CN110143277A - 一种磁场阵列扑翼驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁场阵列扑翼驱动装置，磁场阵列扑翼驱动装置包括电磁铁阵列、摆动座、摆动磁体、摆动杆、万向节。摆动磁体被电磁铁阵列驱动，带动摆动座运动，进而带动摆动杆运动，摆动杆以万向节为轴摆动或旋转，带动摆动杆上的机翼做扑翼动作。本发明利用磁力将能量直接转换成机翼三个自由度的运动，具有结构简单，控制灵活，效率高等优点。

Description

一种磁场阵列扑翼驱动装置

技术领域

本发明属与扑翼飞行器技术领域，涉及一种磁场阵列扑翼驱动装置。

背景技术

自然界中，鸟和昆虫等飞行动物都是通过扑翼来飞行。扑翼飞行方式相对于固定翼飞行方式、旋翼飞行方式，具有高升力、可悬停、机动性高、能耗少、噪声小、控制灵活等优点。

飞行动物的扑翼方式比较复杂，翅膀上下扑动的同时，还伴随有垂直于扑动方向的运动和以翅膀伸展方向为轴的扭转。飞行动物的翅膀靠这三个自由度运动的组合，可以有效地利用气流产生升力，灵活地控制飞行姿态。

扑翼飞行器需要有一个扑翼装置将能量转换成扑翼运动。多年来人们一直致力于有关扑翼装置的研究，现有技术中，包括压电驱动、电磁驱动、人造肌肉、曲柄摇杆等方案。但现有技术方案产生的扑翼运动，存在力量弱、运动幅度小、灵活性差等缺点。这些方案一般先将能量转换为直线运动，再将直线运动转化成扑翼动作，会带来较多的能量损失，降低扑翼的灵活性。而且一般只能输出一个自由度的运动，很难模拟出飞行动物翅膀的三个自由度。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种磁场阵列驱动扑翼的装置，使扑翼飞行器的翼面能够在三个自由度运动。

本发明采用的技术方案是，电磁铁阵列通电产生磁场阵列，驱动摆动磁体运动，使摆动磁体带动机翼做扑翼运动，其特征包括：电磁铁阵列安装在弧形面上，所述电磁铁阵列通过分时分组通电的方式，驱动与电磁铁之间有间隙的摆动磁体运动，所述摆动磁体通过摆动座连接到摆动杆，所述摆动杆与机翼相连，摆动杆通过万向节连接到扑翼飞行器机体上。

进一步地，所述电磁铁阵列中，将位于摆动磁体运动方向上的电磁铁组通电，吸引摆动磁体产生运动，进而驱动机翼扑动。

进一步地，所述电磁铁组中，含有一到多个电磁铁。

进一步地，所述摆动磁体指能与磁场产生磁力的物体，包括电磁铁、永磁体、软磁体。

进一步地，所述摆动磁体数量大于或等于两个时，摆动座被运动向量不同的摆动磁体驱动旋转，摆动座带动摆动杆旋转，本装置提供绕万向节轴心两个自由度的摆动和绕摆动杆转动，共三个自由度的驱动力。

优选地，所述摆动磁体若是永磁体，给摆动磁体正在远离的电磁铁组导通反向电流，产生该电磁铁与摆动磁体的斥力，可以增大驱动机翼运动的合力。

优选地，确定摆动磁体运动路径后，可将电磁铁阵列中不在路径上的电磁铁取消，可以减轻扑翼飞行器重量。

优选地，所述摆动磁体可以只安装一个，这种情况下摆动磁体与摆动杆的连接可分为同轴连接和不同轴连接两种连接方式，本装置退化为只提供两个自由度的运动，但可以减轻重量。

优选地，所述电磁铁阵列中使用数量大于三个的摆动磁体，可以增大驱动机翼运动的合力。

本发明的有益效果是：

相比现有技术，本发明通过磁力直接输出机翼三个自由度的运动，结构简单、控制灵活、动力转换效率高，可以实现大多数飞行动物的扑翼动作。

附图说明

图1为实施例中磁场阵列扑翼驱动装置的结构示意图。

图2为实施例中摆动磁体驱动方式示意图。

图3为实施例中扑翼飞行器的整体结构示意图。

图中标记说明：1-电磁铁、2-摆动磁体2、3-摆动磁体3、4-摆动座、5-摆动杆、6-与机身相连的弧形面、7-万向节、8-机翼、9-电磁铁9、10-电磁铁10、11-电磁铁11、12-电磁铁12、13-电磁铁13、14-电磁铁14、15-电磁铁15、16-电磁铁16、17-扑翼飞行器机身。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，术语“上”、 “左上”、 “下”、“顺时针”、“逆时针”等指示的位置关系或旋转方向为基于附图所示的位置关系或旋转方向，仅是为了便于描述本发明，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或旋转方向、以特定的方位或旋转方向构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定或限定，术语“安装”、 “悬挂”、 “相连”、“固定”应做广义理解，例如，可以是持久连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1和图3，弧形面6固定在扑翼飞行器机身17上，在弧形面6上安装了若干与电磁铁1类似的电磁铁，组成电磁铁阵列。在电磁铁阵列上方，悬挂着与摆动杆5相连的摆动座4。摆动杆5通过万向节7与机身17相连，摆动杆5的另一头安装着机翼8。在摆动座4两边各安装了一个摆动磁体2和摆动磁体3，它们与电磁铁阵列之间有间隙，可以做相对移动。电磁铁阵列磁场产生吸力驱动摆动磁体2和摆动磁体3。

参见图2，电磁铁阵列1中的电磁铁以正六边形排列方式安装，每个电磁铁周围安装有其它六个电磁铁。只有在摆动磁体运动路径前面，而且离摆动磁体最近的电磁铁会通电。通电后摆动磁体因为磁场吸引产生运动。

进一步地，需要驱动摆动座向上方运动时，电磁铁9和电磁铁13通电，分别吸引摆动磁体2和摆动磁体3向上运动，带动摆动座向上运动。当需要驱动摆动座向左上运动时，电磁铁10和电磁铁14通电，分别吸引摆动磁体2和摆动磁体3向左上运动。以此类推，通过给离摆动磁体运动路径上最近的电磁铁通电，可让摆动磁体带动摆动座4在弧形面上做两个自由度的摆动，摆动座4再通过摆动杆5带动机翼8扑动。

进一步地，当摆动磁体2运动到通电电磁铁10对应的位置后，若需摆动座要向下运动，电磁铁10停止通电，电磁铁11通电，则带动摆动磁体2向下运动。若此时摆动磁体3也在电磁铁15的吸引下向下运动，则摆动座4被带动向下运动，它通过摆动杆5带动机翼8向上扑动。重复上述过程，机翼8就可在两个自由度上做大角度的扑动。

进一步地，需要驱动机翼8顺时针旋转时，电磁铁12通电，吸引摆动磁体2向右下运动，电磁铁14通电，吸引摆动磁体3向左上运动。上述两个方向相反的运动可以带动摆动座4以摆动杆5为轴做顺时针旋转，摆动杆5的旋转会带动机翼8做顺时针旋转。当需要驱动机翼8逆时针旋转时，电磁铁11通电，吸引摆动磁体2向左下运动，电磁铁16通电，吸引摆动磁体3向右上运动。上述两个方向相反的运动可以带动摆动座4以摆动杆5为轴做逆时针旋转，摆动杆5的旋转会带动机翼8做逆时针旋转。

进一步地，当摆动磁体2和摆动磁体3带动摆动座4旋转到稳定位置时，停止稳定位置处电磁铁的供电，再次按照上一段所述原理，给下一组电磁铁供电，就可以驱动摆动磁体2和3带动摆动座4继续旋转，进而提供给机翼一个自由度的旋转。

以上所述仅是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。应当指出的是，对不同的用途、场合，熟悉本技术领域的人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以容易地对磁场阵列排列方式、各组电磁铁的通电时序、摆动磁体与电磁铁面积的比例等规格参数进行改进，或将电磁铁阵列安装到摆动座，而永磁铁安装到弧形面固定的对偶性改进。这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种磁场阵列扑翼驱动装置，其特征包括：弧形面上的电磁铁阵列，所述电磁铁阵列产生磁场阵列，所述磁场阵列驱动与电磁铁之间有间隙的摆动磁体运动；所述摆动磁体通过摆动座与摆动杆相连；所述摆动杆与机翼相连；所述摆动杆通过万向节连接到扑翼飞行器机体上。

2.根据权利要求1所述的磁场阵列扑翼驱动装置，其特征包括：所述电磁铁阵列中，电磁铁分时分组通电，吸引摆动磁体沿预设路径运动，进而驱动机翼扑动，提供绕万向节中心两个自由度摆动的驱动力。

3.根据权利要求2所述的磁场阵列扑翼驱动装置，其特征包括：所述摆动磁体数量大于或等于两个，摆动座由运动向量不相同的摆动磁体带动旋转，摆动座的旋转带动摆动杆旋转，进而带动机翼旋转，提供绕摆动杆一个自由度转动的驱动力。

4.根据权利要求2所述的磁场阵列扑翼驱动装置，其特征包括：所述电磁铁的分组中，电磁铁数量包括一到多个。

5.根据权利要求1所述的磁场阵列扑翼驱动装置，其特征包括：所述摆动磁体指能与磁场产生磁力的物体，包括电磁铁、永磁体和软磁体。