CN108146633A - 可变零幅度扑翼驱动机构以及扑翼驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可变零幅度扑翼驱动机构以及扑翼驱动方法，可变零幅度扑翼驱动机构包括：机架、电机、减速齿轮组、扑动杆组、变幅装置和舵机；扑动杆组包括对称设置的左扑动子系统和右扑动子系统；其中，所述左扑动子系统包括左前输出摇臂、第一左连杆、第二左连杆、第三左连杆、左调幅摇臂、左后输出摇臂和左摇臂轴；变幅装置包括滑台、左调幅连杆、右调幅连杆和舵机。优点为：能够提供从大扑动幅度到零扑动幅度可靠连续调节的能力，同时，驱动机构中连杆全部采用铰接连接，在很少的重量代价下能够在飞行过程中连续变换扑动幅度，且提供了可锁止的零扑动幅度输出，可有效提高扑翼飞行器的飞行效率。

Description

可变零幅度扑翼驱动机构以及扑翼驱动方法

技术领域

本发明属于扑翼飞行器驱动机构研究技术领域，具体涉及一种可变零幅度扑翼驱动机构以及扑翼驱动方法。

背景技术

扑翼飞行器是一种模仿生物振翅飞行的特殊飞行器，具有外形仿生、体积小、重量轻、飞行灵活等特点，具有广泛的应用前景。扑翼驱动机构作为扑翼飞行器的唯一动力来源，直接决定了扑翼飞行器的扑动翼运动形式及扑翼飞行器的性能。观察鸟类的飞行可以发现，鸟类通常会在飞行中动态的改变翅膀的扑动幅度，尤其是一些大中型鸟类可以将翅膀固定一定的角度进行滑翔，即零扑动幅度飞行。科学研究表明，鸟类翅膀扑动幅度的动态调节能力是其高效飞行的必要条件之一。

中国专利公开号CN102285453A，公开日2011年12月21日，发明创造名称为一种无级调幅扑翼驱动机构，该申请公开了一种利用两级行星齿轮实现扑动翼幅度变化的机构。其不足之处是：机构组成复杂、重量大，且主要传力路线存在滑动副，降低了机械效率和可靠性。

中国专利公开号CN105197240A，公开日2015年12月30日，发明创造名称为差动变幅扑翼驱动机构以及驱动方法，该申请公开了一种差动变幅扑翼驱动机构以及驱动方法。其不足之处是：机构中存在多处滑动副，降低了机械效率和可靠性，且无法变化扑动幅度至零状态。

由此可见，现有变幅扑翼驱动机构的不足主要在于：在主传力路线上大量采用滑动副连接，降低了机械效率和可靠性；且难以实现从大扑动幅度到零扑动幅度锁止的连续过程。上述问题制约了扑翼飞行器飞行效率的进一步提升。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种可变零幅度扑翼驱动机构以及扑翼驱动方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种可变零幅度扑翼驱动机构，包括：机架1、电机2、减速齿轮组3、扑动杆组4、变幅装置5和舵机6；

所述减速齿轮组3包括：一级主动齿轮3-1、一级从动齿轮3-2、二级主动齿轮3-3、二级左从动齿轮3-4和二级右从动齿轮3-5；所述电机2固定于所述机架1，所述电机2的输出轴固定安装所述一级主动齿轮3-1；所述一级主动齿轮3-1和所述一级从动齿轮3-2啮合；所述一级从动齿轮3-2与所述二级主动齿轮3-3联动；所述二级主动齿轮3-3与所述二级左从动齿轮3-4啮合；所述二级左从动齿轮3-4和所述二级右从动齿轮3-5啮合；所述电机2通过齿轮啮合传动关系，最终带动所述二级左从动齿轮3-4和所述二级右从动齿轮3-5进行同步反向运动；

所述扑动杆组4包括对称设置的左扑动子系统和右扑动子系统；其中，所述左扑动子系统包括左前输出摇臂4-1B、第一左连杆4-2B、第二左连杆4-3B、第三左连杆4-4B、左调幅摇臂4-5B、左后输出摇臂4-6B和左摇臂轴4-7B；所述右扑动子系统包括右前输出摇臂4-1A、第一右连杆4-2A、第二右连杆4-3A、第三右连杆4-4A、右调幅摇臂4-5A、右后输出摇臂4-6A和右摇臂轴4-7A；

其中，所述左扑动子系统的结构为：所述左后输出摇臂4-6B通过所述左摇臂轴4-7B与所述左前输出摇臂4-1B连接，当所述左前输出摇臂4-1B动作时，通过所述左摇臂轴4-7B带动所述左后输出摇臂4-6B进行同步运动；所述左后输出摇臂4-6B和所述左前输出摇臂4-1B的摇臂末端安装有用于与左扑动翼7固定连接的左扑动翼连接件4-1-1B；

所述第三左连杆4-4B的一端与所述二级左从动齿轮3-4的偏心点铰接，所述第三左连杆4-4B的另一端与所述第二左连杆4-3B的第1铰接点铰接；

所述第一左连杆4-2B的一端与所述第二左连杆4-3B的第2铰接点铰接；所述第一左连杆4-2B的另一端与所述左前输出摇臂4-1B铰接；

所述左调幅摇臂4-5B的一端与所述机架1上的对应点铰接；所述左调幅摇臂4-5B的另一端与所述第二左连杆4-3B的第3铰接点铰接；

所述右扑动子系统的结构为：所述右后输出摇臂4-6A通过所述右摇臂轴4-7A与所述右前输出摇臂4-1A连接，当所述右前输出摇臂4-1A动作时，通过所述右摇臂轴4-7A带动所述右后输出摇臂4-6A进行同步运动；所述右后输出摇臂4-6A和所述右前输出摇臂4-1A的摇臂末端安装有用于与右扑动翼8固定连接的右扑动翼连接件4-1-1A；

所述第三右连杆4-4A的一端与所述二级右从动齿轮3-5的偏心点铰接，所述第三右连杆4-4A的另一端与所述第二右连杆4-3A的第1铰接点铰接；

所述第一右连杆4-2A的一端与所述第二右连杆4-3A的第2铰接点铰接；所述第一右连杆4-2A的另一端与所述右前输出摇臂4-1A铰接；

所述右调幅摇臂4-5A的一端与所述机架1上的对应点铰接；所述右调幅摇臂4-5A的另一端与所述第二右连杆4-3A的第3铰接点铰接；

所述变幅装置5包括滑台5-4、左调幅连杆5-5B、右调幅连杆5-5A和舵机6；所述舵机6用于驱动所述滑台5-4进行垂直方向的运动；所述左调幅连杆5-5B的一端与所述左调幅摇臂4-5B铰接；所述左调幅连杆5-5B的另一端与所述滑台5-4的左侧铰接点铰接；所述右调幅连杆5-5A的一端与所述右调幅摇臂4-5A铰接；所述右调幅连杆5-5A的另一端与所述滑台5-4的右侧铰接点铰接。

优选的，所述机架1包括四个平行垂直设置的片状隔框，分别为第一隔框1-1、第二隔框1-2、第三隔框1-3和第四隔框1-4；

所述第一隔框1-1和所述第二隔框1-2之间通过平行设置的支柱1-8连接；在所述第一隔框1-1的底部和所述第二隔框1-2的底部之间设置第一水平间距调节片1-7；

所述左摇臂轴4-7B和所述右摇臂轴4-7A水平设置，依次穿过所述第四隔框1-4、所述第三隔框1-3和所述第二隔框1-2，进而实现所述第四隔框1-4、所述第三隔框1-3和所述第二隔框1-2之间的连接；

所述二级左从动齿轮3-4和所述二级右从动齿轮3-5装配于所述第一隔框1-1和所述第二隔框1-2之间；所述二级左从动齿轮3-4和所述二级右从动齿轮3-5的二级从动齿轮轴1-6的末端穿过所述第二隔框1-2，而装配到所述第三隔框1-3；

所述第三隔框1-3的底部和所述第四隔框1-4的底部之间设置第二水平间距调节片1-9。

优选的，所述二级主动齿轮3-3与所述一级从动齿轮3-2安装于所述第二隔框1-2两侧；所述二级左从动齿轮3-4与所述二级右从动齿轮3-5对称平行布置于所述第二隔框1-2的正面。

优选的，所述第一隔框1-1、所述第二隔框1-2、所述第三隔框1-3和所述第四隔框1-4均开有减轻孔。

优选的，所述第一左连杆4-2B和所述第二左连杆4-3B最大长度相同。

优选的，所述变幅装置5还包括底座5-1、丝杠5-2和管正5-3；

所述底座5-1上设置有螺纹孔，用于将所述变幅装置5固定于机架1的对应位置；所述丝杠5-2由所述舵机6驱动，可连续转动；所述丝杠5-2一端由所述底座5-1限位，并平行于所述底座5-1；所述管正5-3由两根光轴组成，其平行于所述丝杠5-2，并固定于所述底座5-1；所述滑台5-4中心孔为与所述丝杠5-2相配合的螺纹孔，所述滑台5-4的中心孔套设于所述丝杠5-2上面；所述滑台5-4两端设有用于穿过所述管正5-3的通孔；所述滑台5-4可随所述丝杠5-2的转动而上下运动；所述管正5-3用于限制所述滑台5-4的运动方向，使其严格平行于所述丝杠5-2。

本发明还提供一种基于可变零幅度扑翼驱动机构的扑翼驱动方法，包括锁定状态驱动方法和变幅状态驱动方法：

锁定状态驱动方法为：

舵机6不启动，丝杠5-2静止，由于丝杠5-2和滑台5-4的反向自锁原理，滑台5-4处于丝杠5-2上某一锁止位置；变幅装置5通过左调幅连杆5-5B和右调幅连杆5-5A，分别限定左调幅摇臂4-5B和右调幅摇臂4-5A保持在一个固定的角度；

对于左扑动子系统：

当滑台5-4锁止位置位于丝杠5-2的非顶端时，进行具有恒定扑动幅度的扑动运动，具体过程为：由于左调幅摇臂4-5B保持在一个固定的角度不运动，左扑动子系统只有左前输出摇臂4-1B一个自由度，因此，左扑动子系统构成双四连杆机构，使左前输出摇臂4-1B具有恒定扑动幅度；其扑动过程为：电机2通过减速齿轮组3带动第三左连杆4-4B转动；当第三左连杆4-4B转动时，带动第二左连杆4-3B运动；当第二左连杆4-3B运动时，带动第一左连杆4-2B运动，进而带动左前输出摇臂4-1B在左调幅摇臂4-5B的限幅作用下，进行具有恒定扑动幅度的扑动运动；

当滑台5-4锁止位置位于丝杠5-2的顶端时，第一左连杆4-2B与第二左连杆4-3B重合，此时，左前输出摇臂4-1B处于零扑动幅度锁止状态，电机2的转动不能驱动左前输出摇臂4-1B运动，左前输出摇臂4-1B处于滑翔模式；

对于右扑动子系统，其运动过程与左扑动子系统为完全对称状态；

变幅状态驱动方法为：

当前时刻，舵机6不启动，使左调幅摇臂4-5B和右调幅摇臂4-5A保持在一个固定的角度；在电机2的驱动下，使左前输出摇臂4-1B和右前输出摇臂4-1A进行具有恒定扑动幅度的扑动运动；

下一时刻，使舵机6连续转动，舵机6驱动丝杠5-2转动，丝杠5-2的转动带动滑台5-4上下运动；滑台5-4的直线运动分别经过左调幅连杆5-5B和右调幅连杆5-5A后，转变为左调幅摇臂4-5B和右调幅摇臂4-5A的转动，使左调幅摇臂4-5B和右调幅摇臂4-5A的角度发生变化；当左调幅摇臂4-5B和右调幅摇臂4-5A的角度发生变化时，改变了左前输出摇臂4-1B和右前输出摇臂4-1A的扑动幅度，进而使左前输出摇臂4-1B和右前输出摇臂4-1A进行具有另一个扑动幅度的扑动运动。

优选的，变幅状态驱动方法中，根据滑台5-4直线运动的方向，将变幅状态分为幅度减小状态和幅度增大状态；当滑台5-4向上运动时，左前输出摇臂4-1B和右前输出摇臂4-1A的扑动幅度随之减小；当滑台5-4向下运动时，左前输出摇臂4-1B和右前输出摇臂4-1A的扑动幅度随之增大。

本发明提供的可变零幅度扑翼驱动机构以及扑翼驱动方法具有以下优点：

能够提供从大扑动幅度到零扑动幅度可靠连续调节的能力，同时，驱动机构中连杆全部采用铰接连接，在很少的重量代价下能够在飞行过程中连续变换扑动幅度，且提供了可锁止的零扑动幅度输出，可有效提高扑翼飞行器的飞行效率。

附图说明

图1为本发明提供的可变零幅度扑翼驱动机构的整体结构示意图。

图2为本发明提供的机架的结构示意图；

图3为本发明提供的运动部件的主视图；

图4为本发明提供的运动部件的侧视图；

图5为本发明提供的运动部件的第1立体结构图；

图6为本发明提供的减速齿轮组的立体结构图；

图7为本发明提供的运动部件的第2立体结构图；

图8为本发明提供的运动部件的第3立体结构图；

图9为本发明提供的扑动杆组的立体结构图；

图10为本发明提供的变幅装置和舵机的装配图；

图11为输出摇臂某一扑动幅度运动示意图；

图12为滑翔飞行状态下的驱动机构运动示意图；

图13为本发明提供的可变零幅度扑翼驱动机构和扑动翼的装配关系图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

结合图1至图10，本发明提供一种可变零幅度扑翼驱动机构，包括：机架1、电机2、减速齿轮组3、扑动杆组4、变幅装置5、舵机6。可变零幅度扑翼驱动机构和扑动翼的装配关系如图12所示。本发明具有较高的可靠性，扑动杆组全部采用铰接方式；在变幅装置控制下，摇臂扑动幅度可大范围调节，能够提供从大扑动幅度到零扑动幅度可靠连续调节的能力，且可无极调节至零幅度，仅需一个360°舵机即可控制扑动幅度变化，适合在中小型高性能扑翼飞行器上应用。

以下对各部件分别详细介绍：

(一)机架

参考图2，为机架的结构示意图；机架1包括四个平行垂直设置的片状隔框，分别为第一隔框1-1、第二隔框1-2、第三隔框1-3和第四隔框1-4；

所述第一隔框1-1和所述第二隔框1-2之间通过平行设置的支柱1-8连接；在所述第一隔框1-1的底部和所述第二隔框1-2的底部之间设置第一水平间距调节片1-7；

所述左摇臂轴4-7B和所述右摇臂轴4-7A水平设置，依次穿过所述第四隔框1-4、所述第三隔框1-3和所述第二隔框1-2，进而实现所述第四隔框1-4、所述第三隔框1-3和所述第二隔框1-2之间的连接；

所述二级左从动齿轮3-4和所述二级右从动齿轮3-5装配于所述第一隔框1-1和所述第二隔框1-2之间；所述二级左从动齿轮3-4和所述二级右从动齿轮3-5的二级从动齿轮轴1-6的末端穿过所述第二隔框1-2，而装配到所述第三隔框1-3；

所述第三隔框1-3的底部和所述第四隔框1-4的底部之间设置第二水平间距调节片1-9。

机架1上设置有电机安装孔和调幅摇臂铰接孔，四个隔框上均开有减轻孔以大幅降低结构重量；机架隔框采用圆形外形，以增大内部空间，提高机构强度；摇臂轴和二级从动齿轮轴均分别在机架1上对称的两个孔中安装，且对应孔中装配有轴承以降低摩擦。

(二)减速齿轮组和电机

电机2用螺栓固定于机架上预留的电机安装孔，用于为驱动机构提供动力，电机直接驱动减速齿轮组转动，为获得足够的扭矩，电机可采用旋翼用外转子直流无刷电机。

减速齿轮组3为两级平行减速器，参考图6，包括：一级主动齿轮3-1、一级从动齿轮3-2、二级主动齿轮3-3、二级左从动齿轮3-4和二级右从动齿轮3-5；所述电机2固定于所述机架1，所述电机2的输出轴固定安装所述一级主动齿轮3-1；所述一级主动齿轮3-1和所述一级从动齿轮3-2啮合；所述一级从动齿轮3-2与所述二级主动齿轮3-3联动；所述二级主动齿轮3-3与所述二级左从动齿轮3-4啮合；所述二级左从动齿轮3-4和所述二级右从动齿轮3-5啮合；所述电机2通过齿轮啮合传动关系，最终带动所述二级左从动齿轮3-4和所述二级右从动齿轮3-5进行同步反向运动；

减速齿轮组在机架上的布置方式为：一级从动齿轮3-2与一级主动齿轮3-1啮合，二级主动齿轮3-3与一级从动齿轮3-2联动，并安装于第二隔框1-2两侧，二级左从动齿轮3-4与二级右从动齿轮3-5相啮合，并对称平行布置于第二隔框1-2的正面，二级主动齿轮3-3与二级左从动齿轮3-4啮合，此种啮合关系能够有效保证扑动杆组4的运动呈完全镜像对称。

本发明中，二级左从动齿轮和二级右从动齿轮齿数相同，减速器总减速比按照所选电机和扑翼飞行器期望扑动频率来确定。

(三)扑动杆组

参考图9，扑动杆组4包括对称设置的左扑动子系统和右扑动子系统；其中，左扑动子系统包括左前输出摇臂4-1B、第一左连杆4-2B、第二左连杆4-3B、第三左连杆4-4B、左调幅摇臂4-5B、左后输出摇臂4-6B和左摇臂轴4-7B；右扑动子系统包括右前输出摇臂4-1A、第一右连杆4-2A、第二右连杆4-3A、第三右连杆4-4A、右调幅摇臂4-5A、右后输出摇臂4-6A和右摇臂轴4-7A；

所述左扑动子系统的结构为：所述左后输出摇臂4-6B通过所述左摇臂轴4-7B与所述左前输出摇臂4-1B连接，当所述左前输出摇臂4-1B动作时，通过所述左摇臂轴4-7B带动所述左后输出摇臂4-6B进行同步运动；其中，左前输出摇臂4-1B和左摇臂轴4-7B为铰接连接方式；所述左后输出摇臂4-6B和所述左前输出摇臂4-1B的摇臂末端安装有用于与左扑动翼7固定连接的左扑动翼连接件4-1-1B；

所述第三左连杆4-4B的一端与所述二级左从动齿轮3-4的偏心点铰接，所述第三左连杆4-4B的另一端与所述第二左连杆4-3B的第1铰接点铰接；

所述第一左连杆4-2B的一端与所述第二左连杆4-3B的第2铰接点铰接；所述第一左连杆4-2B的另一端与所述左前输出摇臂4-1B铰接；

所述左调幅摇臂4-5B的一端与所述机架1上的对应点铰接；所述左调幅摇臂4-5B的另一端与所述第二左连杆4-3B的第3铰接点铰接；

所述右扑动子系统的结构为：所述右后输出摇臂4-6A通过所述右摇臂轴4-7A与所述右前输出摇臂4-1A连接，当所述右前输出摇臂4-1A动作时，通过所述右摇臂轴4-7A带动所述右后输出摇臂4-6A进行同步运动；所述右后输出摇臂4-6A和所述右前输出摇臂4-1A的摇臂末端安装有用于与右扑动翼8固定连接的右扑动翼连接件4-1-1A；

所述第三右连杆4-4A的一端与所述二级右从动齿轮3-5的偏心点铰接，所述第三右连杆4-4A的另一端与所述第二右连杆4-3A的第1铰接点铰接；

所述第一右连杆4-2A的一端与所述第二右连杆4-3A的第2铰接点铰接；所述第一右连杆4-2A的另一端与所述右前输出摇臂4-1A铰接；

所述右调幅摇臂4-5A的一端与所述机架1上的对应点铰接；所述右调幅摇臂4-5A的另一端与所述第二右连杆4-3A的第3铰接点铰接。

扑动杆组均采用碳纤维板铣制，并开有合理的减轻孔，所有配合件均保留了合理的间隙，保证了机构运动的灵活，并减小了摩擦。

实际应用中，通过对扑动杆组的长度进行设计可以获得期望的运动输出。优选的，为获得将扑动幅度变化为零幅度的功能，第一左连杆4-2B和第二左连杆4-3B最大长度相同。

(四)变幅装置

参考图3和图10，变幅装置5包括滑台5-4、左调幅连杆5-5B、右调幅连杆5-5A和舵机6；变幅装置、扑动杆组和减速齿轮组的装配关系分别参考图3-图8；

所述舵机6用于驱动所述滑台5-4进行垂直方向的运动；所述左调幅连杆5-5B的一端与所述左调幅摇臂4-5B铰接；所述左调幅连杆5-5B的另一端与所述滑台5-4的左侧铰接点铰接；所述右调幅连杆5-5A的一端与所述右调幅摇臂4-5A铰接；所述右调幅连杆5-5A的另一端与所述滑台5-4的右侧铰接点铰接。

所述变幅装置5还包括底座5-1、丝杠5-2和管正5-3；

所述底座5-1上设置有螺纹孔，用于将所述变幅装置5固定于机架1的对应位置，具体为固定于第一隔框的对应位置；舵机6优选采用360°舵机，所述丝杠5-2由所述舵机6驱动，可连续转动；所述丝杠5-2一端由所述底座5-1限位，并平行于所述底座5-1；所述管正5-3由两根光轴组成，其平行于所述丝杠5-2，并固定于所述底座5-1；所述滑台5-4中心孔为与所述丝杠5-2相配合的螺纹孔，所述滑台5-4的中心孔套设于所述丝杠5-2上面；所述滑台5-4两端设有用于穿过所述管正5-3的通孔；所述滑台5-4可随所述丝杠5-2的转动而上下运动；所述管正5-3用于限制所述滑台5-4的运动方向，使其严格平行于所述丝杠5-2，以保证变幅过程中两侧扑动杆组运动对称。

结合图11与图12，图11为输出摇臂某一扑动幅度运动示意图；图12为滑翔飞行状态下的驱动机构运动示意图；本发明的工作原理为：

可变零幅度扑翼驱动机构的扑翼驱动方法包括锁定状态驱动方法和变幅状态驱动方法：

锁定状态驱动方法为：

舵机6不启动，丝杠5-2静止，由于丝杠5-2和滑台5-4的反向自锁原理，滑台5-4处于丝杠5-2上某一锁止位置；变幅装置5通过左调幅连杆5-5B和右调幅连杆5-5A，分别限定左调幅摇臂4-5B和右调幅摇臂4-5A保持在一个固定的角度；

对于左扑动子系统：

当滑台5-4锁止位置位于丝杠5-2的非顶端时，进行具有恒定扑动幅度的扑动运动，具体过程为：由于左调幅摇臂4-5B保持在一个固定的角度不运动，左扑动子系统只有左前输出摇臂4-1B一个自由度，因此，左扑动子系统构成双四连杆机构，使左前输出摇臂4-1B具有恒定扑动幅度；其扑动过程为：电机2通过减速齿轮组3带动第三左连杆4-4B转动；当第三左连杆4-4B转动时，带动第二左连杆4-3B运动；当第二左连杆4-3B运动时，带动第一左连杆4-2B运动，进而带动左前输出摇臂4-1B在左调幅摇臂4-5B的限幅作用下，进行具有恒定扑动幅度的扑动运动；

当滑台5-4锁止位置位于丝杠5-2的顶端时，第一左连杆4-2B与第二左连杆4-3B重合，此时，左前输出摇臂4-1B处于零扑动幅度锁止状态，电机2的转动不能驱动左前输出摇臂4-1B运动，左前输出摇臂4-1B处于滑翔模式；

对于右扑动子系统，其运动过程与左扑动子系统为完全对称状态；

变幅状态驱动方法为：

当前时刻，舵机6不启动，使左调幅摇臂4-5B和右调幅摇臂4-5A保持在一个固定的角度；在电机2的驱动下，使左前输出摇臂4-1B和右前输出摇臂4-1A进行具有恒定扑动幅度的扑动运动；

下一时刻，使舵机6连续转动，舵机6驱动丝杠5-2转动，丝杠5-2的转动带动滑台5-4上下运动；滑台5-4的直线运动分别经过左调幅连杆5-5B和右调幅连杆5-5A后，转变为左调幅摇臂4-5B和右调幅摇臂4-5A的转动，使左调幅摇臂4-5B和右调幅摇臂4-5A的角度发生变化；当左调幅摇臂4-5B和右调幅摇臂4-5A的角度发生变化时，改变了左前输出摇臂4-1B和右前输出摇臂4-1A的扑动幅度，进而使左前输出摇臂4-1B和右前输出摇臂4-1A进行具有另一个扑动幅度的扑动运动。

变幅状态驱动方法中，根据滑台5-4直线运动的方向，将变幅状态分为幅度减小状态和幅度增大状态；当滑台5-4向上运动时，左前输出摇臂4-1B和右前输出摇臂4-1A的扑动幅度随之减小；当滑台5-4向下运动时，左前输出摇臂4-1B和右前输出摇臂4-1A的扑动幅度随之增大。

变幅状态驱动方法的过程可简单描述为：

以左侧扑动杆组为例，扑动杆组相互铰接连接，随着固定于机架上的电机转动，通过减速器末级齿轮驱动扑动杆组，左输出摇臂上下扑动；左输出摇臂的扑动幅度由左调幅摇臂的摆角决定，随着左调幅摇臂顺时针转动，扑动幅度增大，随着左调幅摇臂逆时针转动，扑动幅度减小，右侧扑动杆组的运动原理与左侧一致。以上所述变幅过程，滑台均在所述丝杠的限制行程范围内运动。

因此，本发明采用360°舵机驱动的丝杠滑台控制调幅摇臂的摆角，使得驱动机构能够连续调节扑动幅度；特别的，通过设计使得第一连杆和第二连杆的最大长度相等，可以获得零扑动幅度的变化效果。

本发明提供的可变零幅度扑翼驱动机构以及扑翼驱动方法具有以下优点：

(1)本发明具有较高的机械效率和可靠性，主要运动部件完全采用铰接的方式连接。调节扑动幅度时，仅需控制舵机的旋转即可连续、平稳地改变输出摇臂的扑动幅度。扑动幅度调节范围大，两个输出摇臂运动严格镜像对称。

(2)丝杠滑台具有反向自锁效应，当滑台运动到期望位置停止时即处于锁止状态，舵机不受载荷，可支持在扑翼飞行器飞行过程中动态调整扑动幅度。

(3)本发明具有将输出摇臂扑动幅度锁止于某一固定角度的能力，即零扑动幅度，可使扑翼飞行器具有滑翔能力，并有利于提高滑翔状态下的气动效率。

(4)本发明结构紧凑，输出功率大，适合在中小型扑翼飞行器上应用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种可变零幅度扑翼驱动机构，其特征在于，包括：机架(1)、电机(2)、减速齿轮组(3)、扑动杆组(4)、变幅装置(5)和舵机(6)；

所述减速齿轮组(3)包括：一级主动齿轮(3-1)、一级从动齿轮(3-2)、二级主动齿轮(3-3)、二级左从动齿轮(3-4)和二级右从动齿轮(3-5)；所述电机(2)固定于所述机架(1)，所述电机(2)的输出轴固定安装所述一级主动齿轮(3-1)；所述一级主动齿轮(3-1)和所述一级从动齿轮(3-2)啮合；所述一级从动齿轮(3-2)与所述二级主动齿轮(3-3)联动；所述二级主动齿轮(3-3)与所述二级左从动齿轮(3-4)啮合；所述二级左从动齿轮(3-4)和所述二级右从动齿轮(3-5)啮合；所述电机(2)通过齿轮啮合传动关系，最终带动所述二级左从动齿轮(3-4)和所述二级右从动齿轮(3-5)进行同步反向运动；

所述扑动杆组(4)包括对称设置的左扑动子系统和右扑动子系统；其中，所述左扑动子系统包括左前输出摇臂(4-1B)、第一左连杆(4-2B)、第二左连杆(4-3B)、第三左连杆(4-4B)、左调幅摇臂(4-5B)、左后输出摇臂(4-6B)和左摇臂轴(4-7B)；所述右扑动子系统包括右前输出摇臂(4-1A)、第一右连杆(4-2A)、第二右连杆(4-3A)、第三右连杆(4-4A)、右调幅摇臂(4-5A)、右后输出摇臂(4-6A)和右摇臂轴(4-7A)；

其中，所述左扑动子系统的结构为：所述左后输出摇臂(4-6B)通过所述左摇臂轴(4-7B)与所述左前输出摇臂(4-1B)连接，当所述左前输出摇臂(4-1B)动作时，通过所述左摇臂轴(4-7B)带动所述左后输出摇臂(4-6B)进行同步运动；所述左后输出摇臂(4-6B)和所述左前输出摇臂(4-1B)的摇臂末端安装有用于与左扑动翼(7)固定连接的左扑动翼连接件(4-1-1B)；

所述第三左连杆(4-4B)的一端与所述二级左从动齿轮(3-4)的偏心点铰接，所述第三左连杆(4-4B)的另一端与所述第二左连杆(4-3B)的第1铰接点铰接；

所述第一左连杆(4-2B)的一端与所述第二左连杆(4-3B)的第2铰接点铰接；所述第一左连杆(4-2B)的另一端与所述左前输出摇臂(4-1B)铰接；

所述左调幅摇臂(4-5B)的一端与所述机架(1)上的对应点铰接；所述左调幅摇臂(4-5B)的另一端与所述第二左连杆(4-3B)的第3铰接点铰接；

所述右扑动子系统的结构为：所述右后输出摇臂(4-6A)通过所述右摇臂轴(4-7A)与所述右前输出摇臂(4-1A)连接，当所述右前输出摇臂(4-1A)动作时，通过所述右摇臂轴(4-7A)带动所述右后输出摇臂(4-6A)进行同步运动；所述右后输出摇臂(4-6A)和所述右前输出摇臂(4-1A)的摇臂末端安装有用于与右扑动翼(8)固定连接的右扑动翼连接件(4-1-1A)；

所述第三右连杆(4-4A)的一端与所述二级右从动齿轮(3-5)的偏心点铰接，所述第三右连杆(4-4A)的另一端与所述第二右连杆(4-3A)的第1铰接点铰接；

所述第一右连杆(4-2A)的一端与所述第二右连杆(4-3A)的第2铰接点铰接；所述第一右连杆(4-2A)的另一端与所述右前输出摇臂(4-1A)铰接；

所述右调幅摇臂(4-5A)的一端与所述机架(1)上的对应点铰接；所述右调幅摇臂(4-5A)的另一端与所述第二右连杆(4-3A)的第3铰接点铰接；

所述变幅装置(5)包括滑台(5-4)、左调幅连杆(5-5B)、右调幅连杆(5-5

A)和舵机(6)；所述舵机(6)用于驱动所述滑台(5-4)进行垂直方向的运动；所述左调幅连杆(5-5B)的一端与所述左调幅摇臂(4-5B)铰接；所述左调幅连杆(5-5B)的另一端与所述滑台(5-4)的左侧铰接点铰接；所述右调幅连杆(5-5A)的一端与所述右调幅摇臂(4-5A)铰接；所述右调幅连杆(5-5A)的另一端与所述滑台(5-4)的右侧铰接点铰接。

2.根据权利要求1所述的可变零幅度扑翼驱动机构，其特征在于，所述机架(1)包括四个平行垂直设置的片状隔框，分别为第一隔框(1-1)、第二隔框(1-2)、第三隔框(1-3)和第四隔框(1-4)；

所述第一隔框(1-1)和所述第二隔框(1-2)之间通过平行设置的支柱(1-8)连接；在所述第一隔框(1-1)的底部和所述第二隔框(1-2)的底部之间设置第一水平间距调节片(1-7)；

所述左摇臂轴(4-7B)和所述右摇臂轴(4-7A)水平设置，依次穿过所述第四隔框(1-4)、所述第三隔框(1-3)和所述第二隔框(1-2)，进而实现所述第四隔框(1-4)、所述第三隔框(1-3)和所述第二隔框(1-2)之间的连接；

所述二级左从动齿轮(3-4)和所述二级右从动齿轮(3-5)装配于所述第一隔框(1-1)和所述第二隔框(1-2)之间；所述二级左从动齿轮(3-4)和所述二级右从动齿轮(3-5)的二级从动齿轮轴(1-6)的末端穿过所述第二隔框(1-2)，而装配到所述第三隔框(1-3)；

所述第三隔框(1-3)的底部和所述第四隔框(1-4)的底部之间设置第二水平间距调节片(1-9)。

3.根据权利要求2所述的可变零幅度扑翼驱动机构，其特征在于，所述二级主动齿轮(3-3)与所述一级从动齿轮(3-2)安装于所述第二隔框(1-2)两侧；所述二级左从动齿轮(3-4)与所述二级右从动齿轮(3-5)对称平行布置于所述第二隔框(1-2)的正面。

4.根据权利要求2所述的可变零幅度扑翼驱动机构，其特征在于，所述第一隔框(1-1)、所述第二隔框(1-2)、所述第三隔框(1-3)和所述第四隔框(1-4)均开有减轻孔。

5.根据权利要求1所述的可变零幅度扑翼驱动机构，其特征在于，所述第一左连杆(4-2B)和所述第二左连杆(4-3B)最大长度相同。

6.根据权利要求1所述的可变零幅度扑翼驱动机构，其特征在于，所述变幅装置(5)还包括底座(5-1)、丝杠(5-2)和管正(5-3)；

所述底座(5-1)上设置有螺纹孔，用于将所述变幅装置(5)固定于机架(1)的对应位置；所述丝杠(5-2)由所述舵机(6)驱动，可连续转动；所述丝杠(5-2)一端由所述底座(5-1)限位，并平行于所述底座(5-1)；所述管正(5-3)由两根光轴组成，其平行于所述丝杠(5-2)，并固定于所述底座(5-1)；所述滑台(5-4)中心孔为与所述丝杠(5-2)相配合的螺纹孔，所述滑台(5-4)的中心孔套设于所述丝杠(5-2)上面；所述滑台(5-4)两端设有用于穿过所述管正(5-3)的通孔；所述滑台(5-4)可随所述丝杠(5-2)的转动而上下运动；所述管正(5-3)用于限制所述滑台(5-4)的运动方向，使其严格平行于所述丝杠(5-2)。

7.一种基于权利要求1-6任一项所述的可变零幅度扑翼驱动机构的扑翼驱动方法，其特征在于，可变零幅度扑翼驱动机构的扑翼驱动方法包括锁定状态驱动方法和变幅状态驱动方法：

锁定状态驱动方法为：

舵机(6)不启动，丝杠(5-2)静止，由于丝杠(5-2)和滑台(5-4)的反向自锁原理，滑台(5-4)处于丝杠(5-2)上某一锁止位置；变幅装置(5)通过左调幅连杆(5-5B)和右调幅连杆(5-5A)，分别限定左调幅摇臂(4-5B)和右调幅摇臂(4-5A)保持在一个固定的角度；

对于左扑动子系统：

当滑台(5-4)锁止位置位于丝杠(5-2)的非顶端时，进行具有恒定扑动幅度的扑动运动，具体过程为：由于左调幅摇臂(4-5B)保持在一个固定的角度不运动，左扑动子系统只有左前输出摇臂(4-1B)一个自由度，因此，左扑动子系统构成双四连杆机构，使左前输出摇臂(4-1B)具有恒定扑动幅度；其扑动过程为：电机(2)通过减速齿轮组(3)带动第三左连杆(4-4B)转动；当第三左连杆(4-4B)转动时，带动第二左连杆(4-3B)运动；当第二左连杆(4-3B)运动时，带动第一左连杆(4-2B)运动，进而带动左前输出摇臂(4-1B)在左调幅摇臂(4-5B)的限幅作用下，进行具有恒定扑动幅度的扑动运动；

当滑台(5-4)锁止位置位于丝杠(5-2)的顶端时，第一左连杆(4-2B)与第二左连杆(4-3B)重合，此时，左前输出摇臂(4-1B)处于零扑动幅度锁止状态，电机(2)的转动不能驱动左前输出摇臂(4-1B)运动，左前输出摇臂(4-1B)处于滑翔模式；

对于右扑动子系统，其运动过程与左扑动子系统为完全对称状态；

变幅状态驱动方法为：

当前时刻，舵机(6)不启动，使左调幅摇臂(4-5B)和右调幅摇臂(4-5A)保持在一个固定的角度；在电机(2)的驱动下，使左前输出摇臂(4-1B)和右前输出摇臂(4-1A)进行具有恒定扑动幅度的扑动运动；

下一时刻，使舵机(6)连续转动，舵机(6)驱动丝杠(5-2)转动，丝杠(5-2)的转动带动滑台(5-4)上下运动；滑台(5-4)的直线运动分别经过左调幅连杆(5-5B)和右调幅连杆(5-5A)后，转变为左调幅摇臂(4-5B)和右调幅摇臂(4-5A)的转动，使左调幅摇臂(4-5B)和右调幅摇臂(4-5A)的角度发生变化；当左调幅摇臂(4-5B)和右调幅摇臂(4-5A)的角度发生变化时，改变了左前输出摇臂(4-1B)和右前输出摇臂(4-1A)的扑动幅度，进而使左前输出摇臂(4-1B)和右前输出摇臂(4-1A)进行具有另一个扑动幅度的扑动运动。

8.根据权利要求7所述的可变零幅度扑翼驱动机构的扑翼驱动方法，其特征在于，变幅状态驱动方法中，根据滑台(5-4)直线运动的方向，将变幅状态分为幅度减小状态和幅度增大状态；当滑台(5-4)向上运动时，左前输出摇臂(4-1B)和右前输出摇臂(4-1A)的扑动幅度随之减小；当滑台(5-4)向下运动时，左前输出摇臂(4-1B)和右前输出摇臂(4-1A)的扑动幅度随之增大。