CN106542095B - 一种扑翼微型飞行机器人后翅外展内收装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种扑翼微型飞行机器人后翅外展内收装置，解决了现有技术中扑翼微型飞行器并未实现后翅外展/内收运动及其自锁功能的问题。本发明包括后翅支架模块、后翅外展/内收运动驱动模块和俯仰驱动模块，后翅支架模块、后翅外展/内收运动驱动模块和俯仰驱动模块均安装在绳驱动模块安装支架上。本发明的优点：设计的后翅外展/内收运动装置使得飞行机器人的后翅具有外展/内收和自锁功能，使飞行机器人更加便于携带和复杂环境下的隐藏，有广阔的应用前景。此外，扑翼外展/内收装置采用模块化设计，使得扑翼微型飞行机器人的安装、维护、保养、修理更加方便。

Description

一种扑翼微型飞行机器人后翅外展内收装置

技术领域

本发明涉及仿生机器人驱动装置，特别是指一种扑翼微型飞行机器人后翅外展内收装置。

背景技术

自然界中，飞鸟、昆虫等扑翼飞行生物具有令人惊叹的飞行技巧。对扑翼飞行原理的深入研究将为微型飞行器的研发提供新的思路，将提高现有微型飞行器的性能，推动微型飞行器的开发和研制。目前对折叠翼仿生设计主要集中在固定翼的研究，取得了一些进展，研发了一些仿昆虫飞行器，但存在一些问题，如固定翼（翅膀）在超载后容易折断，或者在特殊环境中不利对翅膀的保护。折叠翼不工作可以折叠，对翅翼起到保护作用，其可以钻入泥土、潜入水中。相比于固定翼与振翅飞行器，仿生可折叠翼飞行器具有更小的物理尺寸，便于携带、隐蔽、伪装,以适应复杂环境和满足不同的任务，具有折叠翼的微型扑翼飞行器在军事领域和民用领域有重要的应用前景。

目前，公开的扑翼微型飞行器有很多种：主要有哈佛大学的扑翼微型飞行器Fly，其采用压电陶瓷驱动，其特点是体型非常小，重量80毫克，翅膀翼展3厘米，每秒可拍动120次；Quang-Tri Truong等人采用双四杆机构实现了仿独角仙人工后翅的折叠功能，能够体现展开、折叠时两主翼脉之间角度的变化。但是，安装到扑翼系统上，该人工翅是通过手动操作来实现折叠与展开的；MUHAMMAD Azhar等人制作了基于四板理论的人工翅，通过配置5V、1.5A的电源驱动形状记忆合金来实现折叠。但是上述扑翼微型飞行器只实现了甲虫后翅的折叠、甲虫后翅的旋前或旋后，但是并未实现后翅外展/内收运动及其自锁功能，该功能有利于减小扑翼微型飞行器的体积，除了便于携带，还适用于复杂情况下的隐藏和侦察。

发明内容

本发明提出一种扑翼微型飞行机器人后翅外展内收装置，解决了现有技术中扑翼微型飞行器并未实现后翅外展/内收运动及其自锁功能的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：包括后翅支架模块、后翅外展/内收运动驱动模块和俯仰驱动模块，后翅支架模块、后翅外展/内收运动驱动模块和俯仰驱动模块均安装在绳驱动模块安装支架上。

所述的后翅支架模块包括后L件、侧边构件、后翅外展锁紧弹簧、后翅外展锁紧销、销钉、后翅外展/内收连杆、后翅内收锁紧销、后翅内收锁紧弹簧、后翅拍动摆杆、前L件、后翅支架加强杆、后翅支架空心销；侧边构件和后翅外展/内收连杆通过销钉转动连接；后翅支架空心销与绳驱动模块安装支架上的空心销配合孔为过盈配合，后翅支架空心销分别与后L件、后翅拍动摆杆、前L件为间隙配合，后L件、后翅拍动摆杆、前L件通过侧边构件固定连接，并通过后翅支架加强杆强化连接，四板折叠翼模块与后翅外展/内收连杆固定连接；后翅外展/内收连杆的下表面加工有外展锁紧凹槽和内收锁紧凹槽，外展锁紧凹槽与后翅外展锁紧销配合，后翅外展锁紧销设在侧边构件上，后翅外展锁紧销与侧边构件之间设有后翅外展锁紧弹簧，内收锁紧凹槽与后翅内收锁紧销配合，后翅内收锁紧销设在侧边构件上，后翅内收锁紧销与侧边构件之间设有后翅内收锁紧弹簧。

后翅外展/内收运动驱动模块包括外展/内收电机支架、外展/内收电机固定螺钉、外展/内收电机固定螺母、外展/内收电机、外展/内收盘线杆、盘线杆绳销；外展/内收电机支架与绳驱动模块安装支架固定连接，外展/内收电机支架与外展/内收电机通过外展/内收电机固定螺钉固定连接，外展/内收盘线杆与外展/内收电机连接，外展/内收盘线杆与盘线杆绳销固定连接，后翅外展/内收运动驱动模块与绳驱动模块安装支架固定连接。外展柔性绳、内收柔性绳分别与绳固定销相连接，外展柔性绳通过前L件过绳孔Ⅰ，内收柔性绳通过前L件过绳孔Ⅱ，两根柔性绳通过前L件过绳孔Ⅲ，接着从后L件过绳孔引出，外展柔性绳与外展/内收盘线杆左侧盘线杆绳销连接，内收柔性绳与外展/内收盘线杆右侧盘线杆绳销连接。

所述的俯仰驱动模块包括俯仰电机和俯仰电机支撑板，俯仰电机和俯仰电机支撑板通过俯仰电机支架固定连接，俯仰电机的输出端与俯仰曲柄杆连接，俯仰曲柄杆通过俯仰曲柄杆连接销与俯仰连杆连接，俯仰连杆与俯仰连杆销座通过俯仰连杆销连接，俯仰连杆销座与拍翅电机支撑板在拍翅电机支撑板凹槽处固定连接，俯仰电机支撑板和拍翅电机支撑板之间通过俯仰运动附件Ⅰ、俯仰运动回转销、俯仰运动附件Ⅱ组成铰链结构，俯仰运动附件Ⅱ与拍翅电机支撑板在拍翅电机连接面处固定连接，俯仰运动附件Ⅰ与俯仰电机支撑板在支撑板连接面处固定连接，俯仰电机支撑板与绳驱动模块安装支架固定连接。

本发明的优点：提高了扑翼微型飞行机器人的运动性能，使扑翼机器人的后翅外展/内收等方面的性能得到了提高，使其更加便于携带和复杂环境下的隐藏，有广阔的应用前景。后翅外展/内收装置采用模块化设计，使得扑翼微型飞行机器人的安装、维护、保养、修理更加方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明第一三维结构级模块划分图。

图2为本发明第二三维结构级模块划分图。

图3为本发明后翅支架模块零件图。

图4为本发明后翅外展/内收连杆中锁紧凹槽图。

图5为本发明后翅外展/内收驱动模块结构图。

图6为本发明后翅外展/内收驱动原理图。

图7为本发明俯仰驱动模块结构图。

其中：1.四板折叠翼模块，2.后翅支架模块，3.后翅外展/内收运动驱动模块，6.俯仰驱动模块，7.绳驱动模块安装支架，9.俯仰运动附件Ⅰ，10.俯仰运动回转销，11俯仰运动附件Ⅱ。

2-1.后L件，2-2.侧边构件，2-3.后翅外展锁紧弹簧，2-4.后翅外展锁紧销，2-5.销钉，2-6.绳固定销，2-7.后翅外展/内收连杆，2-8.后翅内收锁紧销，2-9.后翅内收锁紧弹簧，2-10.后翅拍动摆杆，2-11.锁紧销钉螺母，2-12.前L件，2-13.后翅支架加强杆，2-14.后翅支架空心销，2-15.垫片，7-0-1.空心销配合孔。

2-1-1.后L件过绳孔，2-7-1.外展锁紧凹槽，2-7-2.内收锁紧凹槽，2-12-1.前L件过绳孔Ⅰ，2-12-2.前L件过绳孔Ⅱ，2-12-3.前L件过绳孔Ⅲ，Ⅰ.外展柔性绳，Ⅱ.内收柔性绳。

3-1.外展/内收电机支架，3-2.外展/内收电机固定螺钉，3-3.外展/内收电机固定螺母，3-4.外展/内收电机，3-5.外展/内收盘线杆，3-6.盘线杆绳销。

6-1.俯仰电机支架，6-2.俯仰电机支撑板，6-3.俯仰电机，6-4.俯仰曲柄杆，6-2-1.支撑板粘接面，6-5.俯仰曲柄杆连接销，6-6.俯仰连杆，6-7.俯仰连杆销座，6-8.俯仰连杆销，8-1.拍翅电机支撑板，8-1-1.拍翅电机支撑板凹槽，8-1-2.拍翅电机连接面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1~7所示，本发明提出一种扑翼微型飞行机器人后翅外展内收装置，包括后翅支架模块2、后翅外展/内收运动驱动模块3和俯仰驱动模块6，后翅支架模块2、后翅外展/内收运动驱动模块3和俯仰驱动模块6均安装在绳驱动模块安装支架7上。

所述的后翅支架模块2包括后L件2-1、侧边构件2-2、后翅外展锁紧弹簧2-3、后翅外展锁紧销2-4、销钉2-5、后翅外展/内收连杆2-7、后翅内收锁紧销2-8、后翅内收锁紧弹簧2-9、后翅拍动摆杆2-10、前L件2-12、后翅支架加强杆2-13、后翅支架空心销2-14；侧边构件2-2和后翅外展/内收连杆2-7通过销钉2-5转动连接；后翅支架空心销2-14与绳驱动模块安装支架7上的空心销配合孔7-0-1为过盈配合，而后翅支架空心销2-14分别与后L件2-1、后翅拍动摆杆2-10、前L件2-12为间隙配合。后L件2-1、后翅拍动摆杆2-10、前L件2-12通过侧边构件2-2固定连接，并通过后翅支架加强杆2-13强化连接，四板折叠翼模块1与后翅外展/内收连杆2-7固定连接；后翅外展/内收连杆2-7的下表面加工有外展锁紧凹槽2-7-1和内收锁紧凹槽2-7-2，外展锁紧凹槽2-7-1与后翅外展锁紧销2-4配合，后翅外展锁紧销2-4设在侧边构件2-2上，后翅外展锁紧销2-4与侧边构件2-2之间设有后翅外展锁紧弹簧2-3，内收锁紧凹槽2-7-2与后翅内收锁紧销2-8配合，后翅内收锁紧销2-8设在侧边构件2-2上，后翅内收锁紧销2-8与侧边构件2-2之间设有后翅内收锁紧弹簧2-9，后翅内收锁紧销2-8与锁紧销钉螺母2-11配合，绳驱动模块安装支架7与后L件2-1、后翅拍动摆杆2-10连接处设有垫片2-15。

后翅外展/内收运动驱动模块3包括外展/内收电机支架3-1、外展/内收电机固定螺钉3-2、外展/内收电机固定螺母3-3、外展/内收电机3-4、外展/内收盘线杆3-5、盘线杆绳销3-6；外展/内收电机支架3-1与外展/内收电机3-4通过外展/内收电机固定螺钉3-2、外展/内收电机固定固定螺母3-3固定连接，外展/内收盘线杆3-5与外展/内收电机3-4连接，外展/内收盘线杆3-5与盘线杆绳销3-6固定连接，后翅外展/内收运动驱动模块3与绳驱动模块安装支架7固定连接，外展柔性绳Ⅰ、内收柔性绳Ⅱ分别与绳固定销2-6相连接，外展柔性绳Ⅰ通过前L件过绳孔Ⅰ2-12-1，内收柔性绳Ⅱ通过前L件过绳孔Ⅱ2-12-2，两根柔性绳通过前L件过绳孔Ⅲ2-12-3，接着从后L件过绳孔2-1-1引出，外展柔性绳Ⅰ与外展/内收盘线杆3-5左侧盘线杆绳销3-6连接，内收柔性绳Ⅱ与外展/内收盘线杆3-5右侧盘线杆绳销3-6连接。

所述的俯仰驱动模块6包括俯仰电机6-3和俯仰电机支撑板6-2，俯仰电机6-3和俯仰电机支撑板6-2通过俯仰电机支架6-1固定连接，俯仰电机的输出端与俯仰曲柄杆6-4连接，俯仰曲柄杆6-4通过俯仰曲柄杆连接销6-5与俯仰连杆6-6连接，俯仰连杆6-6与俯仰连杆销座6-7通过俯仰连杆销6-8连接，俯仰连杆销座6-7与拍翅电机支撑板8-1在拍翅电机支撑板凹槽8-1-1处固定连接，俯仰电机支撑板6-2和拍翅电机支撑板8-1之间通过俯仰运动附件Ⅰ9、俯仰运动回转销10、俯仰运动附件Ⅱ11组成铰链结构，俯仰运动附件Ⅱ11与拍翅电机支撑板8-1在拍翅电机连接面8-1-2处固定连接，俯仰运动附件Ⅰ9与俯仰电机支撑板6-2在支撑板连接面6-2-1处固定连接，俯仰电机支撑板8-1与绳驱动模块安装支架7固定连接。

后翅的外展/内收运动及其自锁过程如下：在后翅支架模块2中，侧边构件2-2和后翅外展/内收连杆2-7通过销钉2-5实现活转动连接，在与绳固定销2-6相连的柔性绳的牵引下后翅外展/内收连杆2-7可绕销钉2-5转动，四板折叠翼模块1与后翅外展/内收连杆2-7固定连接，从而实现了四板翼（后翅）的外展/内收运动。外展/内收运动的锁紧是通过弹簧—销—凹槽的结构形式来实现的，锁紧机构由后翅外展锁紧弹簧2-3、后翅外展锁紧销2-4组成。后翅外展/内收连杆2-7的下表面加工有2个凹槽，后翅外展到达目标位置时，后翅外展锁紧销2-4插入翅外展/内收连杆2-7下表面的外展锁紧凹槽2-7-1，在后翅外展锁紧弹簧2-3弹力作用下，实现后翅外展状态下的锁紧；同理，在后翅内收锁紧销2-8、后翅内收锁紧弹簧2-9和后翅外展/内收连杆2-7下表面的内收锁紧凹槽2-7-2的共同作用下，实现折叠翼内收状态下的锁紧。

外展/内收电机3-4逆时针旋转时，在盘线杆左侧绳销3-6的牵引下外展柔性绳Ⅰ收缩，与此同时，内收柔性绳Ⅱ释放，外展柔性绳Ⅰ拉动后翅外展/内收连杆2-7绕销钉2-5转动，靠近外展锁紧位置时，克服后翅外展锁紧弹簧2-3的弹力，使后翅外展锁紧销2-4嵌入后翅外展/内收连杆2-7下表面的外展锁紧凹槽2-7-1中，从而达到后翅外展锁紧目的；外展/内收电机3-4顺时针旋转时，在盘线杆右侧绳销3-6的牵引下内收柔性绳Ⅱ收缩，与此同时，外展柔性绳Ⅰ释放，内收柔性绳Ⅱ拉动后翅外展/内收连杆2-7绕销钉2-5转动，靠近内收锁紧位置时，克服后翅内收锁紧弹簧2-9的弹力，使后翅内收锁紧销2-8钉嵌入后翅外展/内收连杆2-7下表面的内收锁紧凹槽2-7-2中，从而达到后翅内收锁紧目的。

机器人飞行时的俯仰运动运动过程如下：俯仰电机6-3通过俯仰曲柄杆6-4，俯仰连杆6-6将动力传递到与俯仰连杆销座6-7，俯仰连杆销座6-7与和拍翅电机支撑板8-1固定连接，从而驱动拍翅电机支撑板8-1相对于俯仰运动模块6转动，实现飞行器机体的俯仰运动，可以调整飞行器的姿态。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种扑翼微型飞行机器人后翅外展内收装置，其特征在于：包括后翅支架模块（2）、后翅外展/内收运动驱动模块（3）和俯仰驱动模块（6），后翅支架模块（2）、后翅外展/内收运动驱动模块（3）和俯仰驱动模块（6）均安装在绳驱动模块安装支架（7）上；

所述的后翅支架模块（2）包括后L件（2-1）、侧边构件（2-2）、后翅外展锁紧弹簧（2-3）、后翅外展锁紧销（2-4）、销钉（2-5）、后翅外展/内收连杆（2-7）、后翅内收锁紧销（2-8）、后翅内收锁紧弹簧（2-9）、后翅拍动摆杆（2-10）、前L件（2-12）、后翅支架加强杆（2-13）、后翅支架空心销（2-14）；侧边构件（2-2）和后翅外展/内收连杆（2-7）通过销钉（2-5）转动连接；后翅支架空心销（2-14）与绳驱动模块安装支架（7）上的空心销配合孔（7-0-1）为过盈配合，后翅支架空心销（2-14）分别与后L件（2-1）、后翅拍动摆杆（2-10）、前L件（2-12）为间隙配合；后L件（2-1）、后翅拍动摆杆（2-10）、前L件（2-12）通过侧边构件（2-2）固定连接，并通过后翅支架加强杆（2-13）强化连接，四板折叠翼模块（1）与后翅外展/内收连杆（2-7）固定连接；后翅外展/内收连杆（2-7）的下表面加工有外展锁紧凹槽（2-7-1）和内收锁紧凹槽（2-7-2），外展锁紧凹槽（2-7-1）与后翅外展锁紧销（2-4）配合，后翅外展锁紧销（2-4）设在侧边构件（2-2）上，后翅外展锁紧销（2-4）与侧边构件（2-2）之间设有后翅外展锁紧弹簧（2-3），内收锁紧凹槽（2-7-2）与后翅内收锁紧销（2-8）配合，后翅内收锁紧销（2-8）设在侧边构件（2-2）上，后翅内收锁紧销（2-8）与侧边构件（2-2）之间设有后翅内收锁紧弹簧（2-9）。

2.根据权利要求1所述的一种扑翼微型飞行机器人后翅外展内收装置，其特征在于：后翅外展/内收运动驱动模块（3）包括外展/内收电机支架（3-1）、外展/内收电机固定螺钉（3-2）、外展/内收电机固定螺母（3-3）、外展/内收电机（3-4）、外展/内收盘线杆（3-5）、盘线杆绳销（3-6）；外展/内收电机支架（3-1）与绳驱动模块安装支架（7）固定连接，外展/内收电机支架（3-1）与外展/内收电机（3-4）通过外展/内收电机固定螺钉（3-2）固定连接，外展/内收盘线杆（3-5）与外展/内收电机（3-4）连接，外展/内收盘线杆（3-5）与盘线杆绳销（3-6）固定连接；外展柔性绳（Ⅰ）、内收柔性绳（Ⅱ）分别与绳固定销（2-6）相连接，外展柔性绳（Ⅰ）通过前L件过绳孔Ⅰ（2-12-1），内收柔性绳（Ⅱ）通过前L件过绳孔Ⅱ（2-12-2），两根柔性绳通过前L件过绳孔Ⅲ（2-12-3），接着从后L件过绳孔（2-1-1）引出，外展柔性绳（Ⅰ）与外展/内收盘线杆（3-5）左侧盘线杆绳销（3-6）连接，内收柔性绳（Ⅱ）与外展/内收盘线杆（3-5）右侧盘线杆绳销（3-6）连接。

3.根据权利要求1所述的一种扑翼微型飞行机器人后翅外展内收装置，其特征在于：所述的俯仰驱动模块（6）包括俯仰电机（6-3）和俯仰电机支撑板（6-2），俯仰电机（6-3）和俯仰电机支撑板（6-2）通过俯仰电机支架（6-1）固定连接，俯仰电机的输出端与俯仰曲柄杆（6-4）连接，俯仰曲柄杆（6-4）通过俯仰曲柄杆连接销（6-5）与俯仰连杆（6-6）连接，俯仰连杆（6-6）与俯仰连杆销座（6-7）通过俯仰连杆销（6-8）连接，俯仰连杆销座（6-7）与拍翅电机支撑板（8-1）在拍翅电机支撑板凹槽（8-1-1）处固定连接，俯仰电机支撑板（6-2）和拍翅电机支撑板（8-1）之间通过俯仰运动附件Ⅰ（9）、俯仰运动回转销（10）、俯仰运动附件Ⅱ（11）组成铰链结构，俯仰运动附件Ⅱ（11）与拍翅电机支撑板（8-1）在拍翅电机连接面（8-1-2）处固定连接，俯仰运动附件Ⅰ（9）与俯仰电机支撑板（6-2）在支撑板连接面（6-2-1）处固定连接，拍翅电机支撑板（8-1）与绳驱动模块安装支架（7）固定连接。