CN109823536A - 一种基于外啮合行星齿轮减速器的移动副扑翼驱动机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于外啮合行星齿轮减速器的移动副扑翼驱动机构，包括机架、电机、平行齿轮减速器、外啮合行星齿轮减速器、盖板和移动副连杆摇臂机构，其中，电机安装在机架上，驱动平行齿轮减速器，外啮合行星齿轮减速器通过曲柄轴孔和传动轴孔安装在由机架下半部分和盖板构成的内部空间，平行齿轮减速器通过传动轴驱动外啮合行星齿轮减速器，外啮合行星齿轮减速器通过曲柄连接移动副连杆摇臂机构驱动扑翼。本发明中，采用行星齿轮减速器减速和移动副连杆摇臂机构传动，传动效率高且相对平稳；其设计结构紧凑，零部件少，大大提高了飞行器飞行可靠性。

Description

一种基于外啮合行星齿轮减速器的移动副扑翼驱动机构

技术领域

本发明涉及一种扑翼驱动机构，可应用于微型扑翼飞行器。

背景技术

比起固定翼飞行器，微型扑翼飞行器通过模仿鸟类运动使飞行变得更加灵活高效，可广泛应用于多种军事和民用领域。由于扑翼飞行器主要通过机翼主动运动产生升力和前行力，如何合理设计扑翼驱动机构使得飞行气动效率和可靠性更高就成为了研究重点。

目前的扑翼驱动机构主要有以下几种：

中国专利授权公告号CN102229359B，名称为一种圆柱凸轮扑翼驱动机构的实用新型专利，公开了一种通过凸轮槽上的轨迹曲线实现预设扑动规律的圆柱凸轮扑动装置。该装置采用可动滑片在凸轮槽中滑动带动摇杆机构往复运动，可用于实现复杂的平面扑动形式。其不足之处是可动滑片在设计的凸轮槽处容易发生卡滞，这将极大地影响飞行器飞行稳定性和安全性，甚至可能导致飞行器坠毁。

中国专利授权公告号CN102211667A，名称为一种两级平行齿轮减速的扑翼驱动机构的实用新型专利。该装置通过微型电机驱动两级平行齿轮减速器，带动四连杆机构的两个摇臂往复运动，具有较大的输出功率。其不足之处在于虽然左右摇臂扑动的不对称度在设计层面控制在一定范围内，但实际制造和安装的误差很容易导致不对称度扩散，并因此产生碰撞磨损，影响飞行安全。

综合来看，现有的扑翼机构的主要问题在于尚未从设计层面完全克服使用中存在的左右机翼扑动不对称现象，难以保证飞行的稳定性和可靠性要求。

发明内容

本发明的目的是：针对扑翼飞行器驱动机构的传动效率和稳定性问题，提出一种基于外啮合行星齿轮减速器的移动副扑翼驱动机构。该机构设计为对称扑翼，采用行星齿轮减速器减速和移动副连杆摇臂机构传动，传动效率高且相对平稳；其设计结构紧凑，零部件少，大大提高了飞行器飞行可靠性。

为了克服现有扑翼驱动装置存在的飞行稳定性和可靠性不足的问题，本文提供了一种基于外啮合行星齿轮减速器的移动副扑翼驱动机构，能够简单可靠的满足飞行要求，适合微型扑翼飞行器的应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括机架、电机、平行齿轮减速器、外啮合行星齿轮减速器、盖板和移动副连杆摇臂机构，机架由上到下依次设有固定孔、摇臂轴孔、电机安装孔、限位块安装孔、盖板安装孔和传动轴孔，盖板中心设有曲柄轴孔，固定孔轴线垂直于其所在表面，所有孔前后贯通且各孔轴线均平行，电机安装在机架上，驱动平行齿轮减速器，外啮合行星齿轮减速器通过曲柄轴孔和传动轴孔安装在由机架下半部分和盖板构成的内部空间，平行齿轮减速器通过传动轴驱动外啮合行星齿轮减速器，外啮合行星齿轮减速器通过曲柄连接移动副连杆摇臂机构驱动扑翼。

所述机架整体左右对称，将面向机头方向视为前端，其中固定孔在机架最上部分，两个摇臂轴孔左右对称，摇臂轴孔下方有三个电机安装孔呈三角布局排列，电机安装孔下方为两个左右对称的限位块安装孔，各孔对称排列，机架下半部分呈圆筒状，在圆筒状后端的面上设有同心的一个传动轴孔，以传动轴为中心，有六个盖板安装孔呈圆周分布状均匀排列在圆筒状的圆柱侧壁前端，机架上开有减轻孔。

所述电机为直流无刷电机，通过电机安装孔用螺钉安装于机架后侧，电机枢轴与平行齿轮减速器主动轮固接，平行齿轮减速器主动轮与从动轮啮合，平行齿轮减速器从动轮与传动轴固接，传动轴穿过传动轴孔与机架铰接，盖板与机架通过盖板安装孔进行螺钉连接。

所述外啮合行星齿轮减速器由一级太阳轮和二级太阳轮、行星轮以及行星轮架组成，行星轮架通过传动轴与平行齿轮减速器从动轮固接并随之转动，传动轴穿过与机架固接的一级太阳轮中心和机架上的传动轴孔，曲柄轴穿过曲柄轴孔与盖板铰接，两端分别与二级太阳轮和曲柄固接，在传动轴孔和曲柄轴孔中分别依次安装轴承、限位套筒和轴承与相应轴配合。

所述外啮合行星齿轮减速器的行星轮架上开有三个行星轮孔，呈圆周分布状均匀排列，三个行星轮轴穿过行星轮孔与行星轮架铰接，每个行星轮轴两端分别固接一级行星轮和二级行星轮，一级太阳轮和二级太阳轮分别与外圈相邻的三个一级行星轮和三个二级行星轮啮合，一级太阳轮与机架固接限制自身转动，在传动轴和行星轮架带动下，六个行星齿轮围绕一级太阳轮中心轴线旋转，同时由于一级太阳轮静止，三个一级行星轮发生自转并带动三个二级行星轮转动，进而带动二级太阳轮转动将运动传递给曲柄。

所述移动副扑翼驱动机构由连杆和左右对称的摇臂组成，连杆为“工”形，上下两个横边分别有滑槽，每个摇臂内侧端头的短柱和曲柄端头的短轴均可在滑槽中滑动，每个摇臂中部分别与固接于机架摇臂轴孔的摇臂轴铰接，摇臂外侧有盲孔，与扑翼翼梁插接。

连杆竖边的运动由限位块控制，限位块通过限位块安装孔与机架进行螺纹连接，连杆竖边通过连杆安装孔与衬套进行螺纹连接，衬套穿过限位槽，限位槽内设有凸起，对应衬套位置有凹陷，从而限制连杆前后左右移动的自由度。

扑翼驱动机构通过机架的固定孔采用螺纹或销接的方式与扑翼飞行器机身连接。

本发的有益效果是：

本发明通过简单的行星齿轮减速器和连杆摇臂机构实现了将电机输出的高速旋转运动变为摇臂合适频率的上下扑动，通过一定的减速比和移动连杆尺寸关系满足飞行器对上下扑动角度和速率的要求，左右摇臂完全对称的运动也保证了飞行器飞行姿态的稳定性。整个机构由于结构紧凑、零部件少，飞行可靠性大大提高。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。

附图1是本发明示意图；

附图2是机架前方示意图；

附图3是机架后方示意图；

附图4是行星齿轮减速器示意图；

附图5是齿轮架后方示意图；

附图6是一对固接的行星轮示意图；

附图7是连杆摇臂机构后方示意图；

附图8是移动副正视图；

图中：1-机架，1A-电机安装孔，1B、1B’-限位块安装孔，1C-盖板安装孔，1D-传动轴孔，1E、1E’-摇臂轴孔，2-电机，3A-主动轮，3B-从动轮，4、4’-摇臂，5-连杆，6-衬套，7-行星齿轮减速器，7A-行星轮架，7B-一级太阳轮，7C-一级行星轮，7C’-二级行星轮，7D-二级太阳轮，8-曲柄，9-盖板，10-限位块

具体实施方式

本发明是基于外啮合行星齿轮减速器的移动副扑翼驱动机构，包含机架、电机、平行齿轮减速器、行星齿轮减速器和连杆摇臂机构。

机架1为左右对称的整体机构，以面向机头方向为前面，在机架前面上部分有固定孔，固定孔轴线垂直于其所在表面，机架1通过所述固定孔与扑翼飞行器机身进行螺纹连接或销接。机架有前后方贯通的摇臂轴孔1E 1E’、电机安装孔1A、限位块安装孔1B 1B’、盖板安装孔1C和传动轴孔1D，各孔对称排列且轴线均平行。其中，四个电机安装孔1A呈十字分布；上方有左右对称的两个摇臂轴孔1E、1E’，下方有左右对称的两个限位块安装孔1B、1B’。机架1下部为圆筒状，后部端面上设置同心的传动轴孔1D；以传动轴为中心，六个盖板安装孔1C呈圆周分布状均匀排列。此外，机架1在电机安装孔之间和圆筒部位上开有减轻孔。

电机2采用直流无刷电机，通过电机安装孔1A用螺钉安装于机架1后侧，其枢轴与平行齿轮减速器主动轮3A固接，传动轴穿过传动轴孔1D与机架1铰接，与从动齿轮固接，主动齿轮与从动齿轮啮合形成齿轮减速器。

外啮合行星齿轮减速器位于由机架1和盖板9构成的内部空间，使得转动更加平稳高效。行星轮架7A通过传动轴与平行齿轮减速器从动轮3B固接，并随之转动；行星轮架7A上开有三个行星轮轴孔，呈圆周分布状均匀排列。三个行星轮轴穿过行星轮孔与行星轮架铰接，每个行星轮轴两端各固接一个行星齿轮和二级行星轮。一级太阳轮和二级太阳轮分别与外圈三个相邻行星轮相啮合；一级太阳轮与机架1固接限制自身转动。在行星轮架的带动下，六个行星齿轮围绕一级太阳轮中心轴线旋转，并由于一级太阳轮固定不动而发生自转，进而带动二级太阳轮转动。曲柄轴穿过曲柄轴孔与盖板9铰接，两端分别与二级太阳轮和曲柄8固接。在传动轴孔和曲柄轴孔中分别依次安装轴承、限位套筒和轴承与相应轴配合。

一级太阳轮齿数是16，模数是0.6；三个一级行星轮齿数是14，模数是0.6；三个二级行星轮齿数是17，模数是0.5；二级太阳轮齿数是19，模数是0.5。由此得到的外啮合行星齿轮减速器减速比为44.33。

连杆摇臂机构由连杆5和左右对称的摇臂4、4’组成。连杆5为“工”形，上下两个横边分别有滑槽，每个摇臂内侧端头的短柱和曲柄8端头的短轴均可在滑槽中滑动。其中，摇臂处滑槽的长度用于控制左右翼扑动幅度；曲柄处滑槽的长度应至少满足曲柄8完成整周圆周运动。每个摇臂中部分别与固接于机架摇臂轴孔1E、1E’的摇臂轴铰接；摇臂4、4’外侧有盲孔，与扑翼翼梁插接。

连杆5竖边的运动由限位块10控制。限位块10通过限位块安装孔1B、1B’与机架1进行螺纹连接。连杆5竖边通过连杆安装孔与衬套6进行螺纹连接。衬套6穿过限位槽，限位槽内设有凸起，衬套6对应位置有凹陷，因而限制了连杆5前后左右移动的自由度，保证连杆5上下运动的稳定性。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于外啮合行星齿轮减速器的移动副扑翼驱动机构，包括机架、电机、平行齿轮减速器、外啮合行星齿轮减速器、盖板和移动副连杆摇臂机构，其特征在于：机架由上到下依次设有固定孔、摇臂轴孔、电机安装孔、限位块安装孔、盖板安装孔和传动轴孔，盖板中心设有曲柄轴孔，固定孔轴线垂直于其所在表面，所有孔前后贯通且各孔轴线均平行，电机安装在机架上，驱动平行齿轮减速器，外啮合行星齿轮减速器通过曲柄轴孔和传动轴孔安装在由机架下半部分和盖板构成的内部空间，平行齿轮减速器通过传动轴驱动外啮合行星齿轮减速器，外啮合行星齿轮减速器通过曲柄连接移动副连杆摇臂机构驱动扑翼。

2.根据权利要求1所述的移动副扑翼驱动机构，其特征在于：所述机架整体左右对称，将面向机头方向视为前端，其中固定孔在机架最上部分，两个摇臂轴孔左右对称，摇臂轴孔下方有三个电机安装孔呈三角布局排列，电机安装孔下方为两个左右对称的限位块安装孔，各孔对称排列，机架下半部分呈圆筒状，在圆筒状后端的面上设有同心的一个传动轴孔，以传动轴为中心，有六个盖板安装孔呈圆周分布状均匀排列在圆筒状的圆柱侧壁前端，机架上开有减轻孔。

3.根据权利要求1所述的移动副扑翼驱动机构，其特征在于：所述电机为直流无刷电机，通过电机安装孔用螺钉安装于机架后侧，电机枢轴与平行齿轮减速器主动轮固接，平行齿轮减速器主动轮与从动轮啮合，平行齿轮减速器从动轮与传动轴固接，传动轴穿过传动轴孔与机架铰接，盖板与机架通过盖板安装孔进行螺钉连接。

4.根据权利要求1所述的移动副扑翼驱动机构，其特征在于：所述外啮合行星齿轮减速器由一级太阳轮和二级太阳轮、行星轮以及行星轮架组成，行星轮架通过传动轴与平行齿轮减速器从动轮固接并随之转动，传动轴穿过与机架固接的一级太阳轮中心和机架上的传动轴孔，曲柄轴穿过曲柄轴孔与盖板铰接，两端分别与二级太阳轮和曲柄固接，在传动轴孔和曲柄轴孔中分别依次安装轴承、限位套筒和轴承与相应轴配合。

5.根据权利要求4所述的移动副扑翼驱动机构，其特征在于：所述外啮合行星齿轮减速器的行星轮架上开有三个行星轮孔，呈圆周分布状均匀排列，三个行星轮轴穿过行星轮孔与行星轮架铰接，每个行星轮轴两端分别固接一级行星轮和二级行星轮，一级太阳轮和二级太阳轮分别与外圈相邻的三个一级行星轮和三个二级行星轮啮合，一级太阳轮与机架固接限制自身转动，在传动轴和行星轮架带动下，六个行星齿轮围绕一级太阳轮中心轴线旋转，同时由于一级太阳轮静止，三个一级行星轮发生自转并带动三个二级行星轮转动，进而带动二级太阳轮转动将运动传递给曲柄。

6.根据权利要求1所述的移动副扑翼驱动机构，其特征在于：所述移动副扑翼驱动机构由连杆和左右对称的摇臂组成，连杆为“工”形，上下两个横边分别有滑槽，每个摇臂内侧端头的短柱和曲柄端头的短轴均可在滑槽中滑动，每个摇臂中部分别与固接于机架摇臂轴孔的摇臂轴铰接，摇臂外侧有盲孔，与扑翼翼梁插接。

7.根据权利要求6所述的移动副扑翼驱动机构，其特征在于：连杆竖边的运动由限位块控制，限位块通过限位块安装孔与机架进行螺纹连接，连杆竖边通过连杆安装孔与衬套进行螺纹连接，衬套穿过限位槽，限位槽内设有凸起，对应衬套位置有凹陷，从而限制连杆前后左右移动的自由度。

8.根据权利要求1所述的移动副扑翼驱动机构，其特征在于：扑翼驱动机构通过机架的固定孔采用螺纹或销接的方式与扑翼飞行器机身连接。