CN104260884B - 一种带滑翔控制机构的扑翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带滑翔控制机构的扑翼飞行器，本发明包括感应模块、驱动齿轮、固定柱、同步齿轮、感应磁铁、固定片、控制模块、随动齿轮等；同步齿轮作为随动齿轮的转动轴硬性安装在随动齿轮中心安装孔中，同步齿轮和驱动齿轮的模数相同，齿轮之间相互配合同步运动，通过驱动电机带动随动齿轮的逆时针运动与顺时针运动，进而实现扑翼飞行器的正常飞行与滑翔。此种扑翼飞行器上安装的滑翔控制机构控制原理简单、质量轻、使用方便简单、对扑翼飞行器的操作灵活性无影响。相比普通无滑翔机构的扑翼飞行器改善了扑翼飞行器的滑翔问题并有效增加了留空飞行时间。

Description

一种带滑翔控制机构的扑翼飞行器

技术领域

本发明涉及一种带滑翔控制机构的扑翼飞行器，属于扑翼飞行器技术领域。

背景技术

现有的扑翼飞行器在飞行时都需要主翼不停地上下扑动才能提供足够使扑翼飞行器持续飞行的动力，能源一直在消耗，因而减少了扑翼飞行器的飞行时间。

发明内容

本发明的目的是为了解决扑翼飞行器留空飞行时间偏短的技术问题，提出一种结构新颖、使用简单并对扑翼飞行器操纵性能无任何影响的滑翔飞行控制机构，可有效增加扑翼飞行器的留空飞行时间，且对扑翼飞行器飞行的安全性无影响。

一种带滑翔控制机构的扑翼飞行器，包括机体架、感应模块、左齿轮固定座、驱动摇臂、驱动齿轮、连杆、固定柱、固定片、同步齿轮、电机固定座、驱动电机、机翼主梁、控制模块、感应磁铁、电机齿轮、随动齿轮；

机体架的两侧分别设有左齿轮固定座和右齿轮固定座，驱动电机固定在机体架的上，电机齿轮固定安装在驱动电机输出轴上，机体架上还设有限位孔，左齿轮固定座、右齿轮固定座上分别设有前安装孔和后安装孔，同步齿轮作为随动齿轮的齿轮轴和轴承安装在左齿轮固定座、右齿轮固定座的后安装孔上，驱动齿轮通过齿轮轴和轴承安装在左齿轮固定座、右齿轮固定座的前安装孔上，随动齿轮与电机齿轮啮合，同步齿轮与驱动齿轮啮合，感应磁铁、固定柱固定在驱动齿轮上，固定柱固定在驱动齿轮上，感应磁铁通过固定销连接在驱动齿轮上；

固定片一端设有定位槽，定位槽与固定柱配合，阻止驱动齿轮转动，固定片另一端通过铝销连接在机体架上，固定片中部安装另一铝销，铝销位于限位孔内，通过机体架上的限位孔来限制固定片的转动范围；两个驱动摇臂分别安装在齿轮轴两端侧面，每个驱动摇臂的后端安装有球形铰链头，每个球形铰链头通过连杆连接一个固定摇臂上设置的球形铰链头；

固定轴座A设置在机体架上方，并且垂直于机体架平面安装于机体架上的安装槽上，上表面与机体架的上表面齐平，固定轴座A两端分别连接一个固定摇臂，固定摇臂能够围绕固定轴座A中上下转动，固定摇臂的一侧后端安装有球形铰链头，固定轴座B位于固定轴座A上方且贴合在机体架平面两侧，连接固定在机体架上，用于固定轴座A的固定；机翼主梁位于固定摇臂上，翼膜连接机翼主梁，形成扑翼机机翼；

控制模块固定在机体架上，通过信号线连接感应模块，感应模块固定在机体架，控制模块控制感应模块的启动与关闭，控制模块控制驱动电机的启动与关闭。

本发明的优点在于：

(1)结构简单，质量轻，便于安装与维护，对扑翼飞行器的飞行操纵性无任何影响；

(2)操作简单，能使扑翼飞行器在滑翔与正常飞行状态间迅速切换；

(3)节约能源，能有效增加扑翼飞行器的飞行时间。

附图说明

图1A：扑翼飞行器左侧驱动结构示意图；

图1B：扑翼飞行器右侧驱动结构示意图；

图2：固定轴座的结构示意图；

图3：固定片的结构安装示意图；

图4：机翼的安装示意图；

图5：驱动电机逆时针运行示意图；

图6：驱动电机顺时针运行示意图；

图7：扑翼飞行器滑翔姿态示意图；

图中：

1.机体架2.感应模块3.左齿轮固定座4.驱动摇臂

5.驱动齿轮6.连杆7.固定柱8.固定片

9.同步齿轮10.电机固定座11.驱动电机12.机翼主梁

13.固定轴座A14.固定轴座B15.控制模块16.感应磁铁

17.信号线18.电机齿轮19.随动齿轮20.右齿轮固定座

21.固定摇臂22.球形铰链头23.齿轮轴24.铝销

25.限位孔26.固定销27.主梁安装孔28.翼膜

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种带滑翔控制机构的扑翼飞行器，包括感应模块2、驱动齿轮5、固定柱7、固定片8、同步齿轮9、感应磁铁16、随动齿轮19、控制模块15等。

本发明中固定片8采用薄板设计，通过左齿轮固定座3、右齿轮固定座20将驱动齿轮5安装于机体架1左侧、将随动齿轮19安装于机体架1右侧，同步齿轮9固定在随动齿轮19中心安装孔中作为随动齿轮19齿轮轴使用，同时同步齿轮9与驱动齿轮5相互啮合；驱动摇臂4固定在驱动齿轮5齿轮轴两端侧面，如图3所示，驱动摇臂4与固定摇臂21上分别安装有球形铰链头22，通过连杆6连接驱动摇臂4与固定摇臂21上的球形铰链头22作为扑翼机机翼扑动的传动装置；驱动电机11为扑翼机的动力装置，当控制模块15发出信号控制驱动电机11转动时，安装在驱动电机11电机轴上的电机齿轮18带动随动齿轮19转动，随动齿轮19通过同步齿轮9带动驱动齿轮5转动，驱动齿轮5通过安装在其齿轮轴上的驱动摇臂4带动连杆6使固定摇臂21上下扑动从而驱动机翼上下扑动；固定柱7与感应磁铁16安装于驱动齿轮5上，固定片8与感应模块2在靠近驱动齿轮5处安装于机体架1上；当驱动齿轮5转动到某一位置时，固定片8与固定柱7刚好啮合在一起，同时安装在机体架1上的感应模块2与安装在驱动齿轮5上的感应磁铁16两者刚好重叠在一起。通过调节机体架两侧的连杆6长度使扑翼的机翼处于滑翔姿态，由于扑翼机处于滑翔姿态在空中飞行时机翼会受到空气对其向上的作用力，从而时机翼向上运动，同时会通过连杆6带动驱动齿轮5转动。为了保证扑翼机处于滑翔姿态时机翼位置保持不变，在选择固定柱7安装位置时，当机翼由下往上运动到扑翼处于滑翔姿态时机翼所处的位置，即连杆6与驱动摇臂4连接一端位置处于驱动齿轮5中心左侧位置处，如图1A所示，将固定柱7固定在驱动齿轮5上且与固定片刚好啮合的位置处。在机体架1其他部位安装遥控器、电子调速器、动力电池、控制模块15等设备以供飞行使用。

本发明通过控制模块15控制驱动电机11的正向运动、反向运动以及停止，通过齿轮传动机构来实现驱动齿轮5的正向运动和反向运动。驱动电机11控制驱动齿轮5反向运动且当感应磁铁16运动到感应模块2位置时驱动电机11停止转动，固定片8与固定柱7配合在一起使驱动齿轮5停止运动，从而使扑翼飞行器机翼处于滑翔飞行的姿态。从机体架右侧看，当通过遥控器加大油门，控制模块15接收到遥控器所给出的加大油门信号时控制驱动电机11顺时针转动，同时感应模块处于停止工作状态，电机齿轮18顺时针转动带动随动齿轮19与同步齿轮9逆时针转动，驱动齿轮5顺时针转动。由于固定片8与固定柱7为单向固定，且固定柱7非硬性固定在机体架1上，固定柱7可以围绕铝销24转动，当固定柱7运行到固定片8位置时，固定柱7顶开固定片8继续运行，扑翼处于连续扑动状态；当通过遥控器关闭油门，控制模块15接收到遥控器所给出的关闭油门信号时控制驱动电机11逆时针转动，电机齿轮18逆时针转动带动随动齿轮19与同步齿轮9顺时针转动，驱动齿轮5逆时针转动，当固定柱7运行到固定片8U型固定槽位置时，固定柱7与固定片8相互啮合，同时感应模块2与感应磁铁16相互吸合，感应模块2发出信号，控制模块15接收到信号后控制驱动电机11停止工作，此时控制模块15控制驱动电机11停止工作，即扑翼机处于滑翔姿态。

具体的：

本发明是一种带滑翔控制机构的扑翼飞行器，如图1A、图1B、图2、图3所示，包括机体架1、感应模块2、左齿轮固定座3、驱动摇臂4、驱动齿轮5、连杆6、固定柱7、固定片8、同步齿轮9、电机固定座10、驱动电机11、机翼主梁12、控制模块15、感应磁铁16、电机齿轮18、随动齿轮19。

机体架1的两侧分别设有左齿轮固定座3和右齿轮固定座20，机体架1上设有驱动电机11安装孔，驱动电机11通过电机固定座10固定在机体架1的安装孔上，电机齿轮18固定安装在驱动电机11输出轴上，电机齿轮18的齿轮轴垂直于机体架1平面，机体架1上还设有限位孔25，

左齿轮固定座3、右齿轮固定座20上分别设有前安装孔和后安装孔，同步齿轮9作为随动齿轮19的齿轮轴和轴承安装在左齿轮固定座3、右齿轮固定座20的后安装孔上，驱动齿轮5通过齿轮轴23和轴承安装在左齿轮固定座3、右齿轮固定座20的前安装孔上，随动齿轮19与电机齿轮18啮合，同步齿轮9与驱动齿轮5啮合，

驱动齿轮5上设有感应磁铁16、固定柱7的安装定位孔，感应磁铁16、固定柱7通过安装定位孔固定在驱动齿轮5上，固定柱7与安装定位孔硬性连接，感应磁铁16与安装定位孔用固定销26硬性连接在驱动齿轮5上；

固定片8一端设有定位槽，定位槽与固定柱7配合，阻止驱动齿轮5转动，固定片8另一端通过铝销24连接在机体架1上，固定片8可以围绕铝销24转动，固定片8中部安装另一铝销24，铝销24位于限位孔25内，通过机体架1上的限位孔25来限制固定片8的转动范围；

齿轮轴23两端侧面加工有驱动摇臂4的安装孔，两个驱动摇臂4分别安装在安装孔上，每个驱动摇臂4的后端安装有球形铰链头22，每个球形铰链头22通过连杆6连接一个固定摇臂21上设置的球形铰链头22，

固定轴座A13为两块相互平行的条状部件，设置在机体架1上方并且垂直于机体架1平面安装于机体架1上的安装槽上，上表面与机体架1的上表面齐平，条状部件两端分别设有销孔，同侧两个销孔内用螺杆连接一个固定摇臂21，固定摇臂21通过螺杆连接在同侧两个销孔之间，固定摇臂21可以围绕固定轴座A13中的螺杆上下转动，固定摇臂21的一侧后端安装有球形铰链头22，固定摇臂21采用硬铝加工；固定轴座B14为两块相互平行的条状部件，位于固定轴座A13上方且贴合在机体架1平面两侧，通过固定轴座B14上的销孔用螺杆连接固定在机体架1上，用于固定轴座A13的固定，防止固定轴座A13在机体架1上的安装槽内上下移动。

如图4所示，固定摇臂21上加工有机翼主梁12安装孔，将机翼主梁12插入到固定摇臂21的机翼安装孔27中，固定摇臂21侧面加工有固定孔，用螺杆将机翼主梁12固定在固定摇臂21上；机翼翼膜28采用尼龙布加工制作而成，将翼膜28前端与机翼主梁12用胶水粘连在一起即为扑翼机机翼，将翼膜28中间部位与机体架1背部连接。

控制模块15固定在机体架1上，通过信号线17连接感应模块2，感应模块2固定在机体架1，控制模块15控制感应模块2的启动与关闭，控制模块15控制驱动电机11的启动与关闭；

当感应模块2处于工作启动状态，感应模块2检测感应磁铁16的运动位置，感应磁铁16运动到感应模块2所在的位置时，驱动电机11停止工作，感应磁铁16与感应模块2吸合，固定柱7与固定片8啮合使驱动齿轮5停止运动，扑翼飞行器滑翔飞行；

当感应模块2处于停止工作状态，感应磁铁16与感应模块2不吸合，固定柱7运动到固定片8位置时，拨动固定片8围绕铝销24向上转动，驱动齿轮5自由运动，扑翼飞行器正常飞行；

通过左齿轮固定座3、右齿轮固定座20将整套齿轮组固定在机体架1上，驱动电机11、随动齿轮19、驱动齿轮5在机体架1上从后往前依次安装，其中驱动电机11、驱动齿轮5安装在机体架1左侧，随动齿轮19安装在机体架1右侧；

从机体架1右侧观察，即如图1B所示，当加大油门时，控制模块15控制驱动电机11顺时针转动，电机齿轮18顺时针转动，电机齿轮18带动随动齿轮19逆时针转动，同步齿轮9跟随随动齿轮19同步转动，同步齿轮9带动驱动齿轮5顺时针转动，驱动摇臂4跟随驱动齿轮5的齿轮轴23转动，通过连接在固定摇臂21上的球形铰链头22和驱动摇臂4上球形铰链头22的连杆6带动驱动摇臂的上下扑动，继而实现扑翼机机翼的上下扑动。当关闭油门时，控制模块15控制驱动电机11逆时针转动，电机齿轮18逆时针转动，电机齿轮18带动随动齿轮19顺时针转动，同步齿轮9跟随随动齿轮19同步转动，同步齿轮9带动驱动齿轮5逆时针转动，驱动摇臂4跟随驱动齿轮5的齿轮轴23转动，由于连杆6与驱动摇臂4和固定摇臂21的连接采用球形铰链头22方式，所以不管驱动电机11是顺时针转动还是逆时针转动都对扑翼机机翼的上下扑动不会产生任何影响，通过连接在固定摇臂21上的球形铰链头22和驱动摇臂4上的球形铰链头22的连杆6带动驱动摇臂的上下扑动，继而实现扑翼机机翼的上下扑动。

如图3所示，此图为从机体架左侧局部观察示图，具体展示了扑翼处于滑翔姿态时，滑翔控制机构对扑翼机的控制，即如何使扑翼机机翼在处于某一姿态时不会产生改变的原因；当驱动齿轮5顺时针转动到此位置时(从机体架右侧观察为逆时针转动，即处于关闭油门阶段)，固定柱7刚好会运行到固定片8定位槽内，即阻止了驱动齿轮的继续转动；为了防止驱动齿轮5的回转，安装在驱动摇臂上的感应磁铁16和安装在机体架1上的感应模块2相互吸合，从而使扑翼机处于滑翔姿态。

如图5所示，驱动电机11带动驱动齿轮5逆时针转动(从机体架右侧观察为顺时针转动，即处于加大油门阶段)，控制模块15发出信号使感应模块2停止工作，不再检测感应磁铁16的运动位置，驱动齿轮5上的固定柱7运动到此位置时，拨动固定片8围绕铝销24向上转动，固定柱7通过后固定片8回到初始位置。如此反复，驱动齿轮5即可连续的自由运动，扑翼飞行器处于正常飞行模式；

如图6所示，固定片8所处位置即为其初始位置，驱动电机11带动驱动齿轮5顺时针转动(从机体架右侧观察为逆时针转动，即处于关闭油门阶段)，控制模块15发出信号使感应模块2开始工作检测感应磁铁16的运动位置，感应磁铁16运动到感应模块2所在的位置时，驱动电机11停止工作，此时驱动齿轮5上的固定柱7运动到固定片8所在安装位置，驱动齿轮5上的固定柱7与固定片8啮合使驱动齿轮5停止运动，扑翼飞行器滑翔飞行，如图7所示。

本实施例中机体架1、左齿轮固定柱3、固定片8、电机固定座10、固定轴座A13、固定轴座B14、右齿轮固定座20均采用碳纤板材加工；驱动摇臂4、固定摇臂21、齿轮轴23、铝销24均用硬铝加工；感应模块2为电子元件；电机齿轮18、同步齿轮9采用铁加工；驱动齿轮5和随动齿轮19采用塑料加工；固定摇臂21在固定轴座上的安装用螺杆固定。

装配时：

将同步齿轮9安装在随动齿轮19中心安装孔中，用螺钉固定；将同步齿轮9和驱动齿轮5的齿轮轴23套上轴承，压入左、右齿轮固定座3、20上的相应安装孔，将其整体用螺钉固定在机体架1上；将驱动电机11安装在电机固定座10上后用螺钉固定在机体架1上。

将驱动摇臂4用螺钉固定在驱动齿轮5的齿轮轴23两端的安装孔上，将驱动摇臂4和固定摇臂21上的球形铰链头22压入连杆6两端的球形铰链座里；将机翼主梁12插入固定摇臂21的安装孔中，将翼膜28与机翼主梁12和机体架1的相应安装位置进行胶结。

将固定片8的一端用铝销24销接在机体架1上，保证固定片8可以绕铝销自由转动；将感应模块2用螺钉固定在机体架1上；将扑翼机调整为滑翔飞行时的姿态，将感应模块2在驱动齿轮5上遮挡的位置处用铝销24将感应磁铁16销接在驱动齿轮5上，将固定柱7安装在刚好与固定片8啮合的位置处固定在驱动齿轮5上。

本发明的特点是:

1、包括感应磁铁16、感应模块2、固定柱7、固定片8、控制模块15等机构。通过感应模块2检测感应磁铁16位置由机械定位装置定位来实现滑翔姿态位置的保持。

2、通过遥控接收机提供给驱动电机11转速降低的信号值(达到某一设定值)，控制模块15控制驱动电机11顺时针转动，从而带动驱动齿轮5顺时针运动。

3、通过感应模块2检测感应磁铁16的装置，固定柱7与固定片8啮合固定实现机翼滑翔姿态位置的定位。

4、通过遥控接收机提供给驱动电机11正常转动的信号，固定片8与固定柱7分离，扑翼机实现正常飞行。

Claims (3)

1.一种带滑翔控制机构的扑翼飞行器，包括机体架、感应模块、左齿轮固定座、驱动摇臂、驱动齿轮、连杆、固定柱、固定片、同步齿轮、电机固定座、驱动电机、机翼主梁、控制模块、感应磁铁、电机齿轮、随动齿轮；

机体架的两侧分别设有左齿轮固定座和右齿轮固定座，驱动电机固定在机体架上，电机齿轮固定安装在驱动电机输出轴上，机体架上还设有限位孔，左齿轮固定座、右齿轮固定座上分别设有前安装孔和后安装孔，同步齿轮作为随动齿轮的齿轮轴和轴承安装在左齿轮固定座、右齿轮固定座的后安装孔上，驱动齿轮通过齿轮轴和轴承安装在左齿轮固定座、右齿轮固定座的前安装孔上，随动齿轮与电机齿轮啮合，同步齿轮与驱动齿轮啮合，感应磁铁、固定柱固定在驱动齿轮上，固定柱固定在驱动齿轮上，感应磁铁通过固定销连接在驱动齿轮上；

固定片一端设有定位槽，定位槽与固定柱配合，阻止驱动齿轮转动，固定片另一端通过铝销连接在机体架上，固定片中部安装另一铝销，铝销位于限位孔内，通过机体架上的限位孔来限制固定片的转动范围；两个驱动摇臂分别安装在驱动齿轮轴两端侧面，每个驱动摇臂的后端安装有球形铰链头，每个球形铰链头通过连杆连接一个固定摇臂上设置的球形铰链头；

固定轴座A设置在机体架上方，并且垂直于机体架平面安装于机体架上的安装槽上，上表面与机体架的上表面齐平，固定轴座A两端分别连接一个固定摇臂，固定摇臂能够围绕固定轴座A中上下转动，固定摇臂的一侧后端安装有球形铰链头，固定轴座B位于固定轴座A上方且贴合在机体架平面两侧，连接固定在机体架上，用于固定轴座A的固定；机翼主梁位于固定摇臂上，翼膜连接机翼主梁，形成扑翼机机翼；

控制模块固定在机体架上，通过信号线连接感应模块，感应模块固定在机体架，控制模块控制感应模块的启动与关闭，控制模块控制驱动电机的启动与关闭。

2.根据权利要求1所述的一种带滑翔控制机构的扑翼飞行器，当感应模块处于工作启动状态，感应模块检测感应磁铁的运动位置，感应磁铁运动到感应模块所在的位置时，驱动电机停止工作，感应磁铁与感应模块吸合，固定柱与固定片啮合使驱动齿轮停止运动，扑翼飞行器滑翔飞行。

3.根据权利要求1所述的一种带滑翔控制机构的扑翼飞行器，当感应模块处于停止工作状态，感应磁铁与感应模块不吸合，固定柱运动到固定片位置时，拨动固定片围绕铝销向上转动，驱动齿轮自由运动，扑翼飞行器正常飞行。