∞字型运动轨迹的扑翼系统及含有该系统的扑翼飞行器的制作方法

本发明属于扑翼飞行器技术领域，涉及一种∞字型运动轨迹的扑翼系统及含有该系统的扑翼飞行器。

背景技术：

扑翼飞行器，是指像鸟—样通过机翼主动运动产生升力和前行力的飞行器，又称振翼机。扑翼飞行器依靠翅翼的上下扑动而产生飞行动力，与常规的固定翼和旋翼飞行器的不同之处在于，扑翼飞行器具有飞行机动性好、耗能较少、结构紧凑的特点。基于这些优点，扑翼飞行器具有广阔的应用前景。扑翼飞行器是仿生飞行器的一种，通过模拟飞行生物拍打翅膀的动作，从而产生升力和推力维持飞行。目前，学者们对扑翼飞行器的研究内容主要集中在扑翼飞行器的驱动系统上。

至今为止，大多数国内外的研究人员研制的扑翼飞行器驱动系统多集中于单自由度，两个及以上自由度的驱动系统仍未有较大突破，使得大部分扑翼飞行器仅能实现单一的上下扑动，和飞行生物实际的复杂扑翼运动相比仍有很大差距，很难实现良好的飞行性能。

授权公告号为CN203854858U的中国实用新型专利公开了一种扑翼机，包括扑翼机架、动力源，扑翼机架上设有两个相配合的一对机翼，所述的机翼包括顺序连接的主翼驱动曲柄、主翼、副翼和扑翼驱动齿轮，主翼上设有主翼转轴，主翼通过主翼转轴固定在扑翼机架上，副翼与主翼之间设有主、副翼铰链轴，使副翼与主翼活动连接在主翼的末端，主翼驱动曲柄与扑翼驱动齿轮之间设有扑翼驱动曲柄轴，扑翼驱动齿轮曲柄轴与副翼末端之间设有副翼牵拉杆，主翼上设有机翼储能拉伸弹簧连接于扑翼机架上，扑翼机架上设有副翼舵机，扑翼机架尾部设有副翼控制钩，副翼舵机与副翼控制钩通过副翼控制连杆相连接。上述专利公布的技术方案中，扑翼机的主翼能够在限定的扑动角范围内做上举、下扑运动，为扑翼机提供升力和推力，但该扑翼机仍然是仅对单自由度扑翼机进行改进，改进的主要目标是为了减小副翼上举的空气阻力，其综合飞行性能较差。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种飞行性能更接近于飞行生物的∞字型运动轨迹的扑翼系统及含有该系统的扑翼飞行器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

∞字型运动轨迹的扑翼系统，该系统包括驱动机构、一对分别设置在驱动机构两侧的齿轮五杆机构以及设置在齿轮五杆机构上的翅翼连接架，所述的驱动机构包括机架、设置在机架上的驱动电机、与驱动电机传动连接的主动锥齿轮以及与主动锥齿轮传动连接的从动锥齿轮，该从动锥齿轮与齿轮五杆机构传动连接，所述的驱动电机依次带动主动锥齿轮、从动锥齿轮及齿轮五杆机构运动，并使翅翼连接架呈∞字型轨迹运动。

所述的主动锥齿轮的直径小于从动锥齿轮的直径，构成二级减速。

所述的齿轮五杆机构包括与从动锥齿轮传动连接的主动直齿轮、与主动直齿轮传动连接的从动直齿轮、分别设置在主动直齿轮、从动直齿轮上的第一曲柄、第二曲柄以及分别与第一曲柄、第二曲柄传动连接的第一连杆、第二连杆，所述的翅翼连接架设置在第一连杆或第二连杆的一端。

所述的第一曲柄的一端位于主动直齿轮的中心，另一端与第一连杆的底端铰接；所述的第二曲柄的一端位于从动直齿轮的中心，另一端与第二连杆的底端铰接；所述的第一连杆的顶端与第二连杆的顶端铰接。

所述的第一曲柄的长度小于或等于主动直齿轮的半径，所述的第二曲柄的长度小于或等于从动直齿轮的半径，使主动直齿轮及从动直齿轮均能够满足整周转动。

所述的第一连杆与第二连杆的长度之和大于主动直齿轮的半径、从动直齿轮的半径、第一曲柄的长度及第二曲柄的长度之和。

作为优选的技术方案，所述的第一连杆与第二连杆的长度相等。

所述的翅翼连接架为直杆，该直杆垂直设置在第一连杆与第二连杆的铰接连接处。

作为优选的技术方案，所述的主动锥齿轮与从动锥齿轮相互垂直设置。

一种含有∞字型运动轨迹的扑翼系统的扑翼飞行器。

所述的翅翼连接架上设有翅翼，该翅翼在翅翼连接架的带动下，呈∞字型轨迹运动。

本发明的工作原理为：

驱动电机转动，带动主动锥齿轮运动，从动锥齿轮随着主动锥齿轮的转动而转动，并改变转动输出的方向；从动锥齿轮依次带动主动直齿轮、从动直齿轮转动，使齿轮五杆机构运动，其中，第一曲柄及第二曲柄分别随着主动直齿轮及从动直齿轮作圆周运动，第一连杆与第二连杆相连处的运动轨迹为∞字型，即翅翼连接架的运动轨迹为∞字型运动轨迹，使得翅翼连接架上的翅翼能够实现∞字型运动。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)利用齿轮五杆机构的运动特点，配合驱动机构，使翅翼能够实现∞字型运动，飞行方式更接近于飞行生物，大大提高了扑翼飞行器的飞行性能；

2)驱动机构的两侧分别设有一个齿轮五杆机构，通过这种对称构型，可使扑翼飞行器飞行更加稳定，进一步提高扑翼飞行器的飞行性能；

3)通过齿轮传动和曲柄连杆等简单的机械运动即可使翅翼实现∞字型运动，结构简单，设计巧妙，稳定性好。

附图说明

图1为实施例1中扑翼系统的整体结构示意图；

图2为实施例1中齿轮五杆机构的结构示意图；

图3为实施例1中扑翼飞行器的整体结构示意图；

图中标记说明：

1—驱动电机、2—主动锥齿轮、3—从动直齿轮、4—第一连杆、5—第一曲柄、6—主动直齿轮、7—从动锥齿轮、8—翅翼、9—翅翼连接架、10—机架、11—第二曲柄、12—第二连杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

如图1所示的∞字型运动轨迹的扑翼系统，该系统包括驱动机构、一对分别设置在驱动机构两侧的齿轮五杆机构以及设置在齿轮五杆机构上的翅翼连接架9，驱动机构包括机架10、设置在机架10上的驱动电机1、与驱动电机1传动连接的主动锥齿轮2以及与主动锥齿轮2传动连接的从动锥齿轮7，主动锥齿轮2的直径小于从动锥齿轮7的直径，且主动锥齿轮2与从动锥齿轮7相互垂直设置，主动锥齿轮2与从动锥齿轮7之间通过齿轮啮合传动。从动锥齿轮7与齿轮五杆机构传动连接，驱动电机1依次带动主动锥齿轮2、从动锥齿轮7及齿轮五杆机构运动，并使翅翼连接架9呈∞字型轨迹运动。

如图2所示，齿轮五杆机构包括与从动锥齿轮7传动连接的主动直齿轮6、与主动直齿轮6传动连接的从动直齿轮3、分别设置在主动直齿轮6、从动直齿轮3上的第一曲柄5、第二曲柄11以及分别与第一曲柄5、第二曲柄11传动连接的第一连杆4、第二连杆12，主动直齿轮6与从动直齿轮3之间通过齿轮啮合传动，翅翼连接架9为直杆，该直杆垂直设置在第一连杆4与第二连杆12的铰接连接处。

其中，第一曲柄5的一端位于主动直齿轮6的中心，另一端与第一连杆4的底端铰接；第二曲柄11的一端位于从动直齿轮3的中心，另一端与第二连杆12的底端铰接；第一连杆4的顶端与第二连杆12的顶端铰接。第一曲柄5的长度小于主动直齿轮6的半径，第二曲柄11的长度等于从动直齿轮3的半径。第一连杆4与第二连杆12的长度相等，且第一连杆4与第二连杆12的长度之和大于主动直齿轮6的半径、从动直齿轮3的半径、第一曲柄5的长度及第二曲柄11的长度之和。

如图3所示的一种含有∞字型运动轨迹的扑翼系统的扑翼飞行器，其翅翼连接架9上设有翅翼8。

扑翼飞行器在实际应用时，驱动电机1转动，带动主动锥齿轮2运动，从动锥齿轮7随着主动锥齿轮2的转动而转动，并改变转动输出的方向；从动锥齿轮7依次带动主动直齿轮6、从动直齿轮3转动，使齿轮五杆机构运动，其中，第一曲柄5及第二曲柄11分别随着主动直齿轮6及从动直齿轮3作圆周运动，第一连杆4与第二连杆12相连处的运动轨迹为∞字型，即翅翼连接架9的运动轨迹为∞字型运动轨迹，使得翅翼连接架9上的翅翼8能够实现∞字型运动。

实施例2：

本实施例中，第一曲柄5的长度等于主动直齿轮6的半径，第二曲柄11的长度小于从动直齿轮3的半径，其余同实施例1。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。