连杆三310的凸杆在右限位连杆四311的长凹槽内旋转和移动，由于右限位连杆一308、右限位连杆二309、右限位连杆三310、右限位连杆四311的限位作用，右扭转面板306只能在与右下导向矩形块305、右上导向矩形块307的连接处做上下扑动加扭转运动，连接在右扭转面板306上的翅翼2跟随右扭转面板306做相同的运动。左侧机构的运动与右侧机构的运动相同。

2.在尾翼部分：（1）当尾翼直流电机607不转，①风扇电机608正转时，调节转向旋翼5产生向后的推力，能够实现飞行器的加速飞行；②风扇电机608反转时，调节转向旋翼5产生向后的拉力，通过电子控制模块12调节调节转向旋翼5的转速，使调节转向旋翼5产生的向后拉力与飞行器翅翼产生的向后推力相等，且飞行器翅翼产生向上的升力与飞行器重量相等，可使飞行器能够悬停；调节转向旋翼5产生的向后拉力与飞行器翅翼产生的向后推力相等，且飞行器翅翼产生向上的升力大于飞行器重量，可使飞行器能够竖直上升。（2）当尾翼直流电机607正转，缺齿齿轮602顺时针旋转，当小齿轮二601转过有齿轮与缺齿齿轮602的缺齿部分接触，同时，杆二604向左运动，弹簧605受到压缩，这时风扇电机608处于垂直向下的位置，然后尾翼直流电机607停止旋转，①风扇电机608正转时，调节转向旋翼5产生向下的推力，能够实现飞行器的下倾飞行；②风扇电机608反转时，调节转向旋翼5产生向上的推力，能够实现飞行器的上仰飞行。实现下倾飞行或上仰飞行后，停止电子控制模块12发注信号，则杆二604受到弹簧二606弹力向右运动，从而推动缺齿齿轮602反转，回到静止位置。（3）当尾翼直流电机607反转，缺齿齿轮602逆时针旋转，当小齿轮二601与缺齿齿轮602的缺齿部分接触，同时，杆一603向左运动，弹簧一605受到压缩，这时风扇电机608处于水平向左的位置，然后尾翼直流电机607停止旋转，①风扇电机608正转时，调节转向旋翼5产生向左的推力，能够实现飞行器的右转弯；②风扇电机608反转时，调节转向旋翼5产生向右的推力，能够实现飞行器的左转弯。实现右转弯或左转弯后，停止电子控制模块12发注信号，则杆一603受到弹簧一605弹力向右运动，从而推动缺齿齿轮602反转，回到静止位置。

3.在电路控制方面：电源采用3.7V锂电池供电，通过电子控制模块10驱动机身直流电机9、尾翼直流电机607、风扇电机608工作，电子控制模块包括无线接收模块、电机驱动模块。