CN109178303A - 一种偏心轮往复结构与齿轮组联合的扑翼机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及扑翼仿生飞行器，具体涉及一种偏心轮往复结构与齿轮组联合的扑翼机构，扑翼机构由一根驱动轴、两个偏心轮、两个限位滑槽、两个滑槽调节套、两个端面齿轮、一个中心齿轮、一个旋转接头、一个翼面连接杆和一个主体框架构成。驱动轴带动偏心轮转动，限位滑槽把偏心轮转动变为直线往复运动，端面齿轮通过限位滑槽上的小凸轴带动产生往复摆动，两个端面齿轮和中心齿轮构成差速结构同时实现挥拍运动和攻角运动，滑槽调节套调节限位滑槽所在位置和差速关系，实现对挥拍运动和攻角运动的调节。该扑翼机构能够同时模拟挥拍运动和攻角运动，零部件简洁，机械结构合理，扑翼频率范围大，利于实现和微型化，因此可以广泛的应用于各类扑翼仿生微飞行器开发和研究。
Description
技术领域
本发明涉及扑翼仿生飞行器，具体涉及一种偏心轮往复结构与齿轮组联合的扑翼机构。
背景技术
扑翼仿生飞行器依靠模拟昆虫的扑翼运动方式来获得升力。相比于固定翼和旋翼方式，扑翼方式能够获得更佳的升力、机动性和飞行效率。因此在军事和民用领域中，扑翼仿生飞行器都得到了极大的关注，且有不少技术方案被报道。
昆虫飞行的扑翼运动主要由两个基本运动构成：挥拍运动和攻角运动。挥拍运动实现昆虫翼面的大角度拍打，攻角运动即翼面绕展向转轴的翻转运动。单一的挥拍运动或攻角运动都无法使扑翼飞行获得足够气动性能；当挥拍运动和攻角运动恰当配合后，扑翼运动才可能获得最佳的气动效果。能够模拟扑翼运动的机械机构有很多的实现方式，但这些方式大多都无法同时控制挥拍运动和攻角运动，或者机构过于复杂不易于实现，因此也就无法充分的发挥扑翼方式的高性能。CN107150804A中公开了一种翅膀具有三自由度的扑翼飞行器，该扑翼飞行器左前部调控机构和右前部调控机构、左后部调控机构和右后部调控机构两两对称分布在机身左右两侧，并都可独立运动。该设计虽然实现了多自由度扑动，但结构复杂，机构零件数量多，难于小型化也难于提高扑翼频率。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有扑翼机构的不足，提供一种能够同时控制挥拍运动和攻角运动，且容易实现的扑翼机构。
本发明所涉及的偏心轮往复结构与齿轮组联合的扑翼机构，该机构由驱动轴1、右偏心轮2、右限位滑槽3、右滑槽调节套4、右端面齿轮5、中心齿轮6、旋转接头7、翼面连接杆8、主体框架9、左偏心轮10、左限位滑槽11、左滑槽调节套12、左端面齿轮13组成，轻质材料构成的主体框架9上有两个共轴线的驱动轴安装孔，驱动轴1穿过驱动轴安装孔，驱动轴1可以在安装孔内转动。驱动轴1穿过右偏心轮2上的偏心孔，并使得右偏心轮2和驱动轴1保持固连状态，相同方法安装左偏心轮10，右限位滑槽3的内滑槽和右偏心轮2保持内侧相切配合，右限位滑槽3的外槽与驱动轴1保持内侧相切配合，右限位滑槽3的延长杆部分穿过右滑槽调节套4上一端的通孔，垂直于右限位滑槽3内外槽平面的小凸轴穿过右端面齿轮5上的径向槽，左限位滑槽11、左滑槽调节套12和左端面齿轮13与右限位滑槽3、右滑槽调节套4和右端面齿轮5使用相同安装方法，在右端面齿轮5和左端面齿轮13中间，驱动轴1穿过旋转接头7的通孔，旋转接头7的垂直孔与翼面连接杆8相配合，如借助深沟球轴承等安装方式，使得翼面连接杆8只能绕旋转接头7上的垂直孔旋转或随旋转接头7绕驱动轴1旋转，中心齿轮6固定于翼面连接杆8上，并使得中心齿轮6与右端面齿轮5和左端面齿轮13保持齿面啮合状态。右滑槽调节套4一端通孔与右限位滑槽3的延长杆配合，另一端安装于主体框架9上的圆弧形槽内，左滑槽调节套12和左限位滑槽11与右滑槽调节套4和右限位滑槽3使用相同安装方法，主体框架9有圆弧形槽，右滑槽调节套4一端保持约束在滑槽内，主体框架9的圆弧形槽与其上驱动轴安装孔共圆心，右滑槽调节套4可在圆弧形槽内改变位置并保持不移出滑槽，右滑槽调节套4沿圆弧形槽移动时，右限位滑槽3绕驱动轴1发生转动，本机构左边的结构和运动关系与右边相同。
本发明所涉及的偏心轮往复结构与齿轮组联合的扑翼机构能够同时控制扑翼仿生飞行器翼面的挥拍运动和攻角运动，具有结构简单，机构零件数量少，有利于小型化和提高扑翼频率。
附图说明
图1是本发明所述偏心轮往复结构与齿轮组联合的扑翼机构示意图。
图1中：1、驱动轴；2、右偏心轮；3、右限位滑槽；4、右滑槽调节套；5、右端面齿轮；6、中心齿轮；7、旋转接头；8、翼面连接杆；9、主体框架；10、左偏心轮；11、左限位滑槽；12、左滑槽调节套；13、左端面齿轮。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例
本实施例所涉及的偏心轮往复结构与齿轮组联合的扑翼机构，其结构如图1所示。
该机构由驱动轴1、右偏心轮2、右限位滑槽3、右滑槽调节套4、右端面齿轮5、中心齿轮6、旋转接头7、翼面连接杆8、主体框架9、左偏心轮10、左限位滑槽11、左滑槽调节套12、左端面齿轮13组成，轻质材料构成的主体框架9上有两个共轴线的驱动轴安装孔，驱动轴1穿过驱动轴安装孔，驱动轴1可以在安装孔内转动。驱动轴1穿过右偏心轮2上的偏心孔，并使得右偏心轮2和驱动轴1保持固连状态，相同方法安装左偏心轮10，右限位滑槽3的内滑槽和右偏心轮2保持内侧相切配合，右限位滑槽3的外槽与驱动轴1保持内侧相切配合，右限位滑槽3的延长杆部分穿过右滑槽调节套4上一端的通孔，垂直于右限位滑槽3内外槽平面的小凸轴穿过右端面齿轮5上的径向槽，左限位滑槽11、左滑槽调节套12和左端面齿轮13与右限位滑槽3、右滑槽调节套4和右端面齿轮5使用相同安装方法，在右端面齿轮5和左端面齿轮13中间，驱动轴1穿过旋转接头7的通孔，旋转接头7的垂直孔与翼面连接杆8相配合，如借助深沟球轴承等安装方式，使得翼面连接杆8只能绕旋转接头7上的垂直孔旋转或随旋转接头7绕驱动轴1旋转，中心齿轮6固定于翼面连接杆8上，并使得中心齿轮6与右端面齿轮5和左端面齿轮13保持齿面啮合状态，右滑槽调节套4一端通孔与右限位滑槽3的延长杆配合，另一端安装于主体框架9上的圆弧形槽内，左滑槽调节套12和左限位滑槽11与右滑槽调节套4和右限位滑槽3使用相同安装方法，主体框架9有圆弧形槽，右滑槽调节套4一端保持约束在滑槽内，主体框架9的圆弧形槽与其上驱动轴安装孔共圆心，右滑槽调节套4可在圆弧形槽内改变位置并保持不移出滑槽，右滑槽调节套4沿圆弧形槽移动时，右限位滑槽3绕驱动轴1发生转动，本机构左边的结构和运动关系与右边相同。
本实施例的扑翼机构其工作原理如下：两个偏心轮可以同时绕驱动轴做单向圆周运动，也可以做往复运动，绕驱动轴转动的两个偏心轮安装相位差可为0度到180度；驱动轴1的转动速度最高为100转每秒，驱动轴1依次穿过主体框架9的安装孔、右限位滑槽3的外槽、左限位滑槽11的外槽、右偏心轮2的偏心孔、左偏心轮10的偏心孔、右端面齿轮5的中心孔、左端面齿轮13的中心孔、旋转接头7的通孔；右滑槽调节套4可以在主体框架9上的圆弧形槽内移动，移动过程中右滑槽调节套4一端保持在主体框架9的圆弧形槽内，右限位滑槽3上的延长杆始终保持穿过右滑槽调节套4另一端的通孔并可沿孔轴向滑动的状态，本机构的左滑槽调节套12和左限位滑槽11的结构和运动关系与右边相同。
本实施例的偏心轮往复结构与齿轮组联合的扑翼机构能够同时控制扑翼仿生飞行器翼面的挥拍运动和攻角运动，在一组扑翼机构内，驱动轴1带动右偏心轮2和左偏心轮10转动，右限位滑槽3把右偏心轮2转动变为直线往复运动，左限位滑槽11把左偏心轮10转动变为直线往复运动；右端面齿轮5通过右限位滑槽3上的小凸轴带动产生往复摆动，左端面齿轮13通过左限位滑槽11上的小凸轴带动产生往复摆动；右端面齿轮5和左端面齿轮13和中心齿轮6构成差速结构同时实现挥拍运动和攻角运动；右滑槽调节套4调节右限位滑槽3所在位置和差速关系，左滑槽调节套13调节左限位滑槽11所在位置和差速关系，实现对挥拍运动和攻角运动的调节；设右偏心轮2和左偏心轮10的偏心距均为e,相位角为δ，右限位滑槽3上的小凸轴到驱动轴1的最大距离为p，当前驱动轴1的转角为θ，右端面齿轮2和中心齿轮6的速比为k，那么当前时刻该扑翼机构所获得的挥拍角和攻角α可以由如下公式计算得到：
本发明的扑翼机构，通过偏心轮往复结构来控制端面齿轮和中心齿轮构成的差速装置的角度来实现同时模拟扑翼飞行中的挥拍运动和攻角运动。与现有扑翼机构相比，有如下优点：
(1)能够同时模拟挥拍运动和攻角运动，发挥扑翼飞行的高性能。
(2)零部件简洁，机械结构合理而可靠，利于实现和微型化。
(3)控制灵活，有利于实现不同条件下(如巡航，悬停和机动)的最佳扑翼飞行状态。
(4)扑翼频率调节范围比较大。
本发明的偏心轮往复结构与齿轮组联合的扑翼机构，由于其可以同时模拟挥拍运动和攻角运动，且结构简单、控制灵活，因此可以广泛的应用于各类扑翼仿生微飞行器开发和实验室扑翼飞行研究平台。
本实施例所涉及的偏心轮往复结构与齿轮组联合的扑翼机构能够同时控制扑翼仿生飞行器翼面的挥拍运动和攻角运动，具有结构简单，机构零件数量少，有利于小型化和提高扑翼频率。
Claims (1)
1.一种偏心轮往复结构与齿轮组联合的扑翼机构，其特征是：该机构由驱动轴(1)、右偏心轮(2)、右限位滑槽(3)、右滑槽调节套(4)、右端面齿轮(5)、中心齿轮(6)、旋转接头(7)、翼面连接杆(8)、主体框架(9)、左偏心轮(10)、左限位滑槽(11)、左滑槽调节套(12)、左端面齿轮(13)组成，轻质材料构成的主体框架(9)上有两个共轴线的驱动轴安装孔，驱动轴(1)穿过驱动轴安装孔，驱动轴(1)可以在安装孔内转动。驱动轴(1)穿过右偏心轮(2)上的偏心孔，并使得右偏心轮(2)和驱动轴(1)保持固连状态，相同方法安装左偏心轮(10)，右限位滑槽(3)的内滑槽和右偏心轮(2)保持内侧相切配合，右限位滑槽(3)的外槽与驱动轴(1)保持内侧相切配合，右限位滑槽(3)的延长杆部分穿过右滑槽调节套(4)上一端的通孔，垂直于右限位滑槽(3)内外槽平面的小凸轴穿过右端面齿轮(5)上的径向槽，左限位滑槽(11)、左滑槽调节套(12)和左端面齿轮(13)与右限位滑槽(3)、右滑槽调节套(4)和右端面齿轮(5)使用相同安装方法，在右端面齿轮(5)和左端面齿轮(13)中间，驱动轴(1)穿过旋转接头(7)通孔，旋转接头(7)的垂直孔与翼面连接杆(8)相配合，如借助深沟球轴承等安装方式，使得翼面连接杆(8)只能绕旋转接头(7)上的垂直孔旋转或随旋转接头(7)绕驱动轴(1)旋转，中心齿轮(6)固定于翼面连接杆(8)上，并使得中心齿轮(6)与右端面齿轮(5)和左端面齿轮(13)保持齿面啮合状态，右滑槽调节套(4)一端通孔与右限位滑槽(3)的延长杆配合，另一端安装于主体框架(9)上的圆弧形槽内，左滑槽调节套(12)和左限位滑槽(11)与右滑槽调节套(4)和右限位滑槽(3)使用相同安装方法，主体框架(9)有圆弧形槽，右滑槽调节套(4)一端保持约束在滑槽内，主体框架(9)的圆弧形槽与其上驱动轴安装孔共圆心，右滑槽调节套(4)可在圆弧形槽内改变位置并保持不移出滑槽，右滑槽调节套(4)沿圆弧形槽移动时，右限位滑槽(3)绕驱动轴(1)发生转动，本机构左边的结构和运动关系与右边相同。
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