CN108945429A - 一种微型扑翼飞行器翅膀扑动及展收多模式驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微型扑翼飞行器翅膀扑动及展收多模式驱动装置，主要由电机、机架、棘爪固定盘、绕绳轮、螺栓、端盖、齿轮、销轴、棘爪、导针组成。本发明与现有技术相比，可以通过控制单个电机的正反转动、启动停止实现对翅膀的展开、扑动、收起和固定多个动作的控制，在增加了翅膀展收功能的同时，并未增加驱动电机的数量，为微型扑翼飞行器节省了更多的升力，也为微型扑翼飞行器搭载其他微型设备提供了更多空间。该装置解决了微型扑翼飞行器翅膀扑动及展收动作不能同时控制的问题，将翅膀的多个动作统一到一个装置上实现切换与控制，使微型扑翼飞行器的功能更加多样，隐蔽性和便携性进一步增强。

Description

一种微型扑翼飞行器翅膀扑动及展收多模式驱动装置

技术领域

本发明属于微型飞行器领域，涉及一种微型扑翼飞行器驱动装置，具体是一种微型扑翼飞行器翅膀扑动及展收多模式驱动装置。

背景技术

微型飞行器是对目前尺寸最小的一类飞行器的统称，自1992年科学家提出微型飞行器概念以来，鉴于其在军事和民用领域的巨大潜在应用价值，国内外许多研究人员相继在该领域开展了一系列科学研究。较之于常规飞行器，微型飞行器具有体积微小、携带方便、机动灵活、噪声低、隐蔽性好等突出优势。微型飞行器以飞行方式划分可以分为固定翼式、旋翼式和扑翼式，在灵活性、隐蔽性和噪声控制方面，扑翼式微型飞行器展现出了更加良好的性能，其能够在非常狭窄的空间内飞行，具有转弯半径小、机动灵活、飞行噪声小等优点，在军用反恐侦察、生化环境探测、复杂地形勘测、森林防火、交通监管及电力巡检等领域具有非常广阔的应用前景。

为了提高扑翼式微型飞行器的整体性能，将其翅膀设计为昆虫翅膀的仿生可折叠结构，当其静止在某处执行侦察监测任务时，将翅膀折叠收起，可以使飞行器具有更好的隐蔽性；当其闲置时，将翅膀折叠收起，在保护翅膀的同时，也提高了其便携性。

但是，这种同时具有翅膀扑动及展收功能的扑翼式微型飞行器需配备多个驱动源，即翅膀扑动驱动电机及翅膀展收驱动电机，驱动电机数量的增加会使飞行器整体重量增加，使飞行器变得繁重，其飞行所需升力也会随之增加，这大大降低了飞行器的灵活性和飞行效率，降低了飞行器的整体飞行性能。

发明内容

为了解决上述问题，使微型扑翼飞行器在同时具有翅膀扑动及展收功能的同时而不增加驱动电机的数量，本发明提供了一种微型扑翼飞行器翅膀扑动及展收多模式驱动装置，使其通过控制单个电机的正反转动、启动停止即可实现对翅膀展开、扑动、收起及固定多个动作的切换与控制。

本发明微型扑翼飞行器翅膀扑动及展收多模式驱动装置，包括机架、电机、绕绳轮、棘爪固定盘、端盖与齿轮。

所述电机安装于机架上，棘爪固定盘与绕绳轮内外嵌套，通过端盖封装于机架内腔中。电机输出轴穿过棘爪固定盘并与棘爪固定盘固定，输出轴端部固定齿轮，齿轮连接翅膀扑动机构。绕绳轮上缠绕线绳，线绳由机架上的导绳孔穿出。

其中，机架内腔底面周向开有环型导针滑槽；导针平行于机架内腔底面，一端与导针滑槽间滑动连接，另一端与棘爪固定盘后侧面外缘处相连；棘爪固定盘前端面周向开槽安装三个棘爪；棘爪通过扭簧作用始终具有逆时针转动趋势，使棘爪始终贴合绕绳轮内圈；绕绳轮内圈周均设有三个台阶结构，形成三个台阶面，用于与棘爪配合。

上述导针滑槽左端端部分支多条滑槽，形成上下两路，且上下末端间通过V型槽连通。其中，分支处形成收绳下导向角，导针逆时针转动，由收绳下导向角将导针导入下路滑槽；下路滑槽末端处形成收绳上导向角，当导针到达收绳上导向角后，导针受翅膀弹开力逆时针转动，由收绳上导向角导将导针导入V形槽尖端形成的固定角中，限制了导针逆时针的转动，完成了翅膀的收起及固定动作。上路滑槽末端处形成放绳上导向角，当导针顺时针转动时，通过放绳上导向角将导针导入上路滑槽，导针受翅膀弹开力作用逆时针转动，直至导针滑槽右端停止，完成了翅膀的展开动作。

本发明的优点在于：

1、本发明微型扑翼飞行器翅膀扑动及展收多模式驱动装置，通过控制单个电机的正反转动、启动停止即可实现翅膀的展开、扑动、收起和固定多个动作，在增加了翅膀展收功能的同时，并未增加驱动电机的数量，为微型扑翼飞行器节省了更多的升力，也为微型扑翼飞行器搭载其他微型设备提供了更多空间。

2、本发明微型扑翼飞行器翅膀扑动及展收多模式驱动装置，解决了微型扑翼飞行器翅膀扑动及展收动作不能同时控制的问题，将翅膀的多个动作统一到一个装置上实现切换与控制，使微型扑翼飞行器的功能更加多样，隐蔽性和便携性进一步增强，整机性能得到进一步提升。

附图说明

图1为本发明微型扑翼飞行器翅膀扑动及展收多模式驱动装置整体结构爆炸图；

图2为本发明微型扑翼飞行器翅膀扑动及展收多模式驱动装置中机架结构示意图；

图3为本发明微型扑翼飞行器翅膀扑动及展收多模式驱动装置中导向滑槽结构示意图；

图4为本发明微型扑翼飞行器翅膀扑动及展收多模式驱动装置中绕绳轮结构示意图；

图5为本发明微型扑翼飞行器翅膀扑动及展收多模式驱动装置中棘爪固定盘结构示意图。

图中：

1-机架 2-电机 3-绕绳轮

4-棘爪固定盘 5-端盖 6-齿轮

7-棘爪 8-导针 101-电机托架

102-导针滑槽 103-分支凹槽 104-延伸滑槽

105-V型滑槽 1a-收绳下导向角 1b-固定角

1c-放绳上导向角 1d-收绳上导向角 1e-导针驻点

301-台阶面 302-导针摆动腔 401-棘爪限位凹槽

具体实施方式

下面结合具体附图对本发明作进一步说明。

本发明微型扑翼飞行器翅膀扑动及展收多模式驱动装置，包括机架1、电机2、绕绳轮3、棘爪固定盘4、端盖5、齿轮6、棘爪7与导针8，如图1所示。

如图2所示，所述机架1为具有底面的筒状结构；内部为机架内腔。机架1底面中心开孔，供电机2的输出轴穿出；机架1侧壁相对位置设计有导绳孔103，用于穿出线绳。机架1的底面后侧设计有与机架1同轴的电机托架101；电机2安装于电机托架101中，由电机托架101支撑固定；电机2输出轴穿过机架1底面中心开孔。机架内腔的底面(机架底面前侧)周向上设计有与机架1底面同心的带缺口圆环结构的导针滑槽102。导针8平行于机架1底面设置，一端与导针滑槽102间滑动连接，使导针8可沿导针滑槽102滑动。

上述导针滑槽102左端端部分支为呈一定夹角的上下两路分支滑槽103，如图3所示，两路分支凹槽103形成V型结构，其内侧夹角处作为收绳下导向角1a，该收绳下导向角1a位置靠近导针滑槽102外侧圆弧，由此当导针8顺时针运动到导针滑槽102左端时，通过收绳下导向角1a导向进入下路分支滑槽103。两路分支滑槽103的末端端部分别设计有相互平行的上下两路延伸滑槽104，上下两路延伸滑槽104末端之间通过设计的V型滑槽105相接；该V型滑槽105尖端朝向导针滑槽102左端，作为固定角1b；V型滑槽105内侧与上下两路延伸滑槽104相接位置所形成的夹角，分别作为放绳上导向角1c与收绳上导向角1d。且其中收绳上导向角1d的位置高于下路分支滑槽103。由此下路分支凹槽103中的导针8继续顺时针运动，经延伸滑槽104后到达收绳上导向角1d，此时当导针8逆时针运动时，会到达固定角1b；当导针8再次顺时针运动时，会到达放绳上导向角1c；此时当导针8逆时针运动时，依次经上路延伸滑槽104与上路分支滑槽103后进入导针滑槽102，沿导针滑槽102继续逆时针滑动。上述导针滑槽102的右端为导针驻点1e。

所述绕绳轮3为环形结构，如图4所示，置于机架内腔中，绕绳轮3套在电机1的输出轴上，可在机架内腔中转动。绕绳轮3外壁周向设计有凹槽，用于缠绕线绳，且限制线绳沿绕绳轮3轴向的位移。线绳两端分别由机架1上的导绳孔103穿出，与可折叠翅膀相连。绕绳轮3内圈周均设有三个台阶结构，形成三个台阶面301，用于与棘爪固定盘4配合，实现转动。为避免绕绳轮3安装时，受到导针8的干涉，因此绕绳轮3后侧壁外缘位置设计有导针摆动腔302，使导针8置于导针摆动腔302内。前述导针8另一端通过转轴与导针摆动腔302底面铰接，使绕绳轮3的转动带动导针8沿导针滑槽102滑动。

所述棘爪固定盘4为圆盘结构，如图5所示，位于绕绳轮3内部，通过中心开孔套于电机2的输出轴上，与电机2的输出轴间过盈配合；可随电机2的输出轴转动一并在绕绳轮3内部转动。棘爪固定盘4前端面周向均设有三个棘爪限位凹槽401；三个棘爪限位凹槽401左侧壁与右侧壁长度不等，左侧壁长度小于右侧壁长度。每个棘爪限位凹槽401内安装有棘爪7。所述棘爪7末端通过销轴与棘爪限位凹槽401连接；棘爪7前端为尖端；当棘爪7侧壁与棘爪限位凹槽401右侧壁贴合是，棘爪7前端端部与棘爪固定盘4外壁齐平；当棘爪7向左侧转动时，棘爪7前端端部逐渐伸出棘爪限位凹槽401外壁，由棘爪限位凹槽401左侧壁限制棘爪7的转动。上述销轴上安装有扭簧，扭簧两端分别与棘爪7和棘爪固定盘4固定，通过扭簧使棘爪7始终具有由向棘爪限位凹槽401左侧壁运动趋势。

端盖5通过螺栓固定于机架2前端面上，将绕绳轮3与棘爪7固定盘封装与机架内腔内，形成一体。电机2的输出轴由端盖5中心开孔穿出，并在电机2的输出轴端部通过过盈配合安装齿轮6，该齿轮用来连接翅膀扑动机构。

上述结构的微型扑翼飞行器翅膀扑动及展收多模式驱动装置，具体工作方式为：

控制电机2逆时针(向左)转动，电机1带动齿轮6转动，可带动棘爪固定盘4一同逆时针转动，三个棘爪7尖端会紧贴绕线轮3内圈壁面滑动，绕线轮3内圈三个台阶面301无法与三个棘爪7接触，因此绕线轮3不受棘爪7影响，保持静止。此时转动台阶面301影响，绕绳轮3静止使棘爪固定盘4保持转动；此时，本发明驱动装置处于翅膀扑动驱动状态。

当控制电机2顺时针(向右)转动时，电机1的输出轴带动棘爪固定盘4一同顺时针转动，三个棘爪7尖端会紧贴绕线轮3内圈壁面滑动，但此时三个棘爪7在转到三个台阶面301位置时，分别与三个台阶面301接触，限制三个棘爪7的转动，且三个棘爪7还会被自身所在棘爪限位凹槽401左侧壁限位，使棘爪进而由三个棘爪7可带动绕线轮3顺时针转动，此时绕绳轮3逐渐将缠绕其上的线绳收起。同时，机架上的导针8沿导针滑槽102顺时针滑动；当导针8顺时针运动到导针滑槽102左端时，通过收绳下导向角1a导向进入下路分支滑槽103，并以此沿分支滑槽103与延伸滑槽104运动至收绳上导向点1d；此时电机2不能继续转动，切断电源；由于，齿轮6与翅膀相连，受翅膀弹开力作用，使电机2输出轴始终具有逆时针转动趋势，进而导针8也始终具有逆时针转动驱动，因此，当电机2电源切断后，导针8受翅膀弹开力逆时针转动，进而到达固定角1b处卡住，限制了导针8逆时针的转动；至此，该完成了翅膀的收起及固定动作。

再次启动电机2，并使电机2顺时针转动，导针8将继续顺时针运动，到达放绳上导向点1c；此时导针受翅膀弹开力作用可逆时针运动，且依次经上路延伸滑槽104与上路分支滑槽103后进入导针滑槽102，并沿导针滑槽102继续逆时针滑动，直至到达导针驻点1e停止。至此，完成了翅膀的展开动作。

上述控制过程，实现了一个周期内翅膀的扑动、收起、固定、展开4个动作。再次启动电机2并使其逆时针转动，即可再次循环上个周期内4个动作的切换与控制。

Claims (3)

1.一种微型扑翼飞行器翅膀扑动及展收多模式驱动装置，其特征在于：包括机架、电机、绕绳轮、棘爪固定盘、端盖与齿轮；

所述电机安装于机架上，棘爪固定盘与绕绳轮内外嵌套，通过端盖封装于机架内腔中；电机输出轴穿过棘爪固定盘并与棘爪固定盘固定，输出轴端部固定齿轮，齿轮连接翅膀扑动机构；绕绳轮上缠绕线绳，线绳由机架上的导绳孔穿出；

其中，机架内腔底面周向开有环型导针滑槽；导针平行于机架内腔底面，一端与导针滑槽间滑动连接，另一端与棘爪固定盘后侧面外缘处相连；棘爪固定盘前端面周向开槽安装三个棘爪；棘爪通过扭簧作用始终具有逆时针转动趋势，使棘爪始终贴合绕绳轮内圈；绕绳轮内圈周均设有三个台阶结构，形成三个台阶面，用于与棘爪配合；

上述导针滑槽左端端部分支多条滑槽，形成上下两路，且上下末端间通过V型槽连通；其中，分支处形成收绳下导向角，用于将导针导入下路滑槽；下路滑槽末端处形成收绳上导向角，用于将导针导入V形槽尖端形成的固定角中，固定角用于限制导针逆时针运动；上路滑槽末端处形成放绳上导向角，用于将导针导入上路滑槽。

2.如权利要求1所述一种微型扑翼飞行器翅膀扑动及展收多模式驱动装置，其特征在于：所述导针滑槽左端端部具体设计方式为：导针滑槽左端分支为呈一定夹角的上下两路分支滑槽，两路分支凹槽形成V型结构，内侧夹角处作为收绳下导向角，收绳下导向角位置靠近导针滑槽外侧圆弧；两路分支滑槽的末端端部分别设计有相互平行的上下两路延伸滑槽，上下两路延伸滑槽末端之间通过设计的V型滑槽相接；V型滑槽尖端朝向导针滑槽左端，作为固定角；V型滑槽内侧与上下两路延伸滑槽相接位置所形成的夹角，分别作为放绳上导向角与收绳上导向角；且收绳上导向角的位置高于下路分支滑槽。

3.如权利要求1所述一种微型扑翼飞行器翅膀扑动及展收多模式驱动装置，其特征在于：工作方式为：控制电机逆时针转动，电机带动齿轮转动，同时带动棘爪固定盘一同逆时针转动，三个棘爪尖端紧贴绕线轮内圈壁面滑动，绕线轮内圈三个台阶面与三个棘爪不接触；此时处于翅膀扑动驱动状态；

当控制电机顺时针转动时，电机的输出轴带动棘爪固定盘一同顺时针转动，三个棘爪尖端紧贴绕线轮内圈壁面滑动，此时三个棘爪在转到三个台阶面位置时，分别与三个台阶面接触，限制三个棘爪的转动，进而由三个棘爪带动绕线轮顺时针转动，此时绕绳轮逐渐将缠绕其上的线绳收起；同时，机架上的导针沿导针滑槽顺时针滑动；当导针顺时针运动到导针滑槽左端时，通过收绳下导向角导向进入下路滑槽，并沿下路滑槽运动至收绳上导向点；此时电机停止转动，导针受翅膀弹开力逆时针转动，进而到达固定角处卡住，限制了导针逆时针的转动；至此，完成了翅膀的收起及固定动作；

再次启动电机，并使电机顺时针转动，导针将继续顺时针运动，到达放绳上导向点；受翅膀弹开力逆时针转动，且依次经上路滑槽后进入导针滑槽，并沿导针滑槽继续逆时针滑动，直至到达导针滑槽右端停止；至此，完成了翅膀的展开动作。