CN108275268B - 一种幅值可调的变运动副仿鸟扑翼飞行装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种幅值可调的变运动副仿鸟扑翼飞行装置，属于仿鸟机器人领域，包括底座和对称分布于底座两侧的左扑翼、右扑翼，底座中心设有直线电机，两侧设有左、右支撑杆，支撑杆上分别转动设有左（右）翼杆，左（右）翼杆与左（右）扑翼连接。直线电机输出轴的两侧设有两端具有挡板的左（右）水平滑杆，两端挡板之间设有左（右）弹簧一、左（右）弹簧二，左（右）弹簧一、左（右）弹簧二之间设有一左（右）滑块分隔，左（右）滑块顶部铰接有左（右）竖直滑杆，左（右）竖直滑杆的另一端与左（右）翼杆空置的一端铰接。本发明结构简单可靠，运动副可以变换，能够实时自主调控扑动幅度，从而提升飞行性能。

Description

一种幅值可调的变运动副仿鸟扑翼飞行装置

技术领域

本发明涉及扑翼机器人领域，具体地讲是一种幅值可调的变运动副仿鸟扑翼飞行装置。

背景技术

扑翼机器人的受力情况与扑动幅度密切相关，扑动幅度小，则扑翼扑动产生的升力和推力也小；扑动幅度大，则扑翼扑动产生的升力和推力也大。目前仿鸟扑翼机器人主要采用曲柄连杆机构、曲柄滑块机构、曲柄齿轮机构等，上述扑翼机构虽然简单，但其扑翼扑动的幅度往往为固定值，无法改变，这样上述扑翼机器人无法根据环境实时调整扑动幅度，因此有时难以适应飞行的需求。

基于此，提出本案申请。

发明内容

本发明提供了一种幅值可调的变运动副仿鸟扑翼飞行装置，能够实时调控扑翼的扑动幅度，以适应飞行需要和环境变化，从而提升飞行性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种幅值可调的变运动副仿鸟扑翼飞行装置，包括底座和对称分布于底座两侧的左扑翼、右扑翼，底座中心设有直线电机，两侧设有左支撑杆和右支撑杆，左支撑杆、右支撑杆上端分别转动设有左翼杆、右翼杆，左翼杆、右翼杆的一端分别与左扑翼、右扑翼连接。直线电机输出轴同轴固定有一螺纹套筒，螺纹套筒内螺纹连接有螺杆二。螺杆二的顶端固定有封顶帽；螺杆二靠近封顶帽的一端旋设有螺母二，螺母二的左右两侧连接有左水平滑杆、右水平滑杆。左水平滑杆的左、右端分别设有左挡板一、右挡板一，右水平滑杆的左、右端分别设有左挡板二、右挡板二，左挡板一与右挡板一之间的水平滑杆上方设有左弹簧一、右弹簧一，左挡板二与右挡板二之间水平滑杆上方设有左弹簧二、右弹簧二。左弹簧一、右弹簧一的一端分别固定于左挡板一、右挡板一上，左弹簧一、右弹簧一的另一端之间固定设有左滑块，左滑块顶部转动连接有左竖直滑杆，左竖直滑杆的另一端与左翼杆的一端转动连接。左弹簧二、右弹簧二的一端分别固定于左挡板二、右挡板二上，左弹簧二、右弹簧二的另一端之间设有右滑块，右滑块顶部转动连接有右竖直滑杆，右竖直滑杆的另一端与右翼杆的一端转动连接。

左扑翼、右扑翼结构相同，均包括固定翼面、活动翼面一和活动翼面二，固定翼面分别固定于连接块一、连接块四的一侧，连接块一、连接块四的另一侧分别与左翼杆、右翼杆的一端固定连接，连接块一、连接块四的中部分别转动连接在左支撑杆、右支撑杆上。左翼杆、右翼杆的另一端分别固定于连接块二、连接块三一侧，连接块二、连接块三的中部与左竖直滑杆、右竖直滑杆的顶端铰接。所述活动翼面一和活动翼面二对称转动连接于固定翼面的两侧.固定翼面底面中心设有微型电机，微型电机的输出轴同轴固定连接有螺杆一，螺杆一的上、下两端分别设有上限位块、下限位块，螺杆一的中部旋设有螺母一，活动翼面一、活动翼面二的底部均设有一根或若干根对称分布的活动支杆，活动支杆的一端转动连接于活动翼面一或活动翼面二底部，另一端与螺母一转动连接。

优选的，所述左支撑杆、右支撑杆底部的两侧固定有三角形的加强板，左支撑杆、右支撑杆的前后两侧均设有一水平的U形支架固定。。

优选的，所述左挡板一、右挡板一、左挡板二、右挡板二的外侧固定有带线钩子或销，其拉长时具有足够的刚度。

优选的，所述左竖直滑杆与左翼杆、右竖直滑杆与右翼杆之间的夹角间分别设有合适刚度的左夹角拉簧、右夹角拉簧，以使左竖直滑杆与左翼杆、右竖直滑杆与右翼杆之间接近垂直角度。

优选的，所述连接块一、连接块二、连接块三、连接块四均为“日”字形连接块。

优选的，所述固定翼面为长方形，活动翼面一和活动翼面二为弓形。

优选的，所述活动支杆为具有一定弹性的高强度塑料杆。

优选的，所述左翼杆/右翼杆靠近左支撑杆/右支撑杆处设有速度传感器。

优选的，所述连接块二、连接块三的下部均设有销孔、左滑块、右滑块的上部均设有销孔，左竖直滑杆、右竖直滑杆的两端均设有销孔，所述销孔设有配合使用的销。

优选的，所述螺纹套筒、螺杆二、左水平滑杆、右水平滑杆、左竖直滑杆、右竖直滑杆、左翼杆、右翼杆、左支撑杆、右支撑杆、U形支架、螺杆一均为中空结构。

本发明的有益效果：一、本发明可通过调节直线电机的输出调整扑翼飞行装置扑动的幅度，以适应飞行需要和环境变化，从而提升飞行性能。

二、本发明的运动副是可以变换的，可以根据实际需要选择采用哪个运动副工作，锁死哪个运动副，方便灵活。

三、本发明还可通过调控微型电机的输出调节扑翼翼面的大小变化，从而使扑翼上摆时扑翼翼面变小以减少上摆阻力，扑翼下摆时增大扑翼翼面以增加下摆产生的升力，提升飞行的飞行效率。

四、本发明整体结构具有对称性，便于机器人保持力的平衡，提高飞行的稳定性，且扑翼飞行装置的结构简单，生产成本较低。

附图说明

图1为本发明具体实施例的整体示意图。

图2为本发明具体实施例的仰视示意图。

图3为本发明具体实施例的Ⅰ处局部放大图。

图4为本发明具体实施例的Ⅱ处局部放大图。

图5为本发明具体实施例的Ⅲ处局部放大图。

图6为本发明具体实施例的扑翼结构放大图。

图7为本发明具体实施例的使用状态一示意图。

图8为本发明具体实施例的使用状态二示意图。

图9为本发明具体实施例的使用状态三示意图。

图10为本发明具体实施例的使用状态一运动简化示意图。

图11为本发明具体实施例的使用状态二运动简化示意图。

图12为本发明具体实施例的使用状态三运动简化示意图。

图13为本发明扑翼另一实施方式示意图。

其中：1—左扑翼，101—固定翼面，102—活动翼面一，103—活动翼面二，104—微型电机，105—螺杆一，105a—螺杆座，106—螺母一，107—活动支杆，108—上限位块，109—下限位块，109a—电机座，2—左支撑杆，3—左翼杆，31—连接块一，32—连接块二，32a—左销孔一，4—左竖直滑杆，41—左夹角拉簧， 5—左水平滑杆，51—左弹簧一，51a—左挡板一，51b—右挡板一，52—左滑块，52a—左销孔二，53—右弹簧一，54—左水平底板，54a—左销孔三，6—直线电机，61—螺纹套筒，62—螺杆二，63—螺母二，64—封顶帽，7—右水平滑杆，71—左弹簧二，72—右滑块，73—右弹簧二，74—右水平底板，74a—左挡板二，74b—右挡板二，8—右竖直滑杆，81—右夹角拉簧，9—右翼杆，91—连接块三，91a—右销孔一，92—连接块四，10—右支撑杆，11—右扑翼，12—底座，13—U形支架，14—速度传感器，15—销一，16—销二，17—加强板。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例1

如图1、图2所示，一种幅值可调的变运动副仿鸟扑翼飞行装置，包括底座12、左扑翼1和右扑翼11，底座12上设有驱动机构驱动左扑翼1、右扑翼11扑动，驱动机构通过左翼杆3、右翼杆9分别与左扑翼1、右扑翼11固定连接；左扑翼1、右扑翼11对称分布于底座12两侧，二者结构相同；直线电机6左右两侧对称设有左支撑杆2、右支撑杆10，左支撑杆2、右支撑杆10的前后两侧均设有一水平的U形支架13固定，左支撑杆2、右支撑杆10底部的两侧固定有三角形的加强板17。

底座12中心设有直线电机6，直线电机6输出轴同轴固定有一螺纹套筒61，螺纹套筒61内螺纹连接有螺杆二62，螺杆二62的顶端螺纹连接有螺母二63；螺母二63的左右两侧分别固定连接有左水平滑杆5、右水平滑杆7；左水平滑杆5、右水平滑杆7结构相同，左水平滑杆5的下方设有左水平底板54，左水平滑杆5的左、右端分别设有左挡板一51a、右挡板一51b，左挡板一51a与右挡板一51b之间的左水平滑杆5上方水平设有左弹簧一51、右弹簧一53；左弹簧一51、右弹簧一53的外端分别固定于左挡板一51a、右挡板一51b上，二者内端之间设有左滑块52。左滑块52顶部铰接有左竖直滑杆4，左竖直滑杆4的顶端与左翼杆3的一端铰接；左竖直滑杆4与左翼杆3之间的夹角设有左夹角拉簧41使夹角保持垂直；左弹簧一51、右弹簧一53、左滑块52在左水平滑杆5上联动，其结构简单，能够提高左滑块52在左水平滑杆5上滑动的稳定性。

右水平滑杆7的下方设有右水平底板74，右水平滑杆7的左、右端分别设有左挡板二74a、右挡板二74b，左挡板二74a与右挡板二74b之间的右水平滑杆7上方设有左弹簧二71、右弹簧二73；左弹簧二71、右弹簧二73的外端分别固定于左挡板二74a、右挡板二74b上，内端之间设有右滑块72；右滑块72可滑动设于右水平滑杆7上，右滑块72顶部铰接有右竖直滑杆8，右竖直滑杆8的顶端与右翼杆9铰接；右竖直滑杆8与右翼杆9之间的夹角设有右夹角拉簧81使夹角保持垂直；左竖直滑杆4与左翼杆3的铰接处设有连接块二32、右竖直滑杆8与右翼杆9的铰接处设有连接块三91。

如图3、4、5所示，左水平滑杆5和右水平滑杆7上表面设有水平销孔，左挡板、右挡板上均设有通过连线悬挂于挡板上的销一15，将左水平滑杆5两边的销一15插入水平销孔中即可固定住左滑块52，将右水平滑杆7两边的销一15插入水平销孔中即可固定住右滑块72，当拔出销一15时左滑块52、右滑块72又可自由地在左水平滑杆5、右水平滑杆7上滑动。

在左滑块52、右滑块72、连接块二32、连接块三91上分别设有左销孔二52a、右销孔二、左销孔一32a与右销孔一91a，左销孔二52a、右销孔二、左销孔一32a与右销孔一91a均前后贯通，只要向销孔中插入相应的销即可将左滑块52、右滑块72或连接块二32、连接块三91中的一个或多个锁定，从而限制左滑块52、右滑块72的滑动，左滑块52、右滑块72处铰链的转动，以及连接块二32、连接块三91处铰链的转动，进而使得仿鸟扑翼飞行装置的运动副根据具体情形进行调节。

如图6所示，左扑翼1、右扑翼11结构相同，均包括固定翼面101、活动翼面一102和活动翼面二103，固定翼面101为长方形，活动翼面为弓形，固定翼面101分别与连接块一31、连接块四92的一侧固定连接，连接块一31、连接块四92的另一侧与左翼杆3、右翼杆9固定连接，连接块一31、连接块四92的中部分别转动连接于左支撑杆2、右支撑杆10上。连接块一31、连接块四92附近的左翼杆3、右翼杆9上分别设有一个速度传感器14。

活动翼面一102和活动翼面二103对称转动连接于固定翼面101的两侧，固定翼面101底面中心设有微型电机104，微型电机104的输出轴同轴固定连接有螺杆一105，螺杆一105的上、下两端分别设有上限位块108、下限位块109，螺杆一105的中部旋设有螺母一106，活动翼面一102、活动翼面二103的底部均设有若干根对称分布的活动支杆107，活动支杆107的一端转动连接于活动翼面一102或活动翼面二103底部，另一端与螺母一106转动连接。活动翼面一102、活动翼面二103在微型电机104的驱动下上下翻转，从而改变翼面的面积。活动支杆107为具有一定弹性的高强度塑料杆。连接块一31、连接块二32、连接块三91、连接块四92均为“日”字形连接块。所述螺纹套筒61、螺杆二62、左水平滑杆5、右水平滑杆7、左竖直滑杆4、右竖直滑杆8、左翼杆3、右翼杆9、左支撑杆2、右支撑杆10、U形支架13、螺杆一105均为中空结构。

图7所示为本实施例使用状态一示意图，连接块二32、连接块三91以及左滑块52、右滑块72均处于转动或移动的状态、未被锁定，左滑块52和左竖直滑杆4之间的转动副被锁死，右滑块72和右竖直滑杆8之间的转动副被锁死，结合图10所示，机器人需要向上飞行时，其运动过程分别包括以下几个阶段：①左扑翼1、右扑翼11向下摆动至极限位置；②左扑翼1、右扑翼11收拢；③左扑翼1、右扑翼11向上摆动至极限位置；④左扑翼1、右扑翼11打开，并不断重复上述4个过程。机器人需要向下飞行时，可以保持左扑翼1、右扑翼11不动，在重力作用下机器人会下降，此外也可以采用下述阶段：①左扑翼1、右扑翼11向下摆动至极限位置；②左扑翼1、右扑翼11打开；③左扑翼1、右扑翼11向上摆动至极限位置；④左扑翼1、右扑翼11收拢，并不断重复上述4个过程。

当左扑翼1、右扑翼11向下摆动时，直线电机6向上推进使得螺杆二62向上运动，左水平滑杆5、右水平滑杆7一同向上运动，左竖直滑杆4、右竖直滑杆8受力向上运动。由于左竖直滑杆4两端分别与左翼杆3通过连接块二32转动连接、与左滑块52铰接，左夹角拉簧41基本保证左竖直滑杆4和左翼杆3呈90°，左滑块52会出现稍微的移动，这样左滑块52储存了能量，便于位置的恢复，最终左扑翼1在左支撑杆2及连接块一31的作用下向下摆动。同样地，右竖直滑杆8的两端分别与右翼杆9通过连接块三91转动连接、与右滑块72铰接，右夹角拉簧81基本保证右竖直滑杆8和右翼杆9呈90°，右滑块72会出现稍微的移动，这样右滑块72储存了能量，便于位置的恢复，最终右扑翼11在右支撑杆10以及连接块四92的作用下向下摆动。

当活动翼面一102、活动翼面二103需要收拢时，微型电机104驱动螺母一106在螺杆一105上下降，活动支杆107受力将活动翼面一102、活动翼面二103收拢，螺母一106持续下降直至活动翼面一102、活动翼面二103与下限位块109接触，将活动翼面一102、活动翼面二103完全收拢。

当左扑翼1、右扑翼11需要向上摆动时，直线电机6带动螺杆二62向下运动，左水平滑杆5、右水平滑杆7向下运动，左滑块52、右滑块72会出现稍微的移动，左竖直滑杆4、右竖直滑杆8分别带动左翼杆3、右翼杆9向下转动，从而使得左扑翼1、右扑翼11向上扑动。

当左扑翼1、右扑翼11需要打开时，微型电机104驱动螺母一106在螺杆一105上向上升，活动支杆107受力张开，将活动翼面一102、活动翼面二103逐渐打开，直至螺母一106与上限位块108接触，将活动翼面一102、活动翼面二103完全打开。

图11为本实施例使用状态二，左滑块52、右滑块72均可移动，连接块二32、连接块四92可转动，左滑块52和左竖直滑杆4之间通过插销固定，右滑块72和右竖直滑杆8之间通过插销固定，整个运动过程和使用状态一相类似，这里不再赘述。

图9、图12为本实施例使用状态三，左滑块52、右滑块72均可移动，左滑块52和左竖直滑杆4之间可转动，右滑块72和右竖直滑杆8之间可转动，连接块二32、连接块四92通过销二16锁定，整个运动过程和使用状态一相类似，这里不再赘述。

如图13所示，本实施例扑翼结构还可设置为：螺杆一105一端通过螺杆座105a螺纹固定连接于固定翼面101底部，螺杆一105的另一端与微型电机104的输出轴同轴连接，微型电机104通过电机座109a固定在左翼杆3或右翼杆9上。微型电机104运转时，螺杆一105转动使螺母一106上下移动，从而带动活动支杆107运动，以张开或收起活动翼面。本发明上述实施例为便于显示，将左扑翼1、右扑翼11适当缩减使左扑翼1、右扑翼11与底座12大小相近，并且左扑翼1、右扑翼11的活动翼面的边沿适当下弯以便兜风。

综上所述，本发明通过直线电机6带动螺杆二62、并通过左水平滑杆5、右水平滑杆7、左竖直滑杆4、右竖直滑杆8带动左翼杆3、右翼杆9转动，从而带动左扑翼1、右扑翼11转动，其结构简单、稳定、转动效率高；扑翼部分通过微型电机104带动活动支杆107运动，从而实现活动翼面收拢、打开，配合扑翼上摆、下摆时的动作，可以减小扑翼上摆阻力、增加扑翼下摆推力与升力，从而提高扑翼的飞行性能。通过选择打开或锁死连接块二32、连接块三91的转动，左竖直滑杆4、右竖直滑杆8与左滑块52、右滑块72之间的转动，左滑块52、右滑块72的移动，上述三个运动副中的任意两个运动副来实现变运动副运动。本装置结构简单，稳定性强，能够提升机器人扑翼飞行的效率，能够抵抗活动关节长期活动所产生的疲劳，提高使用寿命。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种幅值可调的变运动副仿鸟扑翼飞行装置，包括底座和对称分布于底座两侧的左扑翼、右扑翼，其特征在于：底座中心设有直线电机，两侧设有左支撑杆和右支撑杆，左支撑杆、右支撑杆上端分别转动设有左翼杆、右翼杆，左翼杆、右翼杆的一端分别与左扑翼、右扑翼连接；直线电机输出轴同轴固定有一螺纹套筒，螺纹套筒内螺纹连接有螺杆二；螺杆二的顶端固定有封顶帽；螺杆二靠近封顶帽的一端旋设有螺母二，螺母二的左右两侧连接有左水平滑杆、右水平滑杆；左水平滑杆的左、右端分别设有左挡板一、右挡板一，右水平滑杆的左、右端分别设有左挡板二、右挡板二，左挡板一与右挡板一之间的水平滑杆上方设有左弹簧一、右弹簧一，左挡板二与右挡板二之间水平滑杆上方设有左弹簧二、右弹簧二；左弹簧一、右弹簧一的一端分别固定于左挡板一、右挡板一上，二者的另一端之间固定设有左滑块，左滑块顶部转动连接有左竖直滑杆；左弹簧二、右弹簧二的一端分别固定于左挡板二、右挡板二上，二者的另一端之间设有右滑块，右滑块顶部转动连接有右竖直滑杆；左扑翼、右扑翼结构相同，均包括固定翼面、活动翼面一和活动翼面二，固定翼面分别固定于连接块一、连接块四的一侧，连接块一、连接块四的另一侧分别与左翼杆、右翼杆的一端固定连接，连接块一、连接块四的中部分别转动连接在左支撑杆、右支撑杆上；所述左翼杆、右翼杆的另一端分别固定于连接块二、连接块三一侧，连接块二、连接块三的中部与左竖直滑杆、右竖直滑杆的顶端铰接；所述活动翼面一和活动翼面二对称转动连接于固定翼面的两侧；固定翼面底面中心设有微型电机，微型电机的输出轴同轴固定连接有螺杆一，螺杆一的上、下两端分别设有上限位块、下限位块，螺杆一的中部旋设有螺母一，活动翼面一、活动翼面二的底部均设有若干根对称分布的活动支杆，活动支杆的一端转动连接于活动翼面一或活动翼面二底部，另一端与螺母一转动连接。

2.根据权利要求1所述的一种幅值可调的变运动副仿鸟扑翼飞行装置，其特征在于：所述左支撑杆底部的两侧、右支撑杆底部两侧均固定有三角形的加强板，左支撑杆、右支撑杆的前后两侧均设有一水平的U形支架固定。

3.根据权利要求1所述的一种幅值可调的变运动副仿鸟扑翼飞行装置，其特征在于：所述左挡板一、右挡板一、左挡板二、右挡板二的外侧均固定有带线钩子。

4.根据权利要求1所述的一种幅值可调的变运动副仿鸟扑翼飞行装置，其特征在于：所述左竖直滑杆与左翼杆、右竖直滑杆与右翼杆之间的夹角间分别设有左夹角拉簧、右夹角拉簧。

5.根据权利要求1所述的一种幅值可调的变运动副仿鸟扑翼飞行装置，其特征在于：所述连接块一、连接块二、连接块三、连接块四均为“日”字形连接块。

6.根据权利要求1所述的一种幅值可调的变运动副仿鸟扑翼飞行装置，其特征在于：所述固定翼面为长方形，活动翼面一和活动翼面二均为弓形。

7.根据权利要求1所述的一种幅值可调的变运动副仿鸟扑翼飞行装置，其特征在于：所述活动支杆为具有一定弹性的高强度塑料杆。

8.根据权利要求1所述的一种幅值可调的变运动副仿鸟扑翼飞行装置，其特征在于：所述左翼杆处、右翼杆靠近左支撑杆处、右支撑杆处中的至少一处设有速度传感器。

9.根据权利要求1所述的一种幅值可调的变运动副仿鸟扑翼飞行装置，其特征在于：所述连接块二、连接块三的下部均设有销孔，左滑块、右滑块的上部均设有销孔，左竖直滑杆的两端、右竖直滑杆的两端均设有销孔，所述销孔设有配合使用的销。

10.根据权利要求1所述的一种幅值可调的变运动副仿鸟扑翼飞行装置，其特征在于：所述螺纹套筒、螺杆二、左水平滑杆、右水平滑杆、左竖直滑杆、右竖直滑杆、左翼杆、右翼杆、左支撑杆、右支撑杆、U形支架、螺杆一均为中空结构。

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