CN108860595A - 一种具有被动扭转的扑翼仿鸽飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有被动扭转的扑翼仿鸽飞行器，包括机身、第一机翼、第二机翼和机尾；机身包含框架、无刷电机、主动齿轮、减速齿轮、第一传动齿轮和第二传动齿轮；第一机翼、第二机翼均包含连杆、摇杆、从动杆、齿条、限位条、外端翼轴、扭转齿轮、內段翼面和外段翼面；机身将无刷电机输出齿轮的转动化为第一机翼、第二机翼的上下拍打运动；减速齿轮将无刷电机的输出转速降低，使其扑翼的拍打动作在一定范围内；并且在内段翼面的上下拍动时，外段翼面也随之进行一定角度的扭转。采用本发明的被动扭转扑翼飞行器，可以更好的模拟鸽子飞行的振翅，产生更大的升力和消耗更少的能耗，提高扑翼飞行的效率和机动性。

Description

一种具有被动扭转的扑翼仿鸽飞行器

技术领域

本发明涉及一种扑翼机构，尤其涉及一种具有被动扭转的扑翼仿鸽飞行器。

背景技术

随着社会的发展和技术的进步，在治安管理领域、环境的监测和侦察、资源勘探、自然灾害的抢救和评估等方面，无人机因机动灵活、视野开阔、成本低得到了广泛的应用。与此同时，无人机技术的研究也成为了近年来的热点。

传统的无人机，有固定翼飞行器和旋翼飞行器。一般来说，固定翼飞行器更适合高速和长距离任务的情况，旋翼更适合需要悬停飞行和低速巡航的场合。而扑翼飞行器由于体积小巧，便携，灵活的飞行和优良的隐蔽性得到了广泛的关注，其可微程度远远大于前两者，而且没有螺旋桨或喷射装置，从而它可以迅速地起飞、加速、悬停。

扑翼飞行器是一种模仿鸟类或昆虫飞行的新概念飞行器。随着现代科研技术的快速发展，微型扑翼飞行器渐渐成为了目前新的研究热点之一，也是最有发展前景的一类MAV。

鸟类的扑翼飞行可以通过定时拍打翅膀同时产生所需的升力和推力，同时通过扭转翅膀来操纵和改变方向。所以来说，扑翼飞行具有良好的空气动力学性能，飞行效率高，机动性和灵活性显著等优点。

目前国内扑翼机器人更多的还是单自由度的上下拍动，并没有能够真正利用空气动力学的优势，飞行效率受到限制，机动性较差。为了真实模拟鸟类的飞行，获得良好的空气动力学性能，更多的研究表明，通过机翼的扭转能够产生更大的升力和消耗更少的能耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种具有被动扭转的扑翼仿鸽飞行器，为了获得良好的空气动力学性能，产生更大的升力和消耗更少的能耗。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种具有被动扭转的扑翼仿鸽飞行器，包括机身、第一机翼、第二机翼和机尾；

所述机身包含框架、无刷电机、主动齿轮、减速齿轮、第一传动齿轮和第二传动齿轮；

所述无刷电机、主动齿轮、减速齿轮、第一传动齿轮、第二传动齿轮均固定在所述框架上；

所述无刷电机的输出轴和所述主动齿轮的转轴固定相连；

所述减速齿轮为双层齿轮，其大齿轮和所述主动齿轮啮合、小齿轮和所述第一传动齿轮啮合；

所述第二传动齿轮和所述第一传动齿轮啮合；

所述第一机翼、第二机翼均包含连杆、摇杆、从动杆、齿条、限位条、外端翼轴、扭转齿轮、內段翼面和外段翼面；

所述从动杆一端和所述框架铰接，另一端由所述框架朝外依次和所述齿条的一端、限位条的一端铰接；

所述摇杆设置在所述从动杆上方，长度大于所述从动杆，摇杆远离所述框架的一端由框架朝外依次和所述齿条的另一端、限位条的另一端铰接；

所述摇杆的杆身上设有和所述框架铰接的铰接点，且摇杆远离所述框架的一端到所述摇杆上铰接点的距离和所述从动杆的长度相等；

所述限位条上设有供所述外端翼轴穿过的通孔；

所述外端翼轴一端穿过所述外端翼轴和所述扭转齿轮的转轴固定相连，所述扭转齿轮和所述齿条啮合；

所述外端翼轴在所述限位条上通孔两侧设有凸环，以防止外端翼轴从所述限位条中脱落；

所述外段翼面设置在所述外端翼轴上；

所述內段翼面设置在所述摇杆上；

所述第一传动齿轮的边沿设有和所述第一机翼连杆的一端铰接的铰接点，第一机翼连杆的另一端和第一机翼摇杆靠近框架的一端铰接；

所述第二传动齿轮的边沿设有和所述第二机翼连杆的一端铰接的铰接点，第二机翼连杆的另一端和第二机翼摇杆靠近框架的一端铰接。

作为本发明一种具有被动扭转的扑翼仿鸽飞行器进一步的优化方案，所述机身、第一机翼、第二机翼、机尾均采用碳纤维制成。

作为本发明一种具有被动扭转的扑翼仿鸽飞行器进一步的优化方案，所述內段翼面、外段翼面均采用风筝布制成。

作为本发明一种具有被动扭转的扑翼仿鸽飞行器进一步的优化方案，所述无刷电机采用1400Kv无刷电机。

作为本发明一种具有被动扭转的扑翼仿鸽飞行器进一步的优化方案，所述连杆和摇杆之间、摇杆和框架之间、从动杆和框架之间、齿条和摇杆之间、齿条和从动杆之间、限位条和摇杆之间、限位条和从动杆之间均通过滚动轴承进行铰接。

作为本发明一种具有被动扭转的扑翼仿鸽飞行器进一步的优化方案，所述减速齿轮、第一传动齿轮、第二传动齿轮均通过滚动轴承和所述框架转动连接。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明通过双曲柄双摇杆机构、二级齿轮减速组、被动扭转机构及两段机翼的多个机构的组合，提供了一种具有被动扭转的扑翼仿鸽飞行器的设计方案，更好地模拟了鸟类的飞行，可产生更大的升力和消耗更少的能耗。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中机身的的结构示意图；

图3为本发明中机翼的结构示意图；

图4为本发明齿条、限位条、外端翼轴、扭转齿轮相配合的结构示意图。

图中，1-框架、2-无刷电机、3-减速齿轮、4-第一传动齿轮、5-连杆、6-摇杆、7-内段翼面、8-外段翼面、9-扭转齿轮、10-齿条、11-限位条。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

如图1所示，本发明公开了一种具有被动扭转的扑翼仿鸽飞行器，包括机身、第一机翼、第二机翼和机尾。

如图2所示，机身包含框架、无刷电机、主动齿轮、减速齿轮、第一传动齿轮和第二传动齿轮；无刷电机、主动齿轮、减速齿轮、第一传动齿轮、第二传动齿轮均固定在框架上；无刷电机的输出轴和主动齿轮的转轴固定相连；减速齿轮为双层齿轮，其大齿轮和主动齿轮啮合、小齿轮和第一传动齿轮啮合；第二传动齿轮和第一传动齿轮啮合。

如图3和图4所示，第一机翼、第二机翼均包含连杆、摇杆、从动杆、齿条、限位条、外端翼轴、扭转齿轮、內段翼面和外段翼面；从动杆一端和框架铰接，另一端由框架朝外依次和齿条的一端、限位条的一端铰接；摇杆设置在从动杆上方，长度大于从动杆，摇杆远离框架的一端由框架朝外依次和齿条的另一端、限位条的另一端铰接；摇杆的杆身上设有和框架铰接的铰接点，且摇杆远离框架的一端到摇杆上铰接点的距离和从动杆的长度相等；限位条上设有供外端翼轴穿过的通孔；外端翼轴一端穿过外端翼轴和扭转齿轮的转轴固定相连，扭转齿轮和齿条啮合；外端翼轴在限位条上通孔两侧设有凸环，以防止外端翼轴从限位条中脱落；外段翼面设置在外端翼轴上；內段翼面设置在摇杆上。

第一传动齿轮的边沿设有和第一机翼连杆的一端铰接的铰接点，第一机翼连杆的另一端和第一机翼摇杆靠近框架的一端铰接；第二传动齿轮的边沿设有和第二机翼连杆的一端铰接的铰接点，第二机翼连杆的另一端和第二机翼摇杆靠近框架的一端铰接。

第一传动齿轮的圆心到其上铰接点之间的距离、以及第二传动齿轮的圆心到其上铰接点之间的距离均起到了曲柄的作用，第一机翼和第二机翼中的摇杆作为输出端，分别将第一传动齿轮、第二传动齿轮的旋转运动转化为第一机翼的摇杆、第二机翼的摇杆的往复摆动，带动仿生扑翼拍打。

齿条和扭动齿轮相配合，当内段翼面上下拍动时，外段翼轴末端的齿轮在齿条上来回滚动，外段翼随之进行上下扭转；其中齿轮的周长和齿条的长度决定了扭转的角度。

无刷电机为1400Kv，给减速齿轮组提供一定的输入转速，从而保证扑翼的频率能够维持足够的升力输出。减速齿轮用于将无刷电机的输出轴的转速降低，使得扑翼的频率在一定的范围内，约12Hz左右。

连杆和摇杆之间、摇杆和框架之间、从动杆和框架之间、齿条和摇杆之间、齿条和从动杆之间、限位条和摇杆之间、限位条和从动杆之间均通过滚动轴承进行铰接；减速齿轮、第一传动齿轮、第二传动齿轮均通过滚动轴承和框架转动连接。由于采用了大量的转动轴承，提高了整体的传动效率，减轻动力源的负担。

机身、第一机翼、第二机翼、机尾均采用碳纤维制成。

內段翼面、外段翼面均采用风筝布制成。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种具有被动扭转的扑翼仿鸽飞行器，其特征在于，包括机身、第一机翼、第二机翼和机尾；

所述机身包含框架、无刷电机、主动齿轮、减速齿轮、第一传动齿轮和第二传动齿轮；

所述无刷电机、主动齿轮、减速齿轮、第一传动齿轮、第二传动齿轮均固定在所述框架上；

所述无刷电机的输出轴和所述主动齿轮的转轴固定相连；

所述减速齿轮为双层齿轮，其大齿轮和所述主动齿轮啮合、小齿轮和所述第一传动齿轮啮合；

所述第二传动齿轮和所述第一传动齿轮啮合；

所述第一机翼、第二机翼均包含连杆、摇杆、从动杆、齿条、限位条、外端翼轴、扭转齿轮、內段翼面和外段翼面；

所述从动杆一端和所述框架铰接，另一端由所述框架朝外依次和所述齿条的一端、限位条的一端铰接；

所述摇杆设置在所述从动杆上方，长度大于所述从动杆，摇杆远离所述框架的一端由框架朝外依次和所述齿条的另一端、限位条的另一端铰接；

所述摇杆的杆身上设有和所述框架铰接的铰接点，且摇杆远离所述框架的一端到所述摇杆上铰接点的距离和所述从动杆的长度相等；

所述限位条上设有供所述外端翼轴穿过的通孔；

所述外端翼轴一端穿过所述外端翼轴和所述扭转齿轮的转轴固定相连，所述扭转齿轮和所述齿条啮合；

所述外端翼轴在所述限位条上通孔两侧设有凸环，以防止外端翼轴从所述限位条中脱落；

所述外段翼面设置在所述外端翼轴上；

所述內段翼面设置在所述摇杆上；

所述第一传动齿轮的边沿设有和所述第一机翼连杆的一端铰接的铰接点，第一机翼连杆的另一端和第一机翼摇杆靠近框架的一端铰接；

所述第二传动齿轮的边沿设有和所述第二机翼连杆的一端铰接的铰接点，第二机翼连杆的另一端和第二机翼摇杆靠近框架的一端铰接。

2.根据权利要求1中所述的具有被动扭转的扑翼仿鸽飞行器，其特征在于，所述机身、第一机翼、第二机翼、机尾均采用碳纤维制成。

3.根据权利要求1中所述的具有被动扭转的扑翼仿鸽飞行器，其特征在于，所述內段翼面、外段翼面均采用风筝布制成。

4.根据权利要求1中所述的具有被动扭转的扑翼仿鸽飞行器，其特征在于，所述无刷电机采用1400Kv无刷电机。

5.根据权利要求1中所述的具有被动扭转的扑翼仿鸽飞行器，其特征在于，所述连杆和摇杆之间、摇杆和框架之间、从动杆和框架之间、齿条和摇杆之间、齿条和从动杆之间、限位条和摇杆之间、限位条和从动杆之间均通过滚动轴承进行铰接。

6.根据权利要求1中所述的具有被动扭转的扑翼仿鸽飞行器，其特征在于，所述减速齿轮、第一传动齿轮、第二传动齿轮均通过滚动轴承和所述框架转动连接。