CN107902086A - 一种基于压电驱动的扑旋翼飞行器及驱动方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于压电驱动的扑旋翼飞行器及驱动方法，该飞行器包括基座、两个压电片、半菱形柔性放大机构、柔性关节和两个翼；基座上端中间位置设有一个中空圆柱形凸台，半菱形柔性放大机构上端中间位置设有输出杆，柔性关节呈“口”字形，其上端两侧有伸出部分，其上、下端中间位置各有一个通孔；两个压电片以镜像方式安装在基座两侧，上端分别安装在半菱形柔性放大机构两侧；输出杆穿过基座上端通孔与柔性关节上端通孔通过旋转轴承连接，柔性关节下端通孔通过旋转轴承与基座上端的圆柱形凸台连接，两个翼以反对称方式分别安装在柔性关节两边的伸出部分；本发明还提供驱动两个翼进行扑动和旋转的方法；本发明能够以更微小的尺寸进行加工并实现顺利装配，进而获得体积更小质量更轻的微型扑旋翼飞行器。

Description

一种基于压电驱动的扑旋翼飞行器及驱动方法
技术领域
本发明属于微型飞行器技术领域，具体涉及一种基于压电驱动的扑旋翼飞行器及驱动方法。
背景技术
相比于扑翼及旋翼，扑旋翼是一种将扑翼和旋翼相结合的技术，由于一对反向设置的扑翼在扑动过程中产生升力的同时还会产生一对反向推力，这对反向推力所构成的力偶又驱动扑翼自旋，如将扑翼的旋转自由度释放便成为了扑旋翼结构，其旋转产生的周向运动速度又进一步增加了升力，因此扑旋翼飞行器相比扑翼及旋翼飞行器具有更高的升力。以往的扑旋翼飞行器大多基于电机驱动，且其结构多采用摇杆、常规铰链等机构实现位移传动，这种复杂结构及相应装配过程极大地限制了扑旋翼飞行器向微型化结构发展的进程。
发明内容
为了解决传统扑旋翼飞行器结构在实现微型化目标过程中所遇到的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于压电驱动的扑旋翼飞行器及驱动方法，本发明所述飞行器采用体积很小的压电片实现驱动，飞行器组件个数较少且大多为一体化加工，同时采用柔性机构代替摇杆及常规铰链实现位移传动，使得整个飞行器的结构极为轻巧，很大程度上简化了飞行器结构及其相应的装配过程；因此本发明所述结构能够以更微小的尺寸进行加工并实现顺利装配，进而获得体积更小质量更轻的微型扑旋翼飞行器。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种基于压电驱动的扑旋翼飞行器，包括基座1，分别安装在基座1左右两侧安装槽中相对于基座1镜像设置的左压电片2和右压电片3，安装在左压电片2和右压电片3上端的半菱形柔性放大机构4，安装在半菱形柔性放大机构4上端的柔性关节5以及分别安装在柔性关节5左右两侧的左边翼6和右边翼7；所述基座1的前后两侧均开有一个安装槽，其中间设置有“门”形支撑柱，所述“门”形支撑柱上端中间位置开有一个通孔且一体化设置有一个圆柱形凸台1‐1，所述圆柱形凸1‐1为中空结构；所述半菱形柔性放大机构4穿过基座1的“门”形支柱，半菱形柔性放大机构4的左右两侧分别开有一个安装槽，同时上端中间位置一体化设置有输出杆4‐1，所述左压电片2和右压电片3的上端分别安装在半菱形柔性放大机构4左右两侧的安装槽中，所述输出杆4‐1穿过基座1中“门”形支柱上端的通孔并穿出圆柱形凸台1‐1；所述柔性关节5呈对称的“口”字形结构，其上下端中间位置各开有一个通孔，其左右两端设置有伸出部分并开有安装槽，其“口”字上端的左右两端拐角位置均设置有由一个水平方向柔性铰链和一个竖直方向柔性铰链构成的转动柔性铰链组合，所述左边翼6和右边翼7分别以正向和反向方式安装在柔性关节5的左右两端伸出部分的安装槽中，所述输出杆4‐1的上端以过盈配合方式与旋转轴承8的内圈连接，旋转轴承8的外圈以过盈配合方式与柔性关节5的上端通孔连接，所述基座1中的圆柱形凸台1‐1以过盈配合方式与旋转轴承8的内圈连接，旋转轴承8的外圈以过盈配合方式与柔性关节5的下端通孔连接。
一种基于压电驱动的扑旋翼飞行器的驱动方法，当给左压电片2和右压电片3同时施加正电压时，两个压电片的上端都向外侧弯曲，进而等效地给半菱形柔性放大机构4施加水平拉伸作用；当给左压电片2和右压电片3同时施加负电压时，两个压电片的上端都向内侧弯曲，进而等效地给半菱形柔性放大机构4施加水平压缩作用；所述半菱形柔性放大机构4在受到水平拉伸作用和水平压缩作用下产生相应的柔性变形，进而驱动输出杆4‐1沿竖直方向分别进行向下和向上运动；所述柔性关节5中的两对柔性铰链组合在输出杆4‐1的驱动下产生柔性变形，使得柔性关节5中左右两边的伸出部分分别以左右两边的柔性铰链组合为转轴产生上下摆动运动，进而驱动左边翼6和右边翼7上下扑动运动，扑动过程中由于气动原因会给左边翼6和右边翼7产生一对反向推力，反向推力所构成的力偶驱动左边翼6、右边翼7和柔性关节5一同绕基座1上端的圆柱形凸台1‐1进行旋转。
和现有技术相比，本发明具有如下优点：
1)本发明采用柔性传动机构代替传统的摇杆及常规铰链传动机构，使其结构非常简单，更容易实现飞行器的微型化设计和制造。
2)本发明关键零件可采用一体化加工技术进行制造，因此其装配流程相非常简单且能保证较高的装配精度。
附图说明
图1为本发明基于压电驱动的扑旋翼飞行器结构图。
图2为基座结构图。
图3为半菱形柔性放大机构结构图。
图4为柔性关节结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1、图2和图3所示，本发明一种基于压电驱动的扑旋翼飞行器，包括基座1，分别安装在基座1左右两侧安装槽中相对于基座1镜像设置的左压电片2和右压电片3，安装在左压电片2和右压电片3上端的半菱形柔性放大机构4，安装在半菱形柔性放大机构4上端的柔性关节5以及分别安装在柔性关节5左右两侧的左边翼6和右边翼7。所述基座1的前后两侧都开有一个安装槽，其中间设置有“门”形支撑柱，所述“门”形支撑柱上端中间位置开有一个通孔且一体化设置有一个圆柱形凸台1‐1，所述圆柱形凸1‐1为中空结构；所述半菱形柔性放大机构4穿过基座1的“门”形支柱，半菱形柔性放大机构4的左右两侧分别开有一个安装槽，同时上端中间位置一体化设置有输出杆4‐1，所述左压电片2和右压电片3的上端分别安装在半菱形柔性放大机构4左右两侧的安装槽中，所述输出杆4‐1穿过基座1中“门”形支柱上端的通孔并穿出圆柱形凸台1‐1；所述柔性关节5呈对称的“口”字形结构，其上下端中间位置各开有一个通孔，其左右两端设置有伸出部分并开有安装槽，其“口”字上端的左右两端拐角位置均设置有由一个水平方向柔性铰链和一个竖直方向柔性铰链构成的转动柔性铰链组合，所述左边翼6和右边翼7分别以正向和反向方式安装在柔性关节5的左右两端伸出部分的安装槽中，所述输出杆4‐1的上端以过盈配合方式与旋转轴承8的内圈连接，旋转轴承8的外圈以过盈配合方式与柔性关节5的上端通孔连接，所述基座1中的圆柱形凸台1‐1以过盈配合方式与旋转轴承8的内圈连接，旋转轴承8的外圈以过盈配合方式与柔性关节5的下端通孔连接。
作为本发明的优选实施方式，本发明采用柔性传动机构代替传统的铰链传动机构，使其结构非常简单，更容易实现飞行器的微型化设计和制造。
作为本发明的优选实施方式，本发明关键零件可采用一体化加工技术进行制造，因此其装配流程相非常简单且能保证较高的装配精度。
如图1、图2和图3所示，一种基于压电驱动的扑旋翼飞行器的驱动方法，所述左压电片2和右压电片3的下端固定安装在基座1上且为镜像设置，当给左压电片2和右压电片3同时施加正电压时，两个压电片的上端都向外侧弯曲，进而等效地给半菱形柔性放大机构4施加水平拉伸作用；当给左压电片2和右压电片同时施加负电压时，两个压电片的上端都向内侧弯曲，进而等效地给半菱形柔性放大机构4施加水平压缩作用；所述半菱形柔性放大机构4在受到水平拉伸作用和水平压缩作用下产生相应的柔性变形，进而驱动输出杆4‐1沿竖直方向分别进行向下和向上运动；所述柔性关节5中的两对柔性铰链组合在输出杆4‐1的驱动下产生柔性变形，使得柔性关节5中左右两边的伸出部分分别以左右两边的柔性铰链组合为转轴产生上下摆动运动，进而驱动左边翼6和右边翼7上下扑动运动，扑动过程中由于气动原因会给左边翼6和右边翼7产生一对反向推力，反向推力所构成的力偶驱动左边翼6、右边翼7和柔性关节5一同绕基座1上端的圆柱形凸台1‐1进行旋转。

Claims (4)

1.一种基于压电驱动的扑旋翼飞行器，其特征在于：包括基座(1)，分别安装在基座(1)左右两侧安装槽中相对于基座(1)镜像设置的左压电片(2)和右压电片(3)，安装在左压电片(2)和右压电片(3)上端的半菱形柔性放大机构(4)，安装在半菱形柔性放大机构(4)上端的柔性关节(5)以及分别安装在柔性关节(5)左右两侧的左边翼(6)和右边翼(7)；所述基座(1)的前后两侧均开有一个安装槽，其中间设置有“门”形支撑柱，所述“门”形支撑柱上端中间位置开有一个通孔且一体化设置有一个圆柱形凸台(1-1)，所述圆柱形凸(1-1)为中空结构；所述半菱形柔性放大机构(4)穿过基座(1)的“门”形支柱，半菱形柔性放大机构(4)的左右两侧分别开有一个安装槽，同时上端中间位置一体化设置有输出杆(4-1)，所述左压电片(2)和右压电片(3)的上端分别安装在半菱形柔性放大机构(4)左右两侧的安装槽中，所述输出杆(4-1)穿过基座(1)中“门”形支柱上端的通孔并穿出圆柱形凸台(1-1)；所述柔性关节(5)呈对称的“口”字形结构，其上下端中间位置各开有一个通孔，其左右两端设置有伸出部分并开有安装槽，其“口”字上端的左右两端拐角位置均设置有由一个水平方向柔性铰链和一个竖直方向柔性铰链构成的转动柔性铰链组合，所述左边翼(6)和右边翼(7)分别以正向和反向方式安装在柔性关节(5)的左右两端伸出部分的安装槽中，所述输出杆(4-1)的上端以过盈配合方式与旋转轴承(8)的内圈连接，旋转轴承(8)的外圈以过盈配合方式与柔性关节(5)的上端通孔连接，所述基座(1)中的圆柱形凸台(1-1)以过盈配合方式与旋转轴承(8)的内圈连接，旋转轴承(8)的外圈以过盈配合方式与柔性关节(5)的下端通孔连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于压电驱动的扑旋翼飞行器，其特征在于：所述半菱形柔性放大机构(4)和柔性关节(5)均为柔性传动机构，其结构非常简单，更容易实现飞行器的微型化设计和制造。
3.根据权利要求1所述的一种基于压电驱动的扑旋翼飞行器，其特征在于：所述基座(1)、半菱形柔性放大机构(4)和柔性关节(5)这三个关键零件均采用一体化加工技术进行制造，因此其装配流程相非常简单且能保证较高的装配精度。
4.权利要求1-3任一项所述基于压电驱动的扑旋翼飞行器的驱动方法，其特征在于：当给左压电片(2)和右压电片(3)同时施加正电压时，两个压电片的上端都向外侧弯曲，进而等效地给半菱形柔性放大机构(4)施加水平拉伸作用；当给左压电片(2)和右压电片(3)同时施加负电压时，两个压电片的上端都向内侧弯曲，进而等效地给半菱形柔性放大机构(4)施加水平压缩作用；所述半菱形柔性放大机构(4)在受到水平拉伸作用和水平压缩作用下产生相应的柔性变形，进而驱动输出杆(4-1)沿竖直方向分别进行向下和向上运动；所述柔性关节(5)中的两对柔性铰链组合在输出杆(4-1)的驱动下产生柔性变形，使得柔性关节(5)中左右两边的伸出部分分别以左右两边的柔性铰链组合为转轴产生上下摆动运动，进而驱动左边翼(6)和右边翼(7)上下扑动运动，扑动过程中由于气动原因会给左边翼(6)和右边翼(7)产生一对反向推力，反向推力所构成的力偶驱动左边翼(6)、右边翼(7)和柔性关节(5)一同绕基座(1)上端的圆柱形凸台(1-1)进行旋转。
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