CN109502020A - 一种用于科教演示的扑翼机及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于科教演示的扑翼机及其操作方法，包括机身、驱动机构、转动平台、控制元件、电源、扑动翼和尾翼；扑动翼安装在驱动机构上，驱动机构、控制元件、电源和尾翼均以一定的方式安装在机身上，机身和转动平台固连在一起；电源为整个系统供能，控制元件主要控制尾翼和转动平台的协同动作，驱动机构带动扑动翼进行往复的上下扑动。本发明整体外形和运动方式均与实际的鸟类十分相近，操作简单，生动直观的展示了鸟类运动的方式，填补了扑翼科教学领域器材的空缺，使扑翼科教活动更加丰富有趣。

Description

一种用于科教演示的扑翼机及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种用于科教演示的扑翼机及其操作方法。

背景技术

扑翼飞行器作为一种仿生飞行的新概念飞行器，有着诸多的优点和广泛的应用前景，目前也研制成功了大量的扑翼样机，但扑翼飞行器作为一种前沿科技却不为大众所接触，其扑动原理仍不为大多数人所知，而应用于科教演示的扑翼机也少之又少且在使用过程中无法详细的展示出扑翼机的控制姿态，不利于观者深入学习，因此设计一种能够实际应用于科教演示的扑翼机对激发广大人群积极参与科技创新有着极为重要的作用，能够促进相关研究领域的快速发展。

发明内容

为促进科技爱好者对扑翼飞行器进行更深层次的了解，积极促进扑翼飞行器研究快速发展，本发明提供了一种用于科教演示的扑翼机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包含机身、驱动机构、转动平台、控制元件、电源、扑动翼和尾翼。

所述机身是外形似鸟的泡沫薄壁壳，机头为透明的树脂外壳，其尾部安装有尾翼。

所述驱动机构包括机架、减速电机、联轴器、曲柄、连杆、摇臂和摇臂轴；机架为左右对称的一体结构，面向机头的方向为正面，在机架上分布着减速电机安装孔、曲柄轴孔和摇臂轴孔，所述孔的轴线均平行，在机架底面有与机身连接的螺纹孔，其轴线与所在表面垂直；减速电机为6V100转微型直流齿轮减速电机，在机架的后侧固定于减速电机安装孔，电机输出轴穿过机架通过联轴器与曲柄进行连接，曲柄配合轴承安装于曲柄轴孔中；摇臂左右对称分布并通过摇臂轴铰接在机架上，扑动翼通过摇臂一端的插孔与驱动机构连接在一起；连杆一端铰接在摇臂上，另一端则与曲柄上凸出的短轴相铰接。

所述转动平台包括连接板、伸缩布、球铰支座、微小型直线推杆电机、中央支撑杆、箱体，两个微小型直线推杆电机和中央支撑杆的一端均固定在箱体上，另一端通过球铰支座与连接板安装在一起，机身固连在连接板上，在连接板和箱体之间连有伸缩布。

所述控制元件包括控制板、舵机、舵杆和尾舵，控制板和舵机安装在机身上，舵杆将舵机和尾舵连接在一起，尾舵贴装在尾翼上。

所述电源包括充电接口、开关和电池，充电接口和开关分别安装在机身的头部和腹部，电池安装在机身内部。

所述机身与驱动机构连接的地方设有木质隔框增加强度，与尾翼连接的方式为胶粘，且机身外表面绘有鸟类相关特征图案。

所述控制元件中的舵杆为直径1.2mm的钢丝，长度由舵机和尾舵的安装位置决定。

所述转动平台，控制机身滚转的微小型直线推杆电机与中央支撑杆的连线在Y轴上，控制机身俯仰的微小型直线推杆电机与中央支撑杆的连线在X轴上，且与机身连接时，带字母的一面(即X向)与机头的朝向一致并平行于机身，其余各个部件在装配过程中应尽可能的连接紧凑可靠。

所述充电接口替代扑翼机实际飞行中后置摄像头的位置，开关替代扑翼机实际飞行中前置摄像头的位置。

本发明还提供一种用于科教演示的扑翼机的操作方法，其特征在于：

电源部分的设计可使扑翼机通过充电接口边充电边运动，开关控制扑翼机的启停，驱动机构带动左右两个扑动翼进行上下往复的扑动运动，改变输入电压的大小，可使得驱动机构的扑动频率在一定范围内变化。

控制元件控制扑翼机的姿态，模仿其实际飞行过程中的控制姿态，具体如下：

俯仰运动：舵机带动舵杆，使得左右尾舵一起上翘/下翻，与此同时转动平台内X轴方向的微小型直线推杆电机收缩/伸长带动连接板绕Y轴转动，于是机身便呈现出抬头/低头的姿态；

滚转运动：舵机带动舵杆，使得左尾舵下翻/上翘，右尾舵上翘/下翻，与此同时转动平台内Y轴方向的微小型直线推杆电机收缩/伸长带动连接板绕X轴转动，于是机身便呈现出左转/右转的姿态。

本发明的有益效果是：

本发明结构紧凑，操作简单，除内置的电池作为能源储备供应外，也可实现边充电边工作，左右两个扑动翼可以方便的拆卸下来，携带十分方便。

本发明通过运动形式的转换，将减速电机的旋转运动通过运动传递转换为左右两个扑动翼的上下往复运动，生动形象的模仿出了鸟类翅膀的扑动方式，而通过对控制元件的操作便可演示出其真实飞行条件下的控制方式及姿态，可使受教者更加直观全面的去掌握扑翼运动机理；同时，本发明在外形上也最大限度的做到了和实际鸟类一样，使得其作为一个科教演示装置更加具有吸引力，从而激发人们科技创造的灵感，促进科学发展。

附图说明

图1为本发明示意图；

图2为本发明转动平台示意图；

图3为本发明驱动机构示意图；

图4为本发明略去转动平台后各部件空间装配示意图；

图5为本发明驱动机构机架示意图；

图6为本发明球铰支座示意图；

图中：1-机身，2-尾翼，3、3’-扑动翼，4-伸缩布，5-伸缩布，6、6’、6”-球铰支座，7、7’-微小型直线推杆电机，8-中央支撑杆，9-箱体，10-机架，11-减速电机，12-联轴器，13-轴承，14-曲柄，15、15’-连杆，16、16’-摇臂，17、17’-摇臂轴，18-控制板，19-舵机，20-充电接口，21-电池，22-开关，23-舵杆，24-尾舵，A-减速电机安装孔，B-机架与展示台连接的螺纹孔，C-曲柄轴孔，D-摇臂轴孔，E、E’-摇臂轴上机翼安装孔，F-曲柄上凸出的短轴。

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。

本发明的一种用于科教演示的扑翼机包含机身、驱动机构、转动平台、控制元件、电源、扑动翼和尾翼。

机身1是外形似鸟的泡沫薄壁壳，机头为透明的树脂外壳，其尾部安装有尾翼2。

驱动机构包括机架10、减速电机11、联轴器12、曲柄14、连杆15、15’、摇臂16、16’和摇臂轴17、17’；机架10为左右对称的一体结构，面向机头的方向为正面，在机架10上分布着减速电机11安装孔A、曲柄轴孔C和摇臂轴孔D，所述孔的轴线均平行，在机架10底面有与机身1连接的螺纹孔B，其轴线与所在表面垂直；减速电机11为6V100转微型直流齿轮减速电机，在机架10的后侧固定于减速电机安装孔A，电机输出轴穿过机架10通过联轴器12与曲柄14进行连接，曲柄14配合轴承13安装于曲柄轴孔C中；摇臂16、16’左右对称分布并通过摇臂轴17、17’铰接在机架10上，扑动翼3、3’通过摇臂16、16’一端的插孔E、E’与驱动机构连接在一起；连杆15、15’一端铰接在摇臂16、16’上，另一端则与曲柄上凸出的短轴F相铰接。

转动平台包括连接板4、伸缩布5、球铰支座6、6’、6”、微小型直线推杆电机7、7’、中央支撑杆8、箱体9，两个微小型直线推杆电机7、7’和中央支撑杆8的一端均固定在箱体9上，另一端通过球铰支座6、6”、6’与连接板4安装在一起，机身1固连在连接板4上，在连接板4和箱体9之间连有伸缩布5。

控制元件包括控制板18、舵机19、舵杆23和尾舵24，控制板18和舵机19安装在机身1上，舵杆23将舵机29和尾舵24连接在一起，尾舵24贴装在尾翼2上。

电源包括充电接口20、开关22和电池21，充电接口20和开关22分别安装在机身的头部和腹部，电池21安装在机身内部。

机身1与驱动机构连接的地方设有木质隔框增加强度，与尾翼2连接的方式为胶粘，且机身1外表面绘有鸟类相关特征图案。

控制元件中的舵杆23为直径1.2mm的钢丝，长度由舵机19和尾舵24的安装位置决定。

控制机身1滚转的微小型直线推杆电机7’与中央支撑杆8的连线在Y轴上，控制机身俯仰的微小型直线推杆电机7与中央支撑杆8的连线在X轴上，转动平台与机身1连接时，带字母的一面(即X向)与机头的朝向一致并平行于机身1，其余各个部件在装配过程中应尽可能的连接紧凑可靠。

充电接口20替代扑翼机实际飞行中后置摄像头的位置，开关22替代扑翼机实际飞行中前置摄像头的位置。

本发明还提供一种用于科教演示的扑翼机的操作方法，其主要如下所述：

电源部分的设计可使扑翼机通过充电接口20边充电边运动，开关22控制扑翼机的启停，驱动机构带动左右两个扑动翼3、3’进行上下往复的扑动运动，改变输入电压的大小，可使得驱动机构的扑动频率在一定范围内变化。

控制元件控制扑翼机的姿态，模仿其实际飞行过程中的控制姿态，具体如下：

俯仰运动：舵机19带动舵杆23，使得左右尾舵24一起上翘/下翻，与此同时转动平台内X轴方向的微小型直线推杆电机7收缩/伸长带动连接板4绕Y轴转动，于是机身1便呈现出抬头/低头的姿态；

滚转运动：舵机19带动舵杆23，使得左尾舵下翻/上翘，右尾舵上翘/下翻，与此同时转动平台内Y轴方向的微小型直线推杆电机7’收缩/伸长带动连接板4绕X轴转动，于是机身1便呈现出左转/右转的姿态。

本发明的有益效果是：

本发明结构紧凑，操作简单，除内置的电池作为能源储备供应外，也可实现边充电边工作，左右两个扑动翼可以方便的拆卸下来，携带十分方便。

本发明通过运动形式的转换，将电机的旋转运动通过运动传递转换为左右两个扑动翼的上下往复运动，生动形象的模仿出了鸟类翅膀的扑动方式，而通过对控制元件的操作便可演示出其真实飞行条件下的控制方式及姿态，可使受教者更加直观全面的去掌握扑翼运动机理；同时，本发明在外形上也最大限度的做到了和实际鸟类一样，使得其作为一个科教演示装置更加具有吸引力，从而激发人们科技创造的灵感，促进科学发展。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于科教演示的扑翼机，包含机身、驱动机构、转动平台、控制元件、电源、扑动翼和尾翼，其特征在于：

所述机身是外形似鸟的泡沫薄壁壳，机头为透明的树脂外壳，其尾部安装有尾翼；

所述驱动机构包括机架、减速电机、联轴器、曲柄、连杆、摇臂和摇臂轴；机架为左右对称的一体结构，面向机头的方向为正面，在机架上分布着减速电机安装孔、曲柄轴孔和摇臂轴孔，所述孔的轴线均平行，在机架底面有与机身连接的螺纹孔，其轴线与所在表面垂直；减速电机为6V100转微型直流齿轮减速电机，在机架的后侧固定于减速电机安装孔，电机输出轴穿过机架通过联轴器与曲柄进行连接，曲柄配合轴承安装于曲柄轴孔中；摇臂左右对称分布并通过摇臂轴铰接在机架上，扑动翼通过摇臂一端的插孔与驱动机构连接在一起；连杆一端铰接在摇臂上，另一端则与曲柄上凸出的短轴相铰接；

所述转动平台包括连接板、伸缩布、球铰支座、微小型直线推杆电机、中央支撑杆、箱体，两个微小型直线推杆电机和中央支撑杆的一端均固定在箱体上，另一端通过球铰支座与连接板安装在一起，机身固连在连接板上，在连接板和箱体之间连有伸缩布；

所述控制元件包括控制板、舵机、舵杆和尾舵，控制板和舵机安装在机身上，舵杆将舵机和尾舵连接在一起，尾舵贴装在尾翼上；

所述电源包括充电接口、开关和电池，充电接口和开关分别安装在机身的头部和腹部，电池安装在机身内部。

2.根据权利要求1所述的一种用于科教演示的扑翼机，其特征在于：所述机身与驱动机构连接的地方设有木质隔框增加强度，与尾翼连接的方式为胶粘，且机身外表面绘有鸟类相关特征图案。

3.根据权利要求1所述的一种用于科教演示的扑翼机，其特征在于：所述控制元件中的舵杆为直径1.2mm的钢丝，长度由舵机和尾舵的安装位置决定。

4.根据权利要求1所述的一种用于科教演示的扑翼机，其特征在于：所述转动平台，控制机身滚转的微小型直线推杆电机与中央支撑杆的连线在Y轴上，控制机身俯仰的微小型直线推杆电机与中央支撑杆的连线在X轴上，且与机身连接时，带字母的一面(即X向)与机头的朝向一致并平行于机身，其余各个部件在装配过程中应尽可能的连接紧凑可靠。

5.根据权利要求1所述的一种用于科教演示的扑翼机，其特征在于：所述充电接口替代扑翼机实际飞行中后置摄像头的位置，开关替代扑翼机实际飞行中前置摄像头的位置。

6.一种用于科教演示的扑翼机的操作方法，其特征在于：

电源部分的设计可使扑翼机通过充电接口边充电边运动，开关控制扑翼机的启停，驱动机构带动左右两个扑动翼进行上下往复的扑动运动，改变输入电压的大小，可使得驱动机构的扑动频率在一定范围内变化，

控制元件控制扑翼机的姿态，模仿其实际飞行过程中的控制姿态，具体如下：

俯仰运动：舵机带动舵杆，使得左右尾舵一起上翘/下翻，与此同时转动平台内X轴方向的微小型直线推杆电机收缩/伸长带动连接板绕Y轴转动，于是机身便呈现出抬头/低头的姿态；

滚转运动：舵机带动舵杆，使得左尾舵下翻/上翘，右尾舵上翘/下翻，与此同时转动平台内Y轴方向的微小型直线推杆电机收缩/伸长带动连接板绕X轴转动，于是机身便呈现出左转/右转的姿态。