CN101966870B - 一种钢丝铰接式微型扑翼飞行器驱动机构 - Google Patents

Abstract

一种钢丝铰接式微型扑翼飞行器驱动机构，属扑翼飞行器驱动机构。它包括机座（12）、电机（13）、主杆（11）；主杆（11）上铰接左右两个摇杆（17）；主杆（11）左右两侧还分别安装一辅助杆（18），辅助杆（18）一端与相应侧的摇杆固接，另一端与主杆铰接；机座上安装有钢丝曲柄（15），钢丝曲柄相对于扑翼机构纵向中心面对称，钢丝曲柄上安装有一大齿轮，该大齿轮与安装于电机上的小齿轮构成减速机构；机座左右两侧还分别安装有一拉杆（16），拉杆（16）一端与摇杆（17）和铰接，另一端与钢丝曲柄铰接。此驱动机构因采用钢丝铰接法，在重量、体积、加工难度、成本方面与现有的各种四连杆驱动机构相比都具有绝对的优势。

Description

一种钢丝铰接式微型扑翼飞行器驱动机构

技术领域

     此发明涉及一种微型扑翼飞行器驱动机构，具体涉及一种钢丝铰接式微型扑翼飞行器驱动机构。

技术背景

微型飞行器是 20 世纪90 年代发展起来的一种新型飞行器 , 它的特点是 : 尺 寸在 15 cm 以下 ,重量从 10 g 到 100 g。根据仿生学和空气动力学研究结果可以预见 ,在翼展小于 15 cm 时 ,扑翼飞行比 固定翼和旋翼飞行更具优势。微型扑翼飞行器由于其体积小、重量轻、成本低等 特点 ,在民用和国防领域有十分重要而广泛的应用。

现已成功试飞的扑翼机多采用四连杆机构，具体有空间连杆、单曲柄双摇杆、双曲柄双摇杆等机构，驱动方式有微型电机、压电晶体、电磁驱动等方式。因为扑翼机构在较高频率下工作，一般要求能达到10HZ以上，扑翼机构的具体实现方式是微型扑翼机的一个关键问题。现有四连杆机构中各杆件的铰接方式主要有普通刚性铰接和柔性铰接两种。普通刚性铰接为圆环形柱体和杆件套接的方式，现有样机多采用这种方式，有些还加如了微型轴承。这种联接方式的四连杆机构在重量、体积和结构强度方面都很难得到保证，且要求较高的加工精度和成本。最为关键的是，在高频扑动时普通刚性铰接所产生的摩擦对机构的扑动有很大的影响。而柔性铰接方式的结构强度和抗疲劳强度较差，转动范围较小。

发明内容

     为了克服微型扑翼飞行器驱动机构采用普通刚性铰接时产生的质量重、体积大、加工难成本高、摩擦影响大的问题，本发明提出一种钢丝铰接式微型扑翼飞行器驱动机构。

   一种钢丝铰接式微型扑翼飞行器驱动机构，其特征在于：包括机座和固定于机座上的电机，还包括固定于机座上且位于电机上方且与电机轴线垂直的主杆；主杆上对称铰接着左右两个摇杆；主杆左右两侧还分别安装有一辅助杆，辅助杆一端与相应侧的摇杆固接，另一端与主杆铰接；机座上安装有钢丝曲柄，钢丝曲柄相对于扑翼机构纵向中心面对称，钢丝曲柄上安装有一大齿轮，该大齿轮与安装于电机上的小齿轮构成减速机构；机座左右两侧还分别安装有一拉杆，拉杆一端与摇杆和铰接，另一端与钢丝曲柄铰接。

上述的钢丝铰接式微型扑翼飞行器驱动机构，其特征在于：上述摇杆与主杆铰接处，摇杆作为需要转动杆件，主杆作为固定杆件；辅助杆与主杆铰接处，辅助杆作为需要转动杆件，主杆作为固定杆件；拉杆与摇杆和铰接处，拉杆作为需要转动杆件，摇杆作为固定杆件；拉杆与钢丝曲柄铰接处，拉杆作为需要转动杆件，钢丝曲柄作为固定杆件；

上述铰接结构中，转动杆件为空心杆，在空心杆需要铰接端的杆壁上钻有两个位于同一直径方向上的钢丝孔，一钢丝弯折后两端伸入空心杆腔并分别从两个钢丝孔中穿出，钢丝中段和空心杆端面之间留有固定杆插入的空隙，最后钢丝两端向端面弯折并固定。

     此驱动机构因采用钢丝铰接法，在重量、体积、加工难度、成本方面与现有的各种四连杆驱动机构相比都具有绝对的优势。对于微型扑翼飞行器，钢丝铰接的结构强度也很容易保证。由于钢丝很细，钢丝与杆件的接触面积很小，钢丝表面也较光滑，因此钢丝铰接在减小摩擦力对机构扑动影响方面也更有效。

与其他铰接方式一个很大的不同点是这种铰接方式对自由度的限制更小，在转动角度范围不太大的情况下可以替代复杂的球铰接。应用于微型扑翼飞行器驱动机构，钢丝铰接与其它铰接方式相比还有一个很大的优点在于铰接位置可以非常方便的重新设定。重设铰接位置只需简单地移动硅胶管即可，这使得试验阶段更改模型参数变得更为简单。

附图说明

附图1是钢丝铰接结构中转动杆件的结构示意图；

附图2是图1的剖视图；

附图3是钢丝铰接结构的装配示意图；

附图4是钢丝铰接式微型扑翼飞行器驱动机构等轴示意图；

附图5是钢丝铰接式微型扑翼飞行器驱动机构正视图。

图6是微型扑翼飞行器的机械结构图。

图7是另一种方案示意图。

图中标号名称： 1．铰接结构中转动杆件，2.钢丝孔，3.钢丝 ，4. 铰接结构中固定杆件，5.硅胶管，11.主杆，12.机座，13.电机，14.齿轮，15.钢丝曲柄，

16.拉杆，17.摇杆，18.辅助杆，19.纵向中心面，20.机翼，21.平尾，22.垂尾。

具体实施方式

   本发明采用对称的双空间四连杆结构，以微型直流电机为动力源，所有杆件铰接处均采用钢丝铰接法。以下分别从钢丝铰接结构和整体构造两方面来介绍此微型扑翼飞行器驱动机构。  

一对铰接杆件中，本文中将需要转动的杆件成为转动杆件，另一杆件为固定杆件。转动杆件采用空心杆，在需要铰接的一端离端面3～4mm处，钻一个比细钢丝直径略大的钢丝孔。将钢丝的两端从空心杆待铰接的端面穿入空心杆中，再将钢丝两端分别从钢丝孔中穿出。使在钢丝中段和空心杆端面之间留有刚好够铰接结构中固定杆插入的空隙，通过拉钢丝两端控制此空隙大小使固定杆插入时的松紧适宜。最后将钢丝两端向端面弯折，并用胶水固定钢丝两端在转动杆上的位置。将固定杆插入钢丝与转动杆杆端面形成的间隙中，并在固定杆上套两个长1mm左右的硅胶管固定钢丝圈在固定杆上的位置，一个铰接结构便完成了。

此机构中，电机座套在主杆上，电机安装在电机座上，电机座上还安装有减速齿轮。曲柄钢丝穿过最后一级减速齿轮中心，曲柄钢丝相对于扑翼机构纵向中心面对称。两摇杆铰接在主杆上，在纵向以略大于一钢丝直径距离错开。左右拉杆两端都分别与摇杆和曲柄相铰接，左右曲柄即曲柄钢丝的左半部和右半部。机构左右都分别构成了一套四连杆结构，且相对纵向中心面对称。为了固定摇杆的转动方向，增加一辅助杆。辅助杆的一端与摇杆固接，另一端与主杆铰接，使摇杆、辅助固定杆、主杆形成一个三角形。此机构中所有铰接处，在主杆上均套上两硅胶管于钢丝两端。

    实施例一：

如图6所示，为一微型扑翼飞行器的机械结构，本发明作为其驱动机构安装于机身前部。

     本实施例选用扇形机翼，平尾加垂尾布局，翼展140mm，长200mm。主杆1和摇杆7为直径1mm的碳纤棒，拉杆6为0.5mm*1.2mm的碳纤管。共有8处需要铰接，均采用直径0.1mm钢丝的钢丝铰接法。

实施例二：

如图7所示，减速机构可以是一级也可以是两级或多级。辅助杆可以融合在机翼中，此时驱动机构中就没有辅助杆了。

Claims (1)

1.一种钢丝铰接式微型扑翼飞行器驱动机构，其特征在于：

包括机座（12）和固定于机座上的电机（13），还包括固定于机座上且位于电机上方且与电机轴线垂直的主杆（11）；

主杆（11）上对称铰接着左右两个摇杆（17）；主杆（11）左右两侧还分别安装有一辅助杆（18），辅助杆（18）一端与相应侧的摇杆固接，另一端与主杆铰接；

机座上安装有钢丝曲柄（15），钢丝曲柄相对于扑翼飞行器驱动机构的纵向中心面对称，钢丝曲柄上安装有一大齿轮，该大齿轮与安装于电机上的小齿轮构成减速机构；

机座左右两侧还分别安装有一拉杆（16），拉杆（16）一端与摇杆（17）铰接，另一端与钢丝曲柄铰接；

上述摇杆（17）与主杆（11）铰接处，摇杆作为需要转动杆件，主杆作为固定杆件；辅助杆（18）与主杆（11）铰接处，辅助杆作为需要转动杆件，主杆作为固定杆件；拉杆（16）与摇杆（17）和铰接处，拉杆作为需要转动杆件，摇杆作为固定杆件；拉杆（16）与钢丝曲柄（15）铰接处，拉杆作为需要转动杆件，钢丝曲柄作为固定杆件；

上述铰接结构中，转动杆件为空心杆，在空心杆需要铰接端的杆壁上钻有两个位于同一直径方向上的钢丝孔，一钢丝弯折后两端伸入空心杆腔并分别从两个钢丝孔中穿出，钢丝中段和空心杆端面之间留有固定杆插入的空隙，最后钢丝两端向端面弯折并固定。

Images