可增大高升力和前进动力的扑翼驱动机构的制作方法

本实用新型属于扑翼飞行器技术领域，尤其涉及一种可增大高升力和前进动力的扑翼驱动机构。

背景技术：

鸟类只所以能在天空中自由翱翔，是因为具有一定的高升力和推动力。高升力和推动力的大小与鸟的翅膀在下拍和上扬时的展开面积有关；如果下拍时翅膀的展开面积愈大，上扬时翅膀的展开面积愈小，则高升力和推动力就愈大。

扑翼飞行器是一种模仿鸟类、昆虫等生物能展翅飞行的特殊飞行器。扑翼驱动机构是扑翼飞行器的动力源，其不仅决定了扑动翼的运动形式，而且还最终影响到扑翼飞行器飞行性能的优劣。考虑到扑翼飞行器具有成本低、隐身性好、易操作等优点，在国防和民用领域具有广阔的应用前景。目前国内外对扑翼飞行器开展了大量的研究，但是，仍存在着一定的不足之处。

现有专利201510745937.6披露了一种差动变幅扑翼驱动机构以及驱动方法，该发明通过控制舵机转角即可调节左右摇臂扑动的幅度，从而提高了扑翼机飞行的灵活性和机动性。但不足之处在于该发明没有涉及到扑翼面积的变化，其高升力和推动力不佳。

鉴于此，本申请提出了一种可增大高升力和前进动力的扑翼驱动机构，其具有可提高浮力、降低阻力、增大高升力和推动力的优点。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的扑翼飞行器没有涉及扑翼面积的变化，导致现有扑翼飞行器高升力和推动力不佳的问题，本实用新型提供一种可增大高升力和前进动力的扑翼驱动机构。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下，一种可增大高升力和前进动力的扑翼驱动机构，包括翼杆驱动机构、左翅膀和右翅膀，所述左翅膀和右翅膀的结构相同，均包括第一翼杆和第二翼杆，所述第一翼杆在竖直面内上下摆动设置，所述第二翼杆在水平面内前后摆动设置，所述第二翼杆设置在第一翼杆的下方；

所述左翅膀和右翅膀呈左右对称设置，所述翼杆驱动机构用于驱动左翅膀和右翅膀同步上下摆动；当所述翼杆驱动机构驱动左翅膀和右翅膀下拍时，所述翼杆驱动机构驱动第一翼杆向下摆动，同时驱动第二翼杆向前摆动，所述左翅膀和右翅膀均逐渐展开、面积变大；当所述翼杆驱动机构驱动左翅膀和右翅膀上扬时，所述翼杆驱动机构驱动第一翼杆向上摆动至最上方，同时驱动第二翼杆向后摆动至最后方，此时所述第二翼杆和第一翼杆位于同一竖直面内，所述左翅膀和右翅膀均逐渐收拢、面积变小。

作为优选，所述翼杆驱动机构包括驱动件和两组依次啮合的斜齿条、斜齿轮和蜗杆，两组所述斜齿条、斜齿轮和蜗杆呈左右对称布置，所述蜗杆上同轴固接有翼杆凸轮；所述左翅膀的第一翼杆沿左侧的斜齿轮的径向与其固定连接，所述左翅膀的第二翼杆与左侧的翼杆凸轮接触；所述右翅膀的第一翼杆沿右侧的斜齿轮的径向与其固定连接，所述右翅膀的第二翼杆与右侧的翼杆凸轮接触；所述驱动件用于驱动两组所述斜齿条同步上下移动。两组斜齿条、斜齿轮、蜗杆和翼杆凸轮配合分别驱动左翅膀和右翅膀的第一翼杆和第二翼杆运动，实现左翅膀和右翅膀同步上下摆动，且左翅膀和右翅膀均是倾斜设计的，在左翅膀和右翅膀下拍时，其受到空气的作用力也不是垂直向上的，而是倾斜向前，此时左翅膀和右翅膀除了受到向上的浮力外，还受到向前的推力，从而增加了扑翼飞行器的前进动力，翼杆驱动机构的结构简单可靠，驱动功能稳定，成本较低。

作为优选，所述驱动件包括从动框和主凸轮，两组所述斜齿条分别固定设置在从动框的左右两侧，所述主凸轮转动设置在从动框内，随着所述主凸轮的转动推动从动框上下移动。

作为优选，所述驱动件包括依次铰接的曲柄、连杆和滑块，所述曲柄转动设置，所述滑块上下滑动设置，两组所述斜齿条分别固定设置在滑块的左右两侧。

进一步地，取所述斜齿条的法面模数为mn3、法面压力角为αn3、螺旋角为β3、齿向右旋，取所述斜齿轮的法面模数为mn5、法面压力角为αn5、螺旋角为β5、齿向左旋，为保证正确啮合及提高轮齿强度和降低传动时的振动和噪音，要求：mn3cosαn3＝mn5cosαn5、β3＝β5，且αn3＜αn5。

进一步地，取所述斜齿轮的端面模数为mt5、端面压力角为αt5，取所述蜗杆的轴面模数为mx6、轴面压力角为αx6，蜗杆的升程角为γ6，蜗杆与斜齿轮的当量摩擦角为为保证正确啮合及提高轮齿强度和降低传动时的振动和噪音，要求：mx6cosαx6＝mt5cosαt5，且αx6＜αt5、及螺旋方向相同。

进一步地，所述左翅膀的第一翼杆和第二翼杆之间蒙上一层聚酯薄膜，所述右翅膀的第一翼杆和第二翼杆之间也蒙上一层聚酯薄膜。

有益效果：本实用新型的可增大高升力和前进动力的扑翼驱动机构，与常规扑翼的水平设计不同，本申请中的扑翼(即左翅膀和右翅膀)是倾斜设计的，在扑翼下拍时，受到空气的作用力也不是垂直向上的，而是倾斜向前，此时扑翼除了受到向上的浮力外，还受到向前的推力，从而增加了扑翼飞行器的前进动力；通过该扑翼驱动机构中各构件一系列的运动，不仅可实现扑翼的上下扑动，而且在扑翼上下扑动时，由于扑翼的面积和角度位置时刻在变，从而具备了上扬时扑翼面积小、阻力小，下拍时扑翼面积大、浮力大以及获得较大前进动力的特点。本实用新型的可增大高升力和前进动力的扑翼驱动机构，取所述斜齿条的法面模数为mn3、法面压力角为αn3、螺旋角为β3、齿向右旋，取所述斜齿轮的法面模数为mn5、法面压力角为αn5、螺旋角为β5、齿向左旋，为保证正确啮合及提高轮齿强度和降低传动时的振动和噪音，要求：mn3cosαn3＝mn5cosαn5、β3＝β5，且αn3＜αn5。本实用新型的可增大高升力和前进动力的扑翼驱动机构，取所述斜齿轮的端面模数为mt5、端面压力角为αt5，取所述蜗杆的轴面模数为mx6、轴面压力角为αx6，蜗杆的升程角为γ6，蜗杆与斜齿轮的当量摩擦角为为保证正确啮合及提高轮齿强度和降低传动时的振动和噪音，要求：mx6cosαx6＝mt5cosαt5，且αx6＜αt5、及螺旋方向相同。

附图说明

图1是本实用新型可增大高升力和前进动力的扑翼驱动机构的实施例1的原理示意图；

图2是本实用新型可增大高升力和前进动力的扑翼驱动机构的第一翼杆与斜齿轮配合的结构示意图；

图3是本实用新型可增大高升力和前进动力的扑翼驱动机构的左翅膀下拍时对应的第二翼杆的运动原理示意图；

图4是本实用新型可增大高升力和前进动力的扑翼驱动机构的左翅膀下拍时受空气作用力示意图；

图5是本实用新型可增大高升力和前进动力的扑翼驱动机构的左翅膀上扬时受空气作用力示意图；

图6是本实用新型可增大高升力和前进动力的扑翼驱动机构的实施例2的原理示意图；

图中：1、驱动件，1-1、主凸轮，1-2、从动框，1-3、曲柄，1-4、连杆，1-5、滑块，3、斜齿条，5、斜齿轮，6、蜗杆，7、翼杆凸轮，200、左翅膀，300、右翅膀，第一翼杆je、第二翼杆mn；主凸轮的转动中心为o1点，左翅膀的斜齿轮的转动中心为o2点，右翅膀的斜齿轮的转动中心为o3点，左翅膀的翼杆凸轮的转动中心为o4点，左翅膀的第二翼杆的转动中心为o5点，右翅膀的第二翼杆的转动中心为o6点，右翅膀的翼杆凸轮的转动中心为o7点，jo点为j点在水平面内的正投影点。

具体实施方式

实施例1

如图1～5所示，一种可增大高升力和前进动力的扑翼驱动机构，包括翼杆驱动机构、左翅膀200和右翅膀300，所述左翅膀200和右翅膀300的结构相同，均包括第一翼杆je和第二翼杆mn，所述第一翼杆je在竖直面内上下摆动设置，所述第二翼杆mn在水平面内前后摆动设置，所述第一翼杆je和第二翼杆mn的转动轴线位于同一竖直面内，所述第二翼杆mn设置在第一翼杆je的下方；所述左翅膀200的第一翼杆je和第二翼杆mn之间蒙上一层聚酯薄膜，所述右翅膀300的第一翼杆je和第二翼杆mn之间也蒙上一层聚酯薄膜；

如图1所示，所述左翅膀200和右翅膀300呈左右对称设置，所述翼杆驱动机构用于驱动左翅膀200和右翅膀300同步上下摆动；当所述翼杆驱动机构驱动左翅膀200和右翅膀300下拍时，所述翼杆驱动机构驱动第一翼杆je向下摆动，同时驱动第二翼杆mn向前摆动，所述左翅膀200和右翅膀300均逐渐展开、面积变大；当所述翼杆驱动机构驱动左翅膀200和右翅膀300上扬时，所述翼杆驱动机构驱动第一翼杆je向上摆动至最上方，同时驱动第二翼杆mn向后摆动至最后方，此时所述第二翼杆mn和第一翼杆je位于同一竖直面内，所述左翅膀200和右翅膀300均逐渐收拢、面积变小。

具体地，如图1所示，所述翼杆驱动机构包括驱动件1和两组依次啮合的斜齿条3、斜齿轮5和蜗杆6，两组所述斜齿条3、斜齿轮5和蜗杆6呈左右对称布置，所述蜗杆6上同轴固接有翼杆凸轮7；所述左翅膀200的第一翼杆je沿左侧的斜齿轮5的径向与其固定连接，所述左翅膀200的第二翼杆mn与左侧的翼杆凸轮7接触；所述右翅膀300的第一翼杆je沿右侧的斜齿轮5的径向与其固定连接，所述右翅膀300的第二翼杆mn与右侧的翼杆凸轮7接触；如图2所示，第一翼杆je沿斜齿轮5的径向固定在斜齿轮5的轮毂端面，由于轮毂的存在，可避免第一翼杆je与蜗杆6发生机械干涉；所述驱动件1用于驱动两组所述斜齿条3同步上下移动；

本实施例，如图1所示，所述驱动件1包括从动框1-2和主凸轮1-1，两组所述斜齿条3分别固定设置在从动框1-2的左右两侧，所述主凸轮1-1转动设置在从动框1-2内，所述主凸轮1-1由电机驱动转动，随着所述主凸轮1-1的转动推动从动框1-2上下移动；为了保证从动框1-2只能上下移动，需满足以下条件：与主凸轮1-1的廓线相切的任意两平行线间的宽度处处相等，且等于从动框1-2的内框上下间的距离。

取所述斜齿条3的法面模数为mn3、法面压力角为αn3、螺旋角为β3、齿向右旋，取所述斜齿轮5的法面模数为mn5、法面压力角为αn5、螺旋角为β5、齿向左旋，为了保证正确啮合及提高轮齿强度和降低传动时的振动和噪音，要求：mn3cosαn3＝mn5cosαn5、β3＝β5，且αn3＜αn5；取所述斜齿轮5的端面模数为mt5、端面压力角为αt5，取所述蜗杆6的轴面模数为mx6、轴面压力角为αx6，蜗杆6的升程角为γ6，蜗杆6与斜齿轮5的当量摩擦角为为了保证正确啮合及提高轮齿强度和降低传动时的振动和噪音，要求：mx6cosαx6＝mt5cosαt5，且αx6＜αt5、及螺旋方向相同。

为了便于说明该可增大高升力和前进动力的扑翼驱动机构的实施步骤，标记：主凸轮1-1的转动中心为o1点、左翅膀200的斜齿轮5的转动中心为o2点、右翅膀300的斜齿轮5的转动中心为o3点、左翅膀200的翼杆凸轮7的转动中心为o4点、左翅膀200的第二翼杆mn的转动中心为o5点、右翅膀300的第二翼杆mn的转动中心为o6点和右翅膀300的翼杆凸轮7的转动中心为o7点。

该可增大高升力和前进动力的扑翼驱动机构的实施步骤如下：

1)、主凸轮1-1在电机的带动下顺时针转动；

2)、主凸轮1-1与从动框1-2高副接触，随着主凸轮1-1的转动，从动框1-2带动斜齿条3上下移动；为了保证从动框1-2只能上下移动，满足以下条件：与主凸轮1-1廓线相切的任意两平行线间的宽度处处相等，且等于从动框1-2内框上下间的距离；斜齿条3与斜齿轮5相啮合，斜齿条3推动斜齿轮5转动；

3)、左翅膀200的下拍运动：

3.1)、当左翅膀200的斜齿条3向上运动时，通过斜齿条3与斜齿轮5的啮合，推动斜齿轮5逆时针转动；取所述斜齿条3的法面模数为mn3、法面压力角为αn3、螺旋角为β3、齿向右旋，取所述斜齿轮5的法面模数为mn5、法面压力角为αn5、螺旋角为β5、齿向左旋，为保证正确啮合及提高轮齿强度和降低传动时的振动和噪音，要求：mn3cosαn3＝mn5cosαn5、β3＝β5，且αn3＜αn5；

3.2)、如图2所示，第一翼杆je沿斜齿轮5的径向固定在斜齿轮5的轮毂端面，由于轮毂的存在，可避免第一翼杆je与蜗杆6发生机械干涉；逆时针转动的左翅膀200的斜齿轮5带动第一翼杆je向下运动，从而实现左翅膀200的下拍运动；

3.3)、与此同时，左翅膀200的斜齿轮5与蜗杆6相啮合，驱动蜗杆6向左转动；取所述斜齿轮5的端面模数为mt5、端面压力角为αt5，取所述蜗杆6的轴面模数为mx6、轴面压力角为αx6，蜗杆6的升程角为γ6，蜗杆6与斜齿轮5的当量摩擦角为为保证正确啮合及提高轮齿强度和降低传动时的振动和噪音，要求：斜齿轮5和蜗杆6螺旋方向相同，mx6cosαx6＝mt5cosαt5，且αx6＜αt5；

3.4)、左翅膀200的蜗杆6与翼杆凸轮7同轴，翼杆凸轮7在蜗杆6的带动下顺时针转动；左翅膀200的第二翼杆mn与翼杆凸轮7通过高副相接触，如图1和图3所示，在翼杆凸轮7的推动下第二翼杆mn向前摆动；如图4所示，随着左翅膀200的第二翼杆mn不断地向前摆动，左翅膀200展开的有效面积愈来愈大(有效面积为△jomo5的面积，其中jo点为j点在水平面内的正投影点)，扑翼飞行器的浮力也就愈来愈大；

与常规扑翼的水平设计不同，本申请中的扑翼(即左翅膀200和右翅膀300)是倾斜设计的，在左侧扑翼(即左翅膀200)下拍时，如图4所示，受到空气的作用力也不是垂直向上的，而是倾斜向前；此时左侧扑翼(即左翅膀200)除了受到向上的浮力外，还受到向前的推力，从而增加了扑翼飞行器的前进动力；

4)、左翅膀200的上扬运动:

4.1)、当左翅膀200的斜齿条3向下运动时，通过斜齿条3与斜齿轮5的啮合，斜齿条3推动斜齿轮5顺时针转动；顺时针转动的左翅膀200的斜齿轮5带动第一翼杆je向上运动，从而实现左翅膀200的上扬运动；

4.2)、左翅膀200的斜齿轮5与蜗杆6相啮合，驱使蜗杆6向右转动；

4.3)、由于左翅膀200的蜗杆6与翼杆凸轮7同轴，翼杆凸轮7在蜗杆6带动下逆时针转动；右翅膀300的第二翼杆mn与翼杆凸轮7通过高副相接触，在翼杆凸轮7的作用下第二翼杆mn向后摆动；如图5所示，随着左翅膀200的第二翼杆mn不断地向后摆动，左翅膀200开始收缩，即展开的面积愈来愈小，对应的扑翼飞行器的空气阻力也就愈来愈小；

随着该扑翼驱动机构的不停运转，左侧扑翼(即左翅膀200)不断地进行着下拍和上扬的动作，从而获得了较大的高升力和前进动力。

对于右翅膀300的下拍运动和上扬运动，其工作原理与左翅膀200类似，左翅膀200和右翅膀300同步上下摆动，在此不再赘述.实施例2

如图6所示，在本实施例中，与实施例1的区别在于，所述驱动件1包括依次铰接的曲柄1-3、连杆1-4和滑块1-5，所述曲柄1-3转动设置，所述滑块1-5上下滑动设置，两组所述斜齿条3分别固定设置在滑块1-5的左右两侧。所述曲柄1-3由电机驱动转动，曲柄1-3通过连杆1-4推动滑块1-5上下滑动，滑块1-5再带动两组斜齿条3同步上下移动。