CN109263964B - 一种带有球副的顶杆凹槽仿生蜻蜓翅膀驱动机构 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种带有球副的顶杆凹槽仿生蜻蜓翅膀驱动机构，包括翅翼、连接所述翅翼的凹槽结构、滑槽结构、凸台结构、齿轮驱动结构、支撑平板、连杆滑块结构。与现有技术相比，本发明具有结构设计简单，传动高效的优点，关键在于通过齿轮的啮合传动来实现精确的角度控制，通过连杆滑块结构及齿轮配合来实现飞行过程中翅膀的上下拍动以及前后拍动转换控制，通过电机驱动摇杆来控制翅翼的拍动频率，同时在翅膀拍动关键部位滑槽结构做了进一步设计，使拍动更加灵活高效。该结构利用摇杆、齿轮啮合传动、连杆和凹槽滑块等结构组成。整体上可以实现对仿生蜻蜓4个翅膀独立控制，在飞行过程中可以完成更复杂的动作，使控制更精准。

Description

一种带有球副的顶杆凹槽仿生蜻蜓翅膀驱动机构

技术领域

本发明涉及仿生扑翼飞行器领域，尤其涉及一种带有球副的顶杆凹槽仿生蜻蜓翅膀驱动机构。

背景技术

自古以来，自然界就是人类社会各种技术思想，工程原理及重大发明的源泉。当今社会，随着仿生学的发展，仿生机械蜻蜓在未来的科技领域有种重要的应用。

蜻蜓是自然界飞行性能最优越的生物之一，可以实现的飞行模式有倒飞，侧飞，滑翔甚至悬停在空中。蜻蜓独特的飞行本领来自于其发达的翅肌和气囊，翅肌能快速煽动机翼和调整飞行角度，气囊储藏空气，可以调节温度和增加浮力。蜻蜓依靠自己独特的神经系统实现飞行角度的调节以及拍打频率的控制，既可以产生向上的升力，又可以有向前或向后的推力，实现自由飞行。

仿生蜻蜓是仿生扑翼飞行器的一种类型，仿生扑翼飞行器是一个多学科、多领域的研究，其涉及空气动力学、仿生学、力学和结构，以及控制原理和传感器等领域的分析研究。扑翼飞行器是一种全新概念的飞行器，研究领域超过传统飞行器的研究领域，需要研究空气动力学对结构的影响，又要涉及仿生学领域的结构设计研究。此研究具有一定的先行性和前瞻性，同时又有研究的必要性和急迫性。

仿生蜻蜓的机动性强，能够模拟直升机，有翼飞行器以及滑翔机的飞行状态，飞行中能实现主体姿势的固定，可以实现滑翔、盘旋、空中悬停、水平前进和后退等动作。仿生蜻蜓具有优异的飞行性能以及灵活的飞行形式，且具有重量轻、体积小、飞行隐蔽性好等优点。未来在狭小的空间以及危险场所的救灾防灾和安全侦察领域具备良好的使用前景。

中国专利201710200396.8和201710200390.0提出用单个电机加齿轮组的方式来控制蜻蜓四个翅膀的拍动以及转动，但只用一个电机控制，翅膀的转动将很难实现。中国专利201710580936.X提出了一种可变幅值的仿生蜻蜓结构，该发明采用单个舵机同时控制左右两个翅膀的拍动幅值，飞行的多样性难以实现。中国专利201810193389.4提出了一种多自由度控制方法，该方法详细的介绍了多自由度概念以及整个蜻蜓的外观，但由于结构复杂，加工制造不便以及内腔的多齿轮驱动结构配合难以实现。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种带有球副的顶杆凹槽仿生蜻蜓翅膀驱动机构。可改善现有机械蜻蜓翅膀实现拍动模式转变以及旋转角度调节的不足，从而提高仿生蜻蜓飞行过程中调整能力、拍动效率。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种带有球副的顶杆凹槽仿生蜻蜓翅膀驱动机构，包括翅翼、连接所述翅翼的凹槽结构、滑槽结构、凸台结构、齿轮驱动结构、支撑平板、连杆滑块结构；

所述滑槽结构包括凹形支架、长方形滑块、圆柱旋动结构，所述长方形滑块结构具有内凹槽以及两端设置的转动设置于所述凹形支架内的转动副，所述圆柱旋动结构具有有孔圆柱、设置于有孔圆柱两侧的圆柱以及设置于所述圆柱端部的滑块，所述滑块具有转动安装所述圆柱的圆孔，所述滑块滑动设置于所述内凹槽中；

所述凸台结构联动设置于所述齿轮驱动结构上且其具有中心通孔，所述凹形支架转动设置于所述凸台结构上；

所述连杆滑块结构包括主动杆、从动块、联杆、导向块、摇杆，所述主动杆、联杆、从动杆依次铰接，所述导向块转动设置于所述支撑平板上，所述从动杆末端与所述导向块转动连接，所述导向块侧面具有路径导向凹槽，所述摇杆固定设置有滑动设置于所述路径导向凹槽中的顶杆，所述摇杆穿过所述中心通孔且末端设置于所述有孔圆柱中。

进一步地，所述凸台结构设置有至少两个安装孔，所述齿轮驱动结构包括啮合的主动轮、从动轮，所述从动轮盘面上设置有插装于所述安装孔中的立杆。

更进一步地，所述路径导向凹槽呈上升结构，通过所述摇杆、连杆、齿轮啮合结构、圆柱旋动结构联动所述长方形滑块转动。

更进一步地，所述导向块呈扇形结构，所述路径导向凹槽设置于弧形侧壁上。

更进一步地，所述顶杆末端具有作用于所述路径导向凹槽的上半球以及下圆锥体。

更进一步地，所述支撑平板上设置有分别驱动所述齿轮驱动结构、所述主动杆的电机。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明机械结构形式新颖，可行性高，关键在于，齿轮啮合机构能够实现精确旋向位置的改变，连杆滑块结构能够实现拍动模式的调整，顶杆凹槽结构能够实现摇杆的来回往复运动模式，从而使得仿生蜻蜓能够实现高效率的拍动以及高灵活度的飞行调整。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2为滑槽结构示意图；

图3为长方形滑块结构示意图；

图4为圆柱旋动结构示意图；

图5为齿轮驱动结构示意图；

图6为连杆滑块结构示意图；

图7为顶杆结构示意图；

图8为顶杆结构细节示意图。

附图标号说明：

图1中：(1)翅翼；(2)凹槽结构；(3)滑槽结构；(4)凸台结构；(5)齿轮驱动结构；(6)支撑平板；(7)连杆滑块结构；

图2中：(30)端面；(31)长方形滑块；(32)圆柱旋动结构；(33)立面；

图3中：(312)内凹槽；(311)转动副；

图4中：(321)有孔圆柱；(322)圆柱；(333)滑块；

图5中：(51)主动轮；(52)连杆；(53)从动轮；(54)立杆；

图6中：(71)主动杆；(72)从动杆；(73)导向块；(74)导向凹槽；(75)摇杆；(76)联杆；

图8中：(81)上半球；(82)下圆锥体。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，本发明实施例的一种带有球副的顶杆凹槽仿生蜻蜓翅膀驱动机构主要包含最前端的拍动的翅翼1、连接翅翼的凹槽结构2、上承凹槽结构下接顶杆的滑槽结构3、凸台结构4、齿轮驱动结构5、支撑平板6、以及连杆滑块结构7。

如图2所示，所述滑槽结构包括端面30、长方形滑块31、圆柱旋动机构32和立面33。滑槽结构由两个对称的端面30、内部由长方形滑块31，长方形滑块31的对称滑槽里放置圆柱旋动机构32。

如图3所示，所述的长方形滑块31内腔是由2个对称的凹槽312以及两端面转动副311组成。

如图4所示，所述的圆柱旋动机构32是由有孔圆柱321、圆柱322、滑块323组成，有孔圆柱321的直径由摇杆的直径决定的，圆柱322是由有孔圆柱321的两侧面拉伸而成，滑块323既与圆柱322配合又与长方形滑块31的内凹槽配合。

如图5所示，所述齿轮驱动结构包括主动轮51、连杆52、从动轮53、立杆54。主动轮51是一个齿数为12的齿轮，连杆52是在主动轮51的中心拉伸的圆柱，连杆上作用一个电机驱动主动轮运动，从动轮53是一个齿数为24的齿轮，齿轮的表面有四根立杆54与凸台结构固定连接配合运动，主动轮51通过支撑平板上设置的电机驱动转动带动从动轮52转动，从而实现翅膀结构旋向角度的调整。

如图6所示，所述连杆滑块结构包括主动杆71、从动块72、联杆76、导向块73、摇杆75，连杆滑块结构设置于支撑平板6上，导向块73转动设置于支撑平板6上，主动杆71由电机带动提供动力71作用于从动杆72，使得导向块有一个向左的推动力。

导向块73侧面具有路径导向凹槽74，摇杆75固定设置有滑动设置于路径导向凹槽74中的顶杆，路径导向凹槽74呈上升结构，通过摇杆75、连杆、齿轮啮合结构、圆柱旋动结构联动所述长方形滑块转动。

导向块73呈扇形结构，路径导向凹槽74设置于弧形侧壁上。

如图8，顶杆末端具有作用于所述路径导向凹槽的上半球81以及下圆锥体82。

摇杆75穿过从动轮53的中心通孔且末端设置于有孔圆柱321中。

主动轮51通过电机驱动转动带动从动轮52转动，从而实现翅膀结构旋向角度的调整。

路径导向凹槽74的规划路线是由摇杆的运动所需长度决定的，这个结构能够实现摇杆沿着凹槽的往复运动。需要说明的是，连杆52，主动杆71，摇杆75上连接驱动元器件，使得获得相应的驱动力，从而使的翅翼得到多种飞行模式。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (3)

1.一种带有球副的顶杆凹槽仿生蜻蜓翅膀驱动机构，其特征在于，包括翅翼、连接所述翅翼的凹槽结构、滑槽结构、凸台结构、齿轮驱动结构、支撑平板、连杆滑块结构；

所述滑槽结构包括凹形支架、长方形滑块、圆柱旋动结构，所述长方形滑块结构具有内凹槽以及两端设置的转动设置于所述凹形支架内的转动副，所述圆柱旋动结构具有有孔圆柱、设置于有孔圆柱两侧的圆柱以及设置于所述圆柱端部的滑块，所述滑块具有转动安装所述圆柱的圆孔，所述滑块滑动设置于所述内凹槽中；

所述凸台结构联动设置于所述齿轮驱动结构上且其具有中心通孔，所述凹形支架转动设置于所述凸台结构上；

所述连杆滑块结构包括主动杆、从动块、联杆、导向块、摇杆，所述主动杆、联杆、从动杆依次铰接，所述导向块转动设置于所述支撑平板上，所述从动杆末端与所述导向块转动连接，所述导向块侧面具有路径导向凹槽，所述摇杆固定设置有滑动设置于所述路径导向凹槽中的顶杆，所述顶杆的末端具有作用于所述路径导向凹槽的上半球以及下圆锥体，所述摇杆穿过所述中心通孔且末端设置于所述有孔圆柱中，所述路径导向凹槽呈上升结构，所述导向块呈扇形结构，所述路径导向凹槽设置于弧形侧壁上。

2.根据权利要求1所述的带有球副的顶杆凹槽仿生蜻蜓翅膀驱动机构，其特征在于，所述凸台结构设置有至少两个安装孔，所述齿轮驱动结构包括啮合的主动轮、从动轮，所述从动轮的盘面上设置有插装于所述安装孔中的立杆。

3.根据权利要求1或2所述的带有球副的顶杆凹槽仿生蜻蜓翅膀驱动机构，其特征在于，所述支撑平板上设置有分别驱动所述齿轮驱动结构、所述主动杆的电机。