CN110127048A - 一种依靠改变重心进行转向的扑翼机及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种依靠改变重心进行转向的扑翼机及其工作方法，包括基础组件、展翼组件、传动组件、以及方向控制组件四部分。其中，基础组件包括安装架和起落架；展翼组件对称铰接在所述安装架上方的两侧，包括一级展翼、二级展翼和襟翼；传动组件包括设置在所述安装架内部的齿轮箱，安装在所述安装架一端、且与所述齿轮箱传动连接的驱动电机，以及与所述齿轮箱之间机械连接、且与所述展翼组件之间铰接的连杆机构；方向控制组件安装在所述安装架上、且远离展翼组件的一端，包括偏心转盘，以及与所述偏心转盘连接的减速电机。本发明采用改变重心的方式实现了扑翼机的转向，减轻了扑翼机的重量；同时保证了转向机构不易受损坏。

Description

一种依靠改变重心进行转向的扑翼机及其工作方法

技术领域

本发明涉及仿生生物领域，具体涉及一种依靠改变重心进行转向的扑翼机及其工作方法。

背景技术

扑翼机是指机翼能像鸟和昆虫翅膀那样上下扑动的重于空气的航空器，又称振翼机；在翅膀上下扑动的同时不仅使机身产生升力，还产生向前的推动力。现阶段，市面上的扑翼机类航空器大都采用舵机拉动尾翼机构上的摆翼来实现机身的转向，但是这种利用尾翼进行转向的结构存在以下缺点：一是尾翼结构较复杂质量偏大，增加了扑翼机的自重；二是尾翼结构裸露在扑翼机的尾部，在拿放扑翼机时，非常容易将尾翼损坏。

公布号为CN102862677A，专利号为CN201210346696.4的中国专利公开了一种双翼式微型仿生扑翼机，此装置也是靠尾翼结构来进行转向，也存在上述技术缺陷。

因此，如何在保持扑翼机转向功能的同时，降低扑翼机的重量，同时保证转向机构不易受损坏，是现阶段该领域亟待解决的难题。

发明内容

发明目的：提供一种依靠改变重心进行转向的扑翼机及其工作方法，有效解决了现有技术存在的上述问题。

技术方案：一种依靠改变重心进行转向的扑翼机，包括基础组件、展翼组件、传动组件、以及方向控制组件四部分。

其中，基础组件，包括内部镂空的安装架，以及固定在所述安装架下方两侧的起落架；

展翼组件，对称铰接在所述安装架上方的两侧，包括一级展翼，与所述一级展翼铰接的二级展翼，以及铰接在所述二级展翼侧边处的襟翼；

传动组件，包括设置在所述安装架内部的齿轮箱，安装在所述安装架一端、且与所述齿轮箱传动连接的驱动电机，以及与所述齿轮箱之间机械连接、且与所述展翼组件之间铰接的连杆机构；

方向控制组件，安装在所述安装架上、且远离展翼组件的一端，包括偏心转盘，以及与所述偏心转盘连接的减速电机。

在进一步的实施例中，所述偏心转盘包括转动盘和偏心盒，所述转动盘与所述减速电机的输出轴通过联轴器连接，所述偏心盒呈扇形，所述偏心盒与所述转动盘之间固定连接；减速电机可带动转动盘转动，从而带动偏心盒圆周转动，偏心盒在转动时能够改变扑翼机机身的重心，从而起到偏航、转向的作用。

在进一步的实施例中，所述偏心盒内分别安装有配重块、控制电路板和电池，所述电池与所述控制电路板之间电性连接，所述控制电路板与所述驱动电机和减速电机之间电性连接；配重块用于增加配重，使偏心转盘改变重心的效果更加明显，控制电路板用于控制驱动电机的开启和停止。

在进一步的实施例中，所述齿轮箱包括与所述驱动电机的输出轴连接的皮带轮，通过第一转动轴转动设置在所述安装架上、且与所述皮带轮之间通过皮带传动的第一转接轮，通过第二转动轴转动设置在所述安装架上、且与所述第一转接轮啮合传动的第二转接轮，分别同轴安装在所述第二转接轮两端的第一方齿齿轮和第二方齿齿轮，分别通过第三转动轴和第四转动轴转动设置在所述安装架上、且与所述第一方齿齿轮和第二方齿齿轮呈90度啮合的第三方齿齿轮和第四方齿齿轮，以及分别与所述第三方齿齿轮和第四方齿齿轮同轴安装的两个连杆铰接盘；皮带用于将皮带轮的动力传至第一转接轮，第一转接轮接着将动力输出至第二转接轮，由于第一方齿齿轮和第二方齿齿轮同轴安装在所述第二转接轮的两端，故第二转接轮的动力与第一方齿齿轮和第二方齿齿轮同步，第一方齿齿轮和第二方齿齿轮将动力转变90度后分别传动至第三方齿齿轮和第四方齿齿轮，第三方齿齿轮和第四方齿齿轮带动与之同轴安装的两个连杆铰接盘转动。

在进一步的实施例中，所述第一转接轮和第二转接轮呈哑铃状，包括一对同轴安装的直齿轮，所述直齿轮之间构成凹槽，所述凹槽的宽度与所述皮带的宽度相等；所述连杆铰接盘呈人字形，所述连杆铰接盘的转动中心分别与所述第三转动轴和第四转动轴固定连接，所述连杆铰接盘的末端处安装有铰接座；所述直齿轮之间构成的凹槽用于卡设皮带，并增大皮带与皮带轮之间的摩擦力，使得动力传动时不会打滑，铰接座用于铰接第一连杆。

在进一步的实施例中，所述连杆机构包括与所述铰接座铰接的第一连杆，所述第一连杆的中部铰接有第二连杆，所述第一连杆的一端与所述一级展翼铰接，所述第二连杆的一端与所述二级展翼铰接，所述一级展翼在与所述第一连杆铰接的同时与所述安装架的上部一端铰接；当连杆铰接盘持续快速转动时，动力经由连接机构之间的配合，最终表现在一级展翼和二级展翼的扑翼运动上。

在进一步的实施例中，所述襟翼包括伸缩翼片、以及连接所述伸缩翼片与二级展翼的调节装置；所述调节装置包括三个平行安装的转动部，所述转动部包括固定在所述二级展翼下端面上的连接块，与所述连接块铰接的第一铰接杆，与所述第一铰接杆铰接的第二铰接杆，与所述第一铰接杆和第二铰接杆共同铰接的第三铰接杆，以及与所述第二铰接杆的一端铰接、并与所述伸缩翼片固定连接的第四铰接杆；所述第三铰接杆的一端间隙配合安装有铰接轴；襟翼用于改变扑翼机的升力，具体的，在起飞和降落等场景下，襟翼伸出，并与二级展翼之间形成预定角度的夹角，为扑翼机整体提高升力；在空中巡航等需要较高速度的场景下，襟翼缩回，并与二级展翼之间保持水平状态，为扑翼机减小空气阻力。

在进一步的实施例中，所述一级展翼和二级展翼包括展翼外框和薄膜，所述展翼外框构成预定形状的中空区域，所述薄膜覆盖贴合在所述展翼外框的中空区域处；通过设置中空区域并在中空区域内覆盖贴合薄膜，能够大幅减小扑翼机整体的重量，同时薄膜在受到迎风时能够产生预定范围的形变，使得扑翼机起飞更灵活、轻便。

一种依靠改变重心进行转向的扑翼机的工作方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、驱动电机输出动力至皮带轮，由皮带轮与皮带之间的配合将动力传至第一转接轮，第一转接轮将动力传至第二转接轮，第二转接轮将动力传至两侧的第一方齿齿轮和第二方齿齿轮，第一方齿齿轮和第二方齿齿轮带动与之垂直啮合的第三方齿齿轮和第四方齿齿轮转动；

S2、第三方齿齿轮和第四方齿齿轮带动与之同轴安装的两个连杆铰接盘转动；

S3、连杆铰接盘带动铰接在其一端的第一连杆摆动，第一连杆带动与之铰接的第二连杆和一级展翼摆动，第二连杆和一级展翼带动与之铰接的二级展翼做扑翼运动；

S4、调节装置工作，依靠三个平行安装的转动部带动襟翼伸出或缩回；

S5、在起飞和降落等场景下，襟翼伸出，并与二级展翼之间形成预定角度的夹角，为扑翼机整体提高升力；

S6、在空中巡航等需要较高速度的场景下，襟翼缩回，并与二级展翼之间保持水平状态，为扑翼机减小空气阻力；

S7、当该装置需要转向，减速电机带动偏心转盘转动实现扑翼机重心的改变，从而实现扑翼机的转向。

有益效果：本发明涉及一种依靠改变重心进行转向的扑翼机及其工作方法，采用改变重心的方式实现了扑翼机的转向，在进一步的实施例中，通过转动盘和偏心盒之间的配合，使得偏心盒在转动时改变扑翼机机身的重心，从而起到偏航、转向的作用；同时，转动盘和偏心盒安装在机身靠近尾部的位置，与靠近机身前部位置的齿轮箱的重量达到平衡，有效防止头重脚轻的问题出现；此外，由于转动盘和偏心盒的一体化，保证了其工作可靠性，不易损坏。

附图说明

图1为本发明的立体图。

图2为本发明的侧视图。

图3为本发明中齿轮箱的内部结构示意图。

图4为本发明中襟翼的结构示意图。

图5为本发明中连杆机构的结构示意图。

图6为本发明中方向控制组件的结构示意图。

图7为本发明中偏心转盘的结构示意图。

图中各附图标记为：起落架1、安装架2、连杆机构3、第一连杆301、第二连杆302、一级展翼4、二级展翼5、襟翼6、第一铰接杆601、第二铰接杆602、第三铰接杆603、第四铰接杆604、伸缩翼片605、铰接轴606、薄膜7、齿轮箱8、第一转接轮801、第二转接轮802、第一方齿齿轮803、第二方齿齿轮804、第三方齿齿轮805、第四方齿齿轮806、铰接盘807、皮带808、皮带轮809、第一转动轴810、第二转动轴811、减速电机9、偏心转盘10、转动盘1001、偏心盒1002、配重块1002a、控制电路板1002b、电池1002c。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1至图7所示，一种依靠改变重心进行转向的扑翼机及其工作方法，以下简称“该装置”。该装置包括基础组件、展翼组件、传动组件、以及方向控制组件四部分。其中，基础组件包括安装架2和起落架1，所述安装架2的内部做镂空处理，所述起落架1固定在所述安装架2下方的两侧；展翼组件对称铰接在所述安装架2上方的两侧，包括一级展翼4、二级展翼5、以及襟翼6，所述二级展翼5与所述第一展翼铰接安装，所述襟翼6与所述二级展翼5的侧边处铰接安装；传动组件包括齿轮箱8、驱动电机、以及连杆机构3，所述齿轮箱8设置在所述安装架2内部，所述驱动电机安装在所述安装架2一端、且与所述齿轮箱8传动连接，所述连杆机构3与所述齿轮箱8之间机械连接、且与所述展翼组件之间铰接；方向控制组件安装在所述安装架2上、且远离所述展翼组件的一端，包括偏心转盘10，以及与所述偏心转盘10连接的减速电机9。

在本实施方案中，所述偏心转盘10包括转动盘1001和偏心盒1002，所述转动盘1001与所述减速电机9的输出轴通过联轴器连接，所述偏心盒1002呈扇形，所述偏心盒1002与所述转动盘1001之间固定连接；减速电机9可带动转动盘1001转动，从而带动偏心盒1002圆周转动，偏心盒1002在转动时能够改变扑翼机机身的重心，从而起到偏航、转向的作用。所述偏心盒1002内分别安装有配重块1002a、控制电路板1002b和电池1002c，所述电池1002c与所述控制电路板1002b之间电性连接，所述控制电路板1002b与所述驱动电机和减速电机9之间电性连接；配重块1002a起配重作用，使偏心转盘10改变重心的效果更加明显，控制电路板1002b用于控制驱动电机的开启和停止。所述齿轮箱8包括与所述驱动电机的输出轴连接的皮带轮809，通过第一转动轴810转动设置在所述安装架2上、且与所述皮带轮809之间通过皮带808传动的第一转接轮801，通过第二转动轴811转动设置在所述安装架2上、且与所述第一转接轮801啮合传动的第二转接轮802，分别同轴安装在所述第二转接轮802两端的第一方齿齿轮803和第二方齿齿轮804，分别通过第三转动轴和第四转动轴转动设置在所述安装架2上、且与所述第一方齿齿轮803和第二方齿齿轮804呈90度啮合的第三方齿齿轮805和第四方齿齿轮806，以及分别与所述第三方齿齿轮805和第四方齿齿轮806同轴安装的两个连杆铰接盘807；皮带808用于将皮带轮809的动力传至第一转接轮801，第一转接轮801接着将动力输出至第二转接轮802，由于第一方齿齿轮803和第二方齿齿轮804同轴安装在所述第二转接轮802的两端，故第二转接轮802的动力与第一方齿齿轮803和第二方齿齿轮804同步，第一方齿齿轮803和第二方齿齿轮804将动力转变90度后分别传动至第三方齿齿轮805和第四方齿齿轮806，第三方齿齿轮805和第四方齿齿轮806带动与之同轴安装的两个连杆铰接盘807转动。所述第一转接轮801和第二转接轮802呈哑铃状，包括一对同轴安装的直齿轮，所述直齿轮之间构成凹槽，所述凹槽的宽度与所述皮带808的宽度相等；所述连杆铰接盘807呈人字形，所述连杆铰接盘807的转动中心分别与所述第三转动轴和第四转动轴固定连接，所述连杆铰接盘807的末端处安装有铰接座；所述直齿轮之间构成的凹槽用于卡设皮带808，并增大皮带808与皮带轮809之间的摩擦力，使得动力传动时不会打滑，铰接座用于铰接第一连杆301。所述连杆机构3包括与所述铰接座铰接的第一连杆301，所述第一连杆301的中部铰接有第二连杆302，所述第一连杆301的一端与所述一级展翼4铰接，所述第二连杆302的一端与所述二级展翼5铰接，所述一级展翼4在与所述第一连杆301铰接的同时与所述安装架2的上部一端铰接；当连杆铰接盘807持续快速转动时，动力经由连接机构之间的配合，最终表现在一级展翼4和二级展翼5的扑翼运动上。所述襟翼6包括伸缩翼片605、以及连接所述伸缩翼片605与二级展翼5的调节装置；所述调节装置包括三个平行安装的转动部，所述转动部包括固定在所述二级展翼5下端面上的连接块，与所述连接块铰接的第一铰接杆601，与所述第一铰接杆601铰接的第二铰接杆602，与所述第一铰接杆601和第二铰接杆602共同铰接的第三铰接杆603，以及与所述第二铰接杆602的一端铰接、并与所述伸缩翼片605固定连接的第四铰接杆604；所述第三铰接杆603的一端间隙配合安装有铰接轴606；襟翼6用于改变扑翼机的升力，具体的，在起飞和降落等场景下，襟翼6伸出，并与二级展翼5之间形成预定角度的夹角，为扑翼机整体提高升力；在空中巡航等需要较高速度的场景下，襟翼6缩回，并与二级展翼5之间保持水平状态，为扑翼机减小空气阻力。所述一级展翼4和二级展翼5包括展翼外框和薄膜7，所述展翼外框构成预定形状的中空区域，所述薄膜7覆盖贴合在所述展翼外框的中空区域处；通过设置中空区域并在中空区域内覆盖贴合薄膜7，能够大幅减小扑翼机整体的重量，同时薄膜7在受到迎风时能够产生预定范围的形变，使得扑翼机起飞更灵活、轻便。

在上述技术方案下，本发明具体的工作过程如下：首先，驱动电机输出动力至皮带轮809，由皮带轮809与皮带808之间的配合将动力传至第一转接轮801，第一转接轮801将动力传至第二转接轮802，第二转接轮802将动力传至两侧的第一方齿齿轮803和第二方齿齿轮804，第一方齿齿轮803和第二方齿齿轮804带动与之垂直啮合的第三方齿齿轮805和第四方齿齿轮806转动。然后，第三方齿齿轮805和第四方齿齿轮806带动与之同轴安装的两个连杆铰接盘807转动；随后，连杆铰接盘807带动铰接在其一端的第一连杆301摆动，第一连杆301带动与之铰接的第二连杆302和一级展翼4摆动，第二连杆302和一级展翼4带动与之铰接的二级展翼5做扑翼运动。接着，调节装置工作，依靠三个平行安装的转动部带动襟翼6伸出或缩回；在起飞和降落等场景下，襟翼6伸出，并与二级展翼5之间形成预定角度的夹角，为扑翼机整体提高升力；在空中巡航等需要较高速度的场景下，襟翼6缩回，并与二级展翼5之间保持水平状态，为扑翼机减小空气阻力。当该装置需要转向，减速电机9带动偏心转盘10转动实现扑翼机重心的改变，从而实现扑翼机的转向。

为了更好的减轻扑翼机的自重，同时增强偏心转盘10改变重心的效果，可以将电池1002c和控制电路板1002b安装到偏心盒1002内，电池1002c给减速电机9和扑翼机本体上的驱动电机供电，控制电路板1002b控制减速电机9和扑翼机本体上的驱动电机转动；控制电路板1002b设置成控制减速电机9只能转动180度，然后进行回转；这样不会损坏电池1002c给减速电机9和扑翼机本体上的驱动电机供电的电线。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。

Claims (9)

1.一种依靠改变重心进行转向的扑翼机，其特征是包括：

基础组件，包括内部镂空的安装架，以及固定在所述安装架下方两侧的起落架；

展翼组件，对称铰接在所述安装架上方的两侧，包括一级展翼，与所述一级展翼铰接的二级展翼，以及铰接在所述二级展翼侧边处的襟翼；

传动组件，包括设置在所述安装架内部的齿轮箱，安装在所述安装架一端、且与所述齿轮箱传动连接的驱动电机，以及与所述齿轮箱之间机械连接、且与所述展翼组件之间铰接的连杆机构；

方向控制组件，安装在所述安装架上、且远离展翼组件的一端，包括偏心转盘，以及与所述偏心转盘连接的减速电机。

2.根据权利要求1所述的一种依靠改变重心进行转向的扑翼机，其特征在于：所述偏心转盘包括转动盘和偏心盒，所述转动盘与所述减速电机的输出轴通过联轴器连接，所述偏心盒呈扇形，所述偏心盒与所述转动盘之间固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种依靠改变重心进行转向的扑翼机，其特征在于：所述偏心盒内分别安装有配重块、控制电路板和电池，所述电池与所述控制电路板之间电性连接，所述控制电路板与所述驱动电机和减速电机之间电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种依靠改变重心进行转向的扑翼机，其特征在于：所述齿轮箱包括与所述驱动电机的输出轴连接的皮带轮，通过第一转动轴转动设置在所述安装架上、且与所述皮带轮之间通过皮带传动的第一转接轮，通过第二转动轴转动设置在所述安装架上、且与所述第一转接轮啮合传动的第二转接轮，分别同轴安装在所述第二转接轮两端的第一方齿齿轮和第二方齿齿轮，分别通过第三转动轴和第四转动轴转动设置在所述安装架上、且与所述第一方齿齿轮和第二方齿齿轮呈90度啮合的第三方齿齿轮和第四方齿齿轮，以及分别与所述第三方齿齿轮和第四方齿齿轮同轴安装的两个连杆铰接盘。

5.根据权利要求4所述的一种依靠改变重心进行转向的扑翼机，其特征在于：所述第一转接轮和第二转接轮呈哑铃状，包括一对同轴安装的直齿轮，所述直齿轮之间构成凹槽，所述凹槽的宽度与所述皮带的宽度相等；所述连杆铰接盘呈人字形，所述连杆铰接盘的转动中心分别与所述第三转动轴和第四转动轴固定连接，所述连杆铰接盘的末端处安装有铰接座。

6.根据权利要求5所述的一种依靠改变重心进行转向的扑翼机，其特征在于：所述连杆机构包括与所述铰接座铰接的第一连杆，所述第一连杆的中部铰接有第二连杆，所述第一连杆的一端与所述一级展翼铰接，所述第二连杆的一端与所述二级展翼铰接，所述一级展翼在与所述第一连杆铰接的同时与所述安装架的上部一端铰接。

7.根据权利要求1所述的一种依靠改变重心进行转向的扑翼机，其特征在于：所述襟翼包括伸缩翼片、以及连接所述伸缩翼片与二级展翼的调节装置；所述调节装置包括三个平行安装的转动部，所述转动部包括固定在所述二级展翼下端面上的连接块，与所述连接块铰接的第一铰接杆，与所述第一铰接杆铰接的第二铰接杆，与所述第一铰接杆和第二铰接杆共同铰接的第三铰接杆，以及与所述第二铰接杆的一端铰接、并与所述伸缩翼片固定连接的第四铰接杆；所述第三铰接杆的一端间隙配合安装有铰接轴。

8.根据权利要求1所述的一种依靠改变重心进行转向的扑翼机，其特征在于：所述一级展翼和二级展翼包括展翼外框和薄膜，所述展翼外框构成预定形状的中空区域，所述薄膜覆盖贴合在所述展翼外框的中空区域处。

9.一种依靠改变重心进行转向的扑翼机的工作方法，其特征在于：

S1、驱动电机输出动力至皮带轮，由皮带轮与皮带之间的配合将动力传至第一转接轮，第一转接轮将动力传至第二转接轮，第二转接轮将动力传至两侧的第一方齿齿轮和第二方齿齿轮，第一方齿齿轮和第二方齿齿轮带动与之垂直啮合的第三方齿齿轮和第四方齿齿轮转动；

S2、第三方齿齿轮和第四方齿齿轮带动与之同轴安装的两个连杆铰接盘转动；

S3、连杆铰接盘带动铰接在其一端的第一连杆摆动，第一连杆带动与之铰接的第二连杆和一级展翼摆动，第二连杆和一级展翼带动与之铰接的二级展翼做扑翼运动；

S4、调节装置工作，依靠三个平行安装的转动部带动襟翼伸出或缩回；

S5、在起飞和降落等场景下，襟翼伸出，并与二级展翼之间形成预定角度的夹角，为扑翼机整体提高升力；

S6、在空中巡航等需要较高速度的场景下，襟翼缩回，并与二级展翼之间保持水平状态，为扑翼机减小空气阻力；

S7、当该装置需要转向，减速电机带动偏心转盘转动实现扑翼机重心的改变，从而实现扑翼机的转向。