CN104192307B - 一种仿鸟扑翼机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种仿鸟扑翼机构，属于扑翼飞行器技术领域。该机构主要包括：左传动箱、左从动齿轮、机架、右从动齿轮、右传动箱、右扑翼、右主动齿轮、右轴、同步轴、左轴、左主动齿轮以及右扑翼等；左、右传动箱的箱体通过轴承对称安装在机架的两侧，左、右从动齿轮分别与左、右传动箱的箱体固定联接并分别与左、右主动齿轮啮合，形成扑翼机构的主传动系统，左、右扑翼同步等速拍动产生飞行器所需要的升力，左、右控制舵机通过左、右传动箱内的锥齿轮传动构成扑翼机构的气动力方向控制机构，通过改变左、右扑翼的初始安装方位来改变升力的方向。本发明具有升力更大更平稳、动平衡性能好、传动效率高、使用寿命长、升力方向控制灵敏等优点。
Description
技术领域
本发明属于扑翼飞行器技术领域，具体涉及一种仿鸟扑翼机构。
背景技术
由于鸟类扑动的复杂性，仿鸟扑翼的驱动机构研究已成为非常重要的研究课题。现在大部分的扑翼飞行器只能实现简单的上下扑动，如单曲柄双摇杆机构的扑翼机构，此类扑翼机扑动频率低、升力小，难以控制飞行器的飞行稳定性。公知的扑翼飞行器(CN201380963Y)有一对扑翼上下拍动产生升力，同时扑翼可变向运动以改变升力方向，扑翼上方设有一个螺旋桨以提高升力。因此，其控制系统既要控制螺旋桨的转动，又要控制扑翼的拍动，飞行器控制机构较复杂。
另一种类扑翼飞行器(CN102582832A)利用四个半转翼对称布置在机体的两侧，半转翼既公转又自转，产生定向的气动力，通过销齿轮和两凸轮啮合控制半转翼的方位，从而改变气动力的方向。但其产生升力的扑翼机构复杂，尤其是与销齿轮啮合的内凸轮占用空间大、转动惯量大、气动方向控制不灵敏。
发明内容
为克服现有扑翼飞行器中扑翼机构的不足，本发明提供一种仿鸟扑翼机构,以期该扑翼机构具有升力更大更平稳、动平衡性能好、传动效率高、使用寿命长、升力方向控制灵敏等优点。
本发明所提供的一种仿鸟扑翼机构主要包括：左传动箱、左从动齿轮、机架、右从动齿轮、右传动箱、右扑翼、右主动齿轮、右轴、同步轴、左轴、左主动齿轮、右扑翼；所述左传动箱和右传动箱结构组成完全相同，分别位于机架的左右两侧，并关于机架的对称平面完全对称，左传动箱和右传动箱的箱体通过轴承分别安装在机架的两侧；左从动齿轮与左传动箱的箱体固接，轴线与箱体的回转轴线同轴；右从动齿轮与右传动箱的箱体固接，轴线与箱体的回转轴线同轴；右扑翼与右传动箱的输出轴固接，扑翼平面与输出轴的轴线平行，左扑翼与左传动箱的输出轴固接，扑翼平面也与输出轴的轴线平行；所述左主动齿轮和右主动齿轮分别位于左从动齿轮和右从动齿轮的下方，左主动齿轮与左从动齿轮啮合，两者的轴线在空间交叉成90°，右主动齿轮与右从动齿轮啮合，两者的轴线在空间也交叉成90°，左主动齿轮和右主动齿轮的轴线位于同一轴线上；所述左轴和右轴分别通过轴承安装在机架的两侧，两者的轴线位于同一轴线上，并分别与同步轴固接，左主动齿轮与左轴的轴线相同并固接，右主动齿轮与右轴的轴线相同并固接。
进一步的，所述左传动箱和右传动箱的结构组成完全相同，由空心轴、半球壳、小齿轮轴、大齿轮轴、主动齿轮、从动齿轮、输出轴、平衡块组成；空心轴与半球壳固接形成传动箱的箱体，小齿轮轴通过轴承安装在空心轴的内孔中，大齿轮轴通过轴承安装在半球壳的圆柱段，输出轴通过轴承安装在半球壳的一端，而平衡块与半球壳另一端固接；主动齿轮与大齿轮轴一端固接，从动齿轮与输出轴固接，小齿轮轴和大齿轮轴的轴线垂直且轴端的两个锥齿轮啮合形成传动减速比为2；输出轴和大齿轮轴的轴线垂直，主动齿轮和从动齿轮啮合,速比为1。
更进一步的，所述的小齿轮轴20与右舵机17的输出轴联接且同轴，左舵机15和右舵机17分别通过左支架16和右支架19与机架3固接。
进一步的，所述左主动齿轮和左从动齿轮都为螺旋角为45°的左旋斜齿轮，结构完全相同，而右主动齿轮和右从动齿轮都为螺旋角为45°的右旋斜齿轮，结构完全相同。
进一步的，所述的左扑翼和右扑翼都是形状为矩形的平面薄片，大小相同，矩形的一边平行于输出轴的轴线，平面薄片关于输出轴35轴线对称。
进一步的，所述的左轴和右轴结构完全相同，分别与左电机和右电机的输出轴固定联接。
本发明的科学原理如下：
当小齿轮轴相对于机架固定不动时，左传动箱逆时针转动一周，由于传动箱内的齿轮总速比为2，左扑翼逆时针转动半周；同时由于左传动箱和右传动箱分别通过一对左旋45°斜齿轮啮合和一对右旋45°斜齿轮啮合并由同步轴联接保持等速异向转动，右扑翼顺时针转动半周。设定左扑翼和右扑翼平行且距离最小时的传动箱位置为初始状态,传动箱回转时左扑翼和右扑翼在转动过程中将产生类似鸟翅拍动形成拍动升力和类似昆虫翅急拍与急张形成的拍张升力。因此，本发明的扑翼机构能产生更大的升力。
当左、右传动箱等速转动时，实时改变小齿轮轴的转角，即可改变左、右扑翼的初始方位，从而改变升力大小和方向。由于扑翼形状对称于输出轴线，扑翼上产生的转动阻力矩很小，同时输出轴与小齿轮轴之间的传动采用效率高的齿轮传动，转动惯量小，结构紧凑。因此，本发明的扑翼机构能灵活改变升力的大小和方向，具有控制力矩小和反应速度快等优点。
平衡块能平衡传动箱偏心运动质量产生的离心力和动力矩，大大减小了对机架的激振力，能适应扑翼高速运动的要求。因此，本发明的扑翼机构具有优良的运动平稳性。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、左、右扑翼同步运动能产生拍动升力和拍张升力，扑翼机构的升力更大更平稳；
2、能灵活改变升力的大小和方向，控制力矩小、反应速度快；
3、机构的动平衡性能好、传动效率高、使用寿命长。
附图说明
图1为本发明仿鸟扑翼机构主视结构示意图；
图2为图1的俯视结构示意图。
图中：1、左传动箱；2、左从动齿轮；3、机架；4、右从动齿轮；5、右传动箱；6、右扑翼；7、右电机；8、右主动齿轮；9、右轴；10、同步轴；11、左轴；12、左主动齿轮；13、左电机；14、左扑翼；15、左舵机；16、左支架；17、右舵机；18、滑动轴承；19、右支架；20、小齿轮轴；21、空心轴；22、输出轴；23、从动齿轮；24、主动齿轮；25、半球壳；26、大齿轮轴；27、平衡块。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的描述。但本发明不局限于下述实施例。
左电机13和右电机7分别通过同规格连接螺钉固定在机架3上，两电机输出轴通过紧定螺钉分别与左轴11和右轴9固接，左轴11和右轴9通过滚动轴承支撑在机架3中，左轴11和右轴9分别与同步轴10联接，并用螺钉进行固定。左主动齿轮12和右主动齿轮8分别空套在左轴11和右轴9上，通过紧定螺钉固接传递动力。
左从动齿轮2和右从动齿轮4分别通过螺钉与左、右传动箱的箱体形成固定联接，并分别与左主动齿轮12和右主动齿轮9啮合传动，形成扑翼机构的主传动系统。当电机运转时，左、右传动箱同步作异向转动。
左扑翼14和右扑翼6规格完全相同。左传动箱1和右传动箱5组成部件完全相同。空心轴21安装在半球壳25的孔中，并用螺钉固定形成可以转动的箱体。空心轴21通过两个滚动轴承支承在机架3中，使传动箱体可以空心轴21的轴线为中心相对于机架3转动。
小齿轮轴20的一端由滚动轴承支撑在空心轴21的内孔中，另一端由滑动轴承18支撑，滑动轴承18套在空心轴21的轴端并用螺钉固定。大齿轮轴26由滚动轴承支撑在半球壳25的内孔中，轴端装配主动齿轮24，并用螺钉固定。输出轴22由滚动轴承支撑在半球壳的孔中，轴端用螺钉进行轴向固定。平衡块27通过螺纹与半球壳联接。
左舵机15和右舵机17分别与左支架16和右支架19固接，并用螺钉与机架3固定。左舵机15和右舵机17的输出轴分别与传动箱内的小齿轮轴20轴端的内齿啮合。舵机的输出可以改变扑翼的初始方位。
Claims (6)
1.一种仿鸟扑翼机构，其特征在于，该扑翼机构包括左传动箱(1)、左从动齿轮(2)、机架(3)、右从动齿轮(4)、右传动箱(5)、右扑翼(6)、右主动齿轮(8)、右轴(9)、同步轴(10)、左轴(11)、左主动齿轮(12)、左扑翼(14)；所述左传动箱(1)和右传动箱(5)分别位于机架(3)的左右两侧,结构组成完全相同，并关于机架(3)的对称平面完全对称，左传动箱(1)和右传动箱(5)的箱体通过轴承分别安装在机架(3)的两侧；左从动齿轮(2)与左传动箱(1)的箱体固接，轴线与箱体的回转轴线同轴；右从动齿轮(4)与右传动箱(5)的箱体固接，轴线与箱体的回转轴线同轴；右扑翼(6)与右传动箱(5)的输出轴固接，扑翼平面与输出轴的轴线平行，左扑翼(14)与左传动箱(1)的输出轴固接，扑翼平面也与输出轴的轴线平行；所述左主动齿轮(12)和右主动齿轮(8)分别位于左从动齿轮(2)和右从动齿轮(4)的下方，左主动齿轮(12)与左从动齿轮(2)啮合，两者的轴线在空间交叉成90°，右主动齿轮(8)与右从动齿轮(4)啮合，两者的轴线在空间也交叉成90°，左主动齿轮(12)和右主动齿轮(8)的轴线位于同一轴线上；所述左轴(11)和右轴(9)分别通过轴承安装在机架(3)的两侧，两者的轴线位于同一轴线上，并分别与同步轴(10)固接，左主动齿轮(12)与左轴(11)的轴线相同并固接，右主动齿轮(8)与右轴(9)的轴线相同并固接。
2.如权利要求1所述的一种仿鸟扑翼机构,其特征在于，所述左传动箱(1)和右传动箱(5)的结构组成完全相同，由空心轴(21)、半球壳(25)、小齿轮轴(20)、大齿轮轴(26)、主动齿轮(24)、从动齿轮(23)、输出轴(22)、平衡块(27)组成；所述空心轴(21)与半球壳(25)固接形成传动箱的箱体，小齿轮轴(20)通过轴承安装在空心轴(21)的内孔中，大齿轮轴(26)通过轴承安装在半球壳(25)的圆柱段，输出轴(22)通过轴承安装在半球壳(25)的一端，而平衡块(27)与半球壳(25)另一端固接；所述主动齿轮(24)与大齿轮轴(26)一端固接，从动齿轮(23)与输出轴(22)固接，小齿轮轴(20)和大齿轮轴(26)的轴线垂直且轴端的两个锥齿轮啮合形成传动减速比为2；输出轴(22)和大齿轮轴(26)的轴线垂直，主动齿轮(24)和从动齿轮(23)啮合,速比为1。
3.如权利要求2所述的一种仿鸟扑翼机构,其特征在于，所述的小齿轮轴(20)与右舵机(17)的输出轴联接且同轴，左舵机(15)和右舵机(17)分别通过左支架(16)和右支架(19)与机架(3)固接。
4.如权利要求1所述的一种仿鸟扑翼机构，其特征在于，所述左主动齿轮(12)和左从动齿轮(2)都为螺旋角为45°的左旋斜齿轮，结构完全相同，而右主动齿轮(8)和右从动齿轮(4)都为螺旋角为45°的右旋斜齿轮，结构完全相同。
5.如权利要求1所述的一种仿鸟扑翼机构,其特征在于，所述的左扑翼(14)和右扑翼(6)都是形状为矩形的平面薄片，大小相同，矩形的一边平行于输出轴(22)的轴线，平面薄片关于输出轴(22)轴线对称。
6.如权利要求1所述的一种仿鸟扑翼机构,其特征在于，所述的左轴(11)和右轴(9)结构完全相同，分别与左电机(13)和右电机(7)的输出轴固定联接。
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