一种模拟昆虫扑翼实验机构

本公开涉及飞行器实验技术领域，尤其涉及一种模拟昆虫扑翼实验机构。

背景技术：

传统的大型飞行器由于其尺寸和机动性能的限制，在特定场景下并不能满足需求，例如民用领域中的室内外监测、勘探和救灾等；军事行动中的侦察和探测、跟踪和反跟踪以及干扰和攻击等。直到二十世纪末，基于微机电系统(micro-electro-mechanicalsystems；简称mems)的发展及生物飞行机理的深入研究，微型飞行器(microairvehicle；简称mav)被美国国防高级研究计划局(darpa)首次提出使昆虫扑翼飞行成为研究热点。微型飞行器要求小尺寸、高机动性、长续航，与传统的固定翼和旋翼模式对比，扑翼模式更适合小尺寸的微型飞行器，因此亟待研究昆虫飞行的气动机制。

由于昆虫在飞行过程中扑翼频率高、飞行状态多变，因此从活体观测直接研究昆虫的飞行机制难度较大。为了更加深入地研究昆虫扑翼的飞行机理，研究人员采用模型实验方式，通过驱动模型翅膀实现昆虫的扑翼运动规律，从而得到昆虫扑翼过程中的流场、受力等气动信息。

申请号为cn202010772502.1的专利申请公开了一种并联差动式二自由度扑翼机构，该扑翼机构采用差动轮系结构，增加运动的精确性和运动范围，采用并联驱动方式，以两个锥齿轮为驱动轮，共同驱动从动轮进行运动，使得拍动和转动双自由度运动中每个自由度均由两个驱动轮承担，降低电机的负担，使结构更紧凑；但该扑翼机构目前还存在如下问题：零部件拆分不够合理，易损零部件发生磨损后，不能进行精准的小范围更换，必须同时更换掉与易损零部件相关联的其他完好部分，增加了维护成本。

另外，现有的扑翼模型在使用力传感器采集扑翼时的各项参数时，翼尖的振动较大，采集的数据有振动干扰。

另外，为了避免选用过多标准件带来的结构设计受限的问题，扑翼机构中包含大量非标准件，使用机加工方式制作大量的非标准件，制造周期长且步骤复杂。

因此，本申请提出一种模拟昆虫扑翼实验机构。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种模拟昆虫扑翼实验机构。

本发明采用的技术方案是这样的：

一种模拟昆虫扑翼实验机构，包括翼板、第一驱动组件、支撑组件，所述第一驱动组件安装在所述支撑组件内；

所述第一驱动组件包括第一驱动轮、第一连接轴、第二驱动轮、第二连接轴、第三从动轮、第三连接轴，所述第一驱动轮、第二驱动轮、第三从动轮均为锥齿轮，所述第一驱动轮、第二驱动轮镜像设置，所述第一连接轴、第二连接轴镜像设置，所述第三从动轮设置于所述第一驱动轮和第二驱动轮之间，所述第三从动轮同时与所述第一驱动轮和第二驱动轮啮合；

所述第一驱动轮与第一连接轴可拆卸连接，所述第二驱动轮与第二连接轴可拆卸连接，所述第三从动轮与第三连接轴可拆卸连接；

所述翼板端部与所述第三连接轴端部连接。

优选地，所述第一驱动轮具有第一键槽，所述第一连接轴具有第一限位键，所述第一限位键延伸进所述第一键槽内且相适配；

所述第二驱动轮具有第二键槽，所述第二连接轴具有第二限位键，所述第二限位键延伸进所述第二键槽内且相适配；

所述第三从动轮具有第三键槽，所述第三连接轴具有第三限位键，所述第三限位键延伸进所述第三键槽内且相适配。

优选地，所述支撑组件包括相对设置的第一框架和第二框架，所述第一框架可拆卸地安装有第一基座，所述第二框架可拆卸地安装有第二基座，所述第一驱动轮可转动地固定安装于所述第一基座，所述第二驱动轮可转动地固定安装于第二基座。

优选地，所述第一基座固定安装有第一轴承，所述第一驱动轮通过所述第一轴承可转动地固定安装于所述第一基座，所述第二基座固定安装有第二轴承，所述第二驱动轮通过所述第二轴承可转动地固定安装于第二基座。

优选地，所述第一框架具有第一锥形定位孔，所述第二框架具有第二锥形定位孔；

所述第一基座具有第一环形定位锥面，所述第一基座安装于所述第一锥形定位孔内且所述第一环形定位锥面与所述第一锥形定位孔相匹配；

所述第二基座具有第二环形定位锥面，所述第二基座安装于所述第二锥形定位孔内且所述第二环形定位锥面与所述第二锥形定位孔相匹配。

优选地，还包括圆弧形摆动座，所述圆弧形摆动座左端具有第一圆弧形导向槽，所述圆弧形摆动座右端具有第二圆弧形导向槽；

所述第一基座具有第一导向凸台，所述第一导向凸台位于所述第一圆弧形导向槽内且相适配；

所述第二基座具有第二导向凸台，所述第二导向凸台位于所述第二圆弧形导向槽内且相适配；

所述圆弧形摆动座可绕所述第一导向凸台和所述第二导向凸台转动；

所述第三从动轮可转动地固定安装于所述圆弧形摆动座内。

优选地，还包括第四驱动轮、第五驱动轮、第六驱动轮、第七驱动轮、第四连接轴、第五连接轴、第一驱动设备、第二驱动设备；

所述第四驱动轮与所述第一连接轴可拆卸连接，所述第四驱动轮具有第四键槽，所述第一限位键延伸进所述第四键槽内且相适配；

所述第五驱动轮与所述第二连接轴可拆卸连接，所述第五驱动轮具有第五键槽，所述第二限位键延伸进所述第五键槽内且相适配；

所述第六驱动轮通过所述第四连接轴与所述第一驱动设备的输出轴连接，所述第七驱动轮通过所述第五连接轴与所述第二驱动设备的输出轴连接，所述第六驱动轮与所述第四驱动轮啮合，所述第七驱动轮与所述第五驱动轮啮合。

优选地，还包括第三基座、第四基座、第一限位凹槽、第二限位凹槽；

所述第六驱动轮可转动地固定安装于所述第三基座，所述第七驱动轮可转动地固定安装于所述第四基座；

所述第一限位凹槽位于所述第一框架和第一基座的外表面，所述第二限位凹槽位于所述第二框架和第二基座的外表面，所述第三基座安装于所述第一限位凹槽内、并对所述第一基座形成限位，所述第四基座安装于所述第二限位凹槽内、并对所述第二基座形成限位。

优选地，所述第一驱动轮、第二驱动轮、第三从动轮、第四驱动轮、第五驱动轮、第六驱动轮、第七驱动轮、第一连接轴、第二连接轴、第三连接轴、第一框架、第二框架、第一基座、第二基座、弧形摆动座、第三基座、第四基座、翼板均通过3d打印制成。

优选地，所述第三连接轴端部通过夹板组件与所述翼板端部连接，所述夹板组件包括第一夹板、第一缓冲垫片、第二夹板、第二缓冲垫片，所述第一夹板与所述第二夹板相对设置，所述第一缓冲垫片固定在所述第一夹板内侧，所述第二缓冲垫片固定在所述第二夹板内侧，所述翼板端部夹装在所述第一缓冲垫片和所述第二缓冲垫片之间。

综上所述，本申请具有如下有益效果：

(1)零部件拆分更加合理，易损零部件发生磨损后，可在精准的小范围更换，无需更换掉与易损零部件相关联的其他完好部分，有效降低了维护成本；

(2)通过两侧的缓冲垫片进行缓冲减振，减少了振动对力传感器收集数据的干扰，减少力传感器收集到的噪声，提高采集数据质量。

(3)部分非标准件通过3d打印的方式制成，避免了结构设计受限，简化了制造步骤，缩减了制造周期。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是本发明中实施例1的结构示意图；

图2是图1中a处放大图；

图3是本发明中第一驱动组件与翼板配合示意图；

图4是本发明中第一驱动轮与第一连接轴分解示意图；

图5是本发明中第二驱动轮与第二连接轴分解示意图；

图6是本发明中第三驱动轮与第三连接轴分解示意图；

图7是本发明中支撑组件结构示意图；

图8是本发明中第一基座与第一驱动轮配合示意图；

图9是本发明中第二基座与第二驱动轮配合示意图；

图10是本发明中第一框架结构示意图；

图11是本发明中第二框架结构示意图；

图12是本发明中第一驱动组件、第一基座、第二基座、圆弧形摆动座配合示意图；

图13是本发明中圆弧形摆动座结构示意图；

图14是本发明中实施例5的结构示意图；

图15是图14中b处放大图；

图16是本发明中第四驱动轮与第一连接轴分解示意图；

图17是本发明中第五驱动轮与第二连接轴分解示意图；

图18是本发明中支撑组件一种角度的结构示意图；

图19是本发明中支撑组件另一角度的结构示意图；

图20是本发明中夹板组件与翼板配合示意图；

图21是本发明中夹板组件示意图。

图中标记：

1为翼板、2为第一驱动轮、3为第一连接轴、4为第二驱动轮、5为第二连接轴、6为第三从动轮、7为第三连接轴、8为第一框架、9为第二框架、10为第一基座、11为第二基座、12为圆弧形摆动座、13为第四驱动轮、14为第五驱动轮、15为第六驱动轮、16为第七驱动轮、17为第四连接轴、18为第五连接轴、19为第一驱动设备、20为第二驱动设备、21为第三基座、22为第四基座、23为第一限位凹槽、24为第二限位凹槽、25为第一夹板、26为第一缓冲垫片、27为第二夹板、28为第二缓冲垫片、29为支撑柱、30为支撑横梁；

2-1为第一键槽、3-1为第一限位键、4-1为第二键槽、5-1为第二限位键、6-1为第三键槽、7-1为第三限位键、8-1为第一锥形定位孔、9-1为第二锥形定位孔、10-1为第一轴承、10-2为第一环形定位锥面、10-3为第一导向凸台、10-4为第四轴承、11-1为第二轴承、11-2为第二环形定位锥面、11-3为第二导向凸台、11-4为第五轴承、12-1为第一圆弧形导向槽、12-2为第二圆弧形导向槽、12-3为第三轴承、13-1为第四键槽、14-1为第五键槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。

实施例1

如图1至6所示，一种模拟昆虫扑翼实验机构，其特征在于：包括翼板1、第一驱动组件、支撑组件，第一驱动组件安装在支撑组件内；

第一驱动组件包括第一驱动轮2、第一连接轴3、第二驱动轮4、第二连接轴5、第三从动轮6、第三连接轴7，第一驱动轮2、第二驱动轮4、第三从动轮6均为锥齿轮，第一驱动轮2、第二驱动轮4、第三从动轮6的模数相同，且均为直角锥齿轮，第一驱动轮2、第二驱动轮4镜像设置，第一连接轴3、第二连接轴5镜像设置，第三从动轮6设置于第一驱动轮2和第二驱动轮4之间，第三从动轮6同时与第一驱动轮2和第二驱动轮4啮合，第一驱动轮2的轴线与第一连接轴3的轴线重合，第二驱动轮4的轴线与第二连接轴5的轴线重合，第一连接轴3与第二连接轴5的轴线重合，第三从动轮6的轴线与第三连接轴7的轴线重合，第三连接轴7的轴线与第一连接轴3和第二连接轴5的轴线垂直；

第一驱动轮2与第一连接轴3的一端可拆卸连接，第二驱动轮4与第二连接轴5的一端可拆卸连接，第三从动轮6与第三连接轴7的一端可拆卸连接，第一连接轴3、第二连接轴5的另端用于与驱动设备连接，驱动设备用于通过第一连接轴3和第二连接轴5分别控制第一驱动轮2和第二驱动轮4转动；

翼板1端部与第三连接轴7的另一端部连接。

第一驱动轮2、第二驱动轮4、第三从动轮6可相对于支撑组件绕自身的轴线转动，第三从动轮6可绕第一驱动轮2和第二驱动轮4的轴线摆动，具体地，由于第三从动轮6同时与第一驱动轮2和第二驱动轮4啮合，第一驱动轮2和第二驱动轮4可控制第三从动轮6绕其自身轴线转动，进而通过第三连接轴7控制翼板1转动，同时，第一驱动轮2和第二驱动轮4还可控制第三从动轮6绕二者的轴线摆动，进而通过第三连接轴7控制翼板1拍动，另外，第一驱动轮2和第二驱动轮4还可控制第三从动轮6做前述的转动和摆动的复合运动，进而实现翼板1的复合运动，前述的三种动作原理已经在本申请人前期提交的申请号为cn202010772502.1的专利申请中详细公开，此处不再赘述；锥齿轮与各自连接轴采用可拆卸式连接，当锥齿轮磨损损坏后，可单独更换锥齿轮，而无需更换对应完好的连接轴，有效降低了维护成本。

具体的，第一驱动轮2具有第一键槽2-1，第一连接轴3具有第一限位键3-1，第一限位键3-1延伸进第一键槽2-1内且相适配，第一连接轴3端部延伸进第一驱动轮2内，并通过第一限位键3-1和第一键槽2-1配合实现第一驱动轮2与第一连接轴3之间的可拆卸连接；

第二驱动轮4具有第二键槽4-1，第二连接轴5具有第二限位键5-1，第二限位键5-1延伸进第二键槽4-1内且相适配，第二连接轴5端部延伸进第二驱动轮4内，并通过第二限位键5-1和第二键槽4-1配合实现第二驱动轮4与第二连接轴5之间的可拆卸连接；

第三从动轮6具有第三键槽6-1，第三连接轴7具有第三限位键7-1，第三限位键7-1延伸进第三键槽6-1内且相适配，第三连接轴7端部延伸进第三从动轮6内，并通过第三限位键7-1和第三键槽6-1配合实现第三从动轮6与第三连接轴7之间的可拆卸连接。

通过键槽与限位键的配合，既实现了锥齿轮与各自连接轴的可拆卸连接，当锥齿轮磨损损坏后，可单独更换锥齿轮，而无需更换对应完好的连接轴，降低了维护成本，且安装拆卸过程方便，同时，又实现了如下动作过程：第一连接轴3的转动运动可传递至第一驱动轮2，第二连接轴5的转动运动可传递至第二驱动轮4，第三从动轮6的转动和摆动运动可传递至第三连接轴7。

实施例2

如图7至9所示，在实施例1的基础上，支撑组件包括相对设置的第一框架8和第二框架9，第一框架8与第二框架9镜像设置，第一框架8与第二框架9可拆卸固定连接在一起，第一框架8可拆卸地安装有第一基座10，第二框架9可拆卸地安装有第二基座11，第一基座10与第二基座11镜像设置，第一驱动轮2可转动地固定安装于第一基座10，第二驱动轮4可转动地固定安装于第二基座11。框架与对应的基座之间采用可拆卸式连接，当基座磨损损坏后，可单独更换基座，而无需更换对应完好的框架，有效降低了维护成本。

具体的，第一基座10固定安装有第一轴承10-1，第一驱动轮2通过第一轴承10-1可转动地固定安装于第一基座10，第二基座11固定安装有第二轴承11-1，第二驱动轮4通过第二轴承11-1可转动地固定安装于第二基座11。框架与对应的基座之间采用可拆卸式连接，当基座内固定安装的轴承磨损损坏后，可单独更换基座和轴承，而无需更换对应完好的框架，有效降低了维护成本。

实施例3

如图8至11所示，在实施例2的基础上，第一框架8具有第一锥形定位孔8-1，第二框架9具有第二锥形定位孔9-1；

第一基座10具有第一环形定位锥面10-2，第一基座10安装于第一锥形定位孔8-1内且第一环形定位锥面10-2与第一锥形定位孔8-1相匹配；

第二基座11具有第二环形定位锥面11-2，第二基座11安装于第二锥形定位孔9-1内且第二环形定位锥面11-2与第二锥形定位孔9-1相匹配。

框架的锥形定位孔与基座的环形定位锥面相互匹配，保证了基座与框架安装时能够实现快速准确定位、对中，安装方便快捷，保证了安装效率。

实施例4

如图8、9、12、13至所示，在实施例3的基础上，还包括圆弧形摆动座12，圆弧形摆动座12左端具有第一圆弧形导向槽12-1，圆弧形摆动座12右端具有第二圆弧形导向槽12-2；

第一基座10具有第一导向凸台10-3，第一导向凸台10-3位于第一圆弧形导向槽12-1内且相适配；

第二基座11具有第二导向凸台11-3，第二导向凸台11-3位于第二圆弧形导向槽12-2内且相适配；

圆弧形摆动座12可绕第一导向凸台10-3和第二导向凸台11-3转动；

第三从动轮6可转动地固定安装于圆弧形摆动座12内，具体的，第三从动轮6通过第三轴承12-3可转动地固定安装于圆弧形摆动座12内部后端，圆弧形摆动座12的前端安装有轴承，第三连接轴7前端通过该轴承进行支撑，第三连接轴7前端用于与翼板1端部连接固定，第一驱动轮2和第二驱动轮4控制第三驱动轮绕第一驱动轮2和第二驱动轮4的轴线在一定角度范围内摆动时，圆弧形摆动座12绕第一导向凸台10-3和第二导向凸台11-3在一定角度范围内转动。

圆弧形摆动座12为独立零部件，与第一导向凸台10-3和第二导向凸台11-3配合使用，拆装方便，当圆弧形摆动座12磨损损坏后，单独更换圆弧形摆动座12即可，有效降低了维护成本。

实施例5

如图14至19所示，在实施例4的基础上，还包括第四驱动轮13、第五驱动轮14、第六驱动轮15、第七驱动轮16、第四连接轴17、第五连接轴18、第一驱动设备19、第二驱动设备20，第四驱动轮13、第五驱动轮14、第六驱动轮15、第七驱动轮16均为锥齿轮，第一驱动设备19、第二驱动设备20均为电机，另外，还可以设置一支撑柱29和支撑横梁30，支撑横梁30固定设置在支撑柱29顶部，第一框架8和第二框架9与支撑柱29底部固连，第一驱动设备19和第二驱动设备20固定安装在支撑横梁30上；

第四驱动轮13与第一连接轴3可拆卸连接，第四驱动轮13具有第四键槽13-1，第一限位键3-1延伸进第四键槽13-1内且相适配，第一连接轴3端部延伸进第四驱动轮13内，并通过第一限位键3-1和第四键槽13-1配合实现可拆卸连接；

第五驱动轮14与第二连接轴5可拆卸连接，第五驱动轮14具有第五键槽14-1，第二限位键5-1延伸进第五键槽14-1内且相适配，第二连接轴5端部延伸进第五驱动轮14内，并通过第二限位键5-1和第五键槽14-1配合实现可拆卸连接；

第六驱动轮15通过第四连接轴17与第一驱动设备19的输出轴连接，第六驱动轮15与第四连接轴17之间也采用限位键和键槽的方式实现可拆卸连接，第七驱动轮16通过第五连接轴18与第二驱动设备20的输出轴连接，第七驱动轮16与第五连接轴18之间也采用限位键和键槽的方式实现可拆卸连接，第六驱动轮15与第四驱动轮13啮合，第七驱动轮16与第五驱动轮14啮合。

第一基座10固定安装有第四轴承10-4，第四驱动轮13通过第四轴承10-4可转动地固定安装于第一基座10，第二基座11固定安装有第五轴承11-4，第五驱动轮14通过第五轴承11-4可转动地固定安装于第二基座11。

第一驱动设备19的转动运动通过其输出轴传递至第四连接轴17，并通过第四连接轴17依次传递至第六驱动轮15、第四驱动轮13、第一连接轴3、第一驱动轮2，第二驱动设备20的转动运动通过其输出轴传递至第五连接轴18，并通过第五连接轴18依次传递至第七驱动轮16、第五驱动轮14、第二连接轴5、第二驱动轮4，最终通过第一驱动轮2和第二驱动轮4的转动运动控制第三从动轮6做转动运动、摆动运动或者转动与摆动复合运动，进而达到控制翼板1动作的目的。

进一步地，还包括第三基座21、第四基座22、第一限位凹槽23、第二限位凹槽24，第三基座21和第四基座22截面形状为矩形，第一限位为凹槽和第二限位凹槽24的截面形状为矩形；

第六驱动轮15可转动地固定安装于第三基座21，第七驱动轮16可转动地固定安装于第四基座22，具体的，第六驱动轮15通过轴承可转动地固定安装于第三基座21，第七驱动轮16通过轴承可转动地固定安装于第四基座22；

第一限位凹槽23位于第一框架8和第一基座10的外表面，第二限位凹槽24位于第二框架9和第二基座11的外表面，第三基座21安装于第一限位凹槽23内、并对第一基座10形成限位，第四基座22安装于第二限位凹槽24内、并对第二基座11形成限位。

第三基座21与第一限位凹槽23的配合，实现了对第一基座10的轴向和周向限位，第四基座22与第二限位凹槽24的配合，实现了对第二基座11的轴向和周向限位。

实施例6

在实施例5的基础上，第一驱动轮2、第二驱动轮4、第三从动轮6、第四驱动轮13、第五驱动轮14、第六驱动轮15、第七驱动轮16、第一连接轴3、第二连接轴5、第三连接轴7、第一框架8、第二框架9、第一基座10、第二基座11、弧形摆动座、第三基座21、第四基座22、翼板1均通过3d打印制成，3d打印使用材料为标准刚性树脂，前述的非标准件通过3d打印的方式制成，避免了结构设计受限，简化了制造步骤，缩减了制造周期。

实施例7

如图20和21所示，在实施例1、2、3、4、5或6的基础上，第三连接轴7端部通过夹板组件与翼板1端部连接，夹板组件包括第一夹板25、第一缓冲垫片26、第二夹板27、第二缓冲垫片28，第一夹板25与第二夹板27相对设置，第一缓冲垫片26固定在第一夹板25内侧，第二缓冲垫片28固定在第二夹板27内侧，翼板1端部夹装在第一缓冲垫片26和第二缓冲垫片28之间；具体的，第一夹板25和第二夹板27通过3d打印制成，3d打印使用材料为标准刚性树脂，第一缓冲垫片26和第二缓冲垫片28均为橡胶材质，通过两侧的缓冲垫片进行缓冲减震，减少力传感器收集到的噪声，提高采集数据质量。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。