CN112078791A - 扑翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扑翼飞行器，包括：机架；第一扑翼，所述机架的两侧各设有一个所述第一扑翼；第二扑翼，所述机架的两侧各设有一个所述第二扑翼，所述第二扑翼与所述第一扑翼沿所述机架的长度方向分布；传动部；第一驱动件，所述第一驱动件能够驱动所述第一扑翼相对于所述机架上下转动，并能够通过所述传动部驱动所述第二扑翼相对于所述机架上下转动。本发明中的扑翼飞行器一定程度上能够提高能量利用率，减少能量浪费。

Description

扑翼飞行器

技术领域

本发明涉及仿生飞行器技术领域，尤其是涉及一种扑翼飞行器。

背景技术

自然界中，鸟类和昆虫主要是利用翅膀的拍动、弯曲与扭转来实现各种飞行模式。通过对动物活动的学习与模仿，人类制造出了各种扑翼飞行器。与固定翼与旋翼不同的是，扑翼飞行器能够在原地起落，仅通过扑翼就能实现爬升等动作。且扑翼飞行器空中机动性较强，飞行费用较低且与固定翼与旋翼相比尺寸能够做的更小，因此在近距离电子干扰、狭小空间救援与空中拍摄等领域得到了越来越广泛的应用。然而，目前的一些扑翼机器人的能量传递效率较低。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种扑翼飞行器，该扑翼飞行器一定程度上能够提高能量利用率，减少能量浪费。

本发明的一个实施例提供了扑翼飞行器，包括：

机架；

第一扑翼，所述机架的两侧各设有一个所述第一扑翼；

第二扑翼，所述机架的两侧各设有一个所述第二扑翼，所述第二扑翼与所述第一扑翼沿所述机架的长度方向分布；

传动部；

第一驱动件，所述第一驱动件能够驱动所述第一扑翼相对于所述机架上下转动，并能够通过所述传动部驱动所述第二扑翼相对于所述机架上下转动。

本发明实施例的扑翼飞行器至少具有如下有益效果：设置沿机架的长度方向分布的第一扑翼与第二扑翼，第一驱动件驱动第一扑翼上下转动，并通过传动部驱动第二扑翼上下转动，从而实现飞行。常规的扑翼飞行器仅有一个大面积的扑翼，驱动力从扑翼一端传递至另一端的过程中，用于支撑扑翼的杆件会产生较大的变形，会造成较大的能量损耗，能量传递效率较低。而本发明中，将飞行器的扑翼分为第一扑翼与第二扑翼，二者独立进行转动，驱动力从第一扑翼或第二扑翼的一端传递至另一端时，由于支撑扑翼的杆件与原来相比长度减小，变形程度也更小，因此能在一定程度上提高能量利用率，减少能量浪费。

根据本发明的另一些实施例的扑翼飞行器，还包括第一动力输出部，所述第一动力输出部用于向所述第一扑翼输出动力，所述第一动力输出部包括减速齿轮组、第一曲柄与第一推杆，所述减速齿轮组的输入端与所述第一驱动件连接，所述减速齿轮组的输出端与所述第一曲柄连接，所述第一曲柄与所述第一推杆连接，所述第一推杆与所述第一扑翼连接，所述第一推杆用于推动所述第一扑翼相对于所述机架上下转动。

根据本发明的另一些实施例的扑翼飞行器，所述第一扑翼、所述第一曲柄均通过球铰与所述第一推杆连接。

根据本发明的另一些实施例的扑翼飞行器，所述第一扑翼包括第一转动杆与第一副杆，所述第一推杆通过所述第一转动杆与所述第一扑翼连接，所述第一转动杆位于所述第一扑翼的前端且与所述机架转动连接，所述第一副杆的一端与所述第一扑翼的前端连接，所述第一副杆的另一端位于所述第一扑翼的后端且与所述机架转动连接。

根据本发明的另一些实施例的扑翼飞行器，所述第一扑翼包括第一辅助杆，所述第一辅助杆的一端与所述第一扑翼的前端连接，所述第一辅助杆的另一端与所述第一扑翼的后端连接。

根据本发明的另一些实施例的扑翼飞行器，所述第二扑翼包括沿所述机架的长度方向分布的第二扑翼主体与第二扑翼伸出部，所述第二扑翼主体与所述机架转动连接，所述第二扑翼伸出部与所述第二扑翼主体相连，所述机架的两侧各设有一个俯仰偏航部，所述俯仰偏航部包括第二驱动件，所述第二扑翼伸出部能够在所述第二驱动件的驱动下上下转动。

根据本发明的另一些实施例的扑翼飞行器，，所述俯仰偏航部还包括转动件与连接件，所述转动件的两端分别与所述第二扑翼伸出部、所述连接件通过球铰连接，所述第二驱动件用于驱动所述连接件在水平面内转动，且所述转动件与所述连接件的连接位置、所述连接件与所述第二驱动件的连接位置不重合。

根据本发明的另一些实施例的扑翼飞行器，所述第二驱动件与所述第一驱动件分别位于所述机架的长度方向的两端。

根据本发明的另一些实施例的扑翼飞行器，所述第一扑翼与所述第二扑翼部分重叠。

根据本发明的另一些实施例的扑翼飞行器，还包括第一动力输出部与第二动力输出部，所述第一动力输出部用于向所述第一扑翼输出动力，所述第二动力输出部用于向所述第二扑翼输出动力；

所述传动部包括皮带、主动带轮与从动带轮，所述皮带套设于所述主动带轮与所述从动带轮上，所述主动带轮与所述第一动力输出部连接，所述从动带轮与所述第二动力输出部连接；

或者，所述传动部包括链条、主动链轮与从动链轮，所述链条套设于所述主动链轮与所述从动链轮上，所述主动链轮与所述第一动力输出部连接，所述从动链轮与所述第二动力输出部连接；

或者，所述传动部包括主动齿轮与从动齿轮，所述主动齿轮与所述第一动力输出部连接，所述从动齿轮与所述第二动力输出部连接，所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合；

或者，所述传动部包括主动摩擦轮与从动摩擦轮，所述主动摩擦轮与所述第一动力输出部连接，所述从动摩擦轮与所述第二动力输出部连接，所述主动摩擦轮与所述从动摩擦轮能够因二者之间的摩擦力而相对转动。

附图说明

图1是第一实施例中扑翼飞行器的整体结构图；

图2是图1中扑翼飞行器的整体结构图；

图3是图1中机架、传动部、第一动力输出部与第二动力输出部等部件的结构示意图；

图4是图1中传动部、第一动力输出部与第二动力输出部等部件的结构示意图；

图5是图1中第一扑翼的结构示意图；

图6是图1中第二扑翼的结构示意图。

附图标记：

机架100、第一转动连接件110、第二转动连接件120；

第一扑翼200、第一转动杆210、第一主杆220、第一副杆230、第一辅助杆240；

第二扑翼300、第二扑翼主体310、第二扑翼伸出部320、第二转动杆330、第二主杆340、第二副杆350、前连接杆360、后连接杆370、前固定板380、后固定板390；

第一驱动件400；

传动部500、皮带510、主动带轮520、从动带轮530；

第一动力输出部600、减速齿轮组610、第一动力输出轴620、第一曲柄630、第一推杆640；

第二动力输出部700、第二动力输出轴710、第二曲柄720、第二推杆730；

俯仰偏航部800、第二驱动件810、转动件820、连接件830。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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。

在本发明实施例的描述中，如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。在本发明实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

参照图1、图2与图4，本实施例中的扑翼飞行器包括机架100，在机架100的两侧各设有一个第一扑翼200，且在机架100的两侧还各设有一个第二扑翼300，第一扑翼200与第二扑翼300沿机架100的长度方向分布，第一扑翼200位于第二扑翼300的前方。此处的长度方向是指图中所示的前后方向。还设有第一驱动件400与传动部500，第一驱动件400位于第一扑翼200的下方，第一驱动件400能够驱动第一扑翼200相对于机架100绕着沿前后方向延伸的轴线上下转动，且能够通过传动部500驱动第二扑翼300相对于机架100绕着沿前后方向延伸的轴线上下转动。

当第一扑翼200与第二扑翼300相对于机架100上下转动时，即扑翼上下扑动时，会产生使飞行器朝上飞行的升力。通常，扑翼飞行器的扑翼上会设置若干支撑杆件，这些杆件一般为圆柱状碳杆，存在一定的柔性，在扑动过程中，会产生一定的变形。常规的扑翼飞行器仅设置一个扑翼，且面积非常大，对应的，支撑杆件也较长，驱动件的驱动力传递的过程中，支撑杆件产生的变形较大，无法将驱动力较好的从近端传递至远端，造成的能量损耗较大，能量的传递效率较低。而本实施例中，将一个大扑翼分成两个小扑翼，二者独立进行扑动，第一驱动件400提供的驱动力传递给第一扑翼200，同时，还通过传动部500传递至第二扑翼300。在总面积不变的前提下，分为两个扑翼后，支撑杆件长度会减小，扑翼飞行器飞行时，驱动力从第一扑翼200的首部传递至尾部的过程中，以及从第二扑翼300的首部传递至尾部的过程中，受支撑杆件变形的影响会减小，总的能量损耗也会更小。或者，也可设置两个以上的扑翼，使多个扑翼沿机架100的长度方向分布。

参照图3至图4，在一些实施例中，还包括第一动力输出部600与第二动力输出部700，第一驱动件400通过第一动力输出部600向第一扑翼200输出动力，并通过传动部500与第二动力输出部700向第二扑翼300输出动力。第一动力输出部600包括减速齿轮组610、第一曲柄630与第一推杆640。减速齿轮组610输入端的齿轮与第一驱动件400的输出轴连接，输出端的齿轮与第一动力输出轴620连接。第一动力输出轴620与第一曲柄630连接，第一曲柄630与第一推杆640连接，第一推杆640与第一扑翼200连接。第一驱动件400通过减速齿轮组610进行减速后驱动第一曲柄630转动，第一曲柄630转动过程中，第一推杆640随之上下移动，从而带动第一扑翼200相对于机架100上下转动。

类似的，第二动力输出部700包括第二曲柄720与第二推杆730。第二动力输出轴710与第二曲柄720连接，第二曲柄720与第二推杆730连接，第二推杆730与第二扑翼300连接。主动带轮520与第一动力输出轴620连接，从动带轮530与第二动力输出轴710连接，通过皮带510使第二动力输出轴710随第一动力输出轴620同步转动。第二动力输出轴710转动时，带动第二曲柄720转动，第二推杆730随之上下移动，从而带动第二扑翼300相对于机架100上下转动。

在一些实施例中，第一推杆640的下端通过球铰与第一曲柄630连接，上端通过球铰与第一扑翼200连接。第一曲柄630的转动轴(即第一动力输出轴620)沿左右方向延伸，而第一扑翼200的转动轴沿前后方向延伸，通过在第一推杆640的两端设置球铰连接，可以将第一推杆640下端沿前后方向的摆动转换为其上端沿上下方向的摆动。若不按该结构设计，则需要将第一曲柄630的转动轴设置为沿前后方向延伸，与之匹配的，第一驱动件400与减速齿轮组610需要在图3的基础上转动90度。显然，与这种结构相比，本实施例中的结构能够减小扑翼飞行器在左右方向的厚度，且能使减速齿轮组610等部件更靠近机架100，稳定性更好。类似的，第二推杆730的下端通过球铰与第二曲柄720连接，上端通过球铰与第二扑翼300连接。

参照图1、图3与图5，在一些实施例中，第一扑翼200包括第一转动杆210，第一转动杆210与第一推杆640连接，第一转动杆210位于第一扑翼200的前端处且与机架100转动连接，第一转动杆210能够在第一推杆640的带动下上下转动。第一主杆220与第一转动杆210固定连接，第一副杆230的一端与第一扑翼200的前边缘固定连接，另一端位于第一扑翼200的后端处且与设置于机架100上的第一转动连接件110转动连接。通过设置第一副杆230，可以使第一扑翼200通过前后两个位置与及机架100转动连接，提高转动时的稳定性，使飞行器飞行时更加平稳。

在一些实施例中，第一辅助杆240的一端与第一扑翼200的前边缘固定连接，另一端与第一扑翼200的后边缘固定连接，以对第一扑翼200进行辅助支撑，提高第一扑翼200的强度。另外，在第一扑翼200上下转动时，由于受到空气阻力，第一辅助杆240会产生一定的变形，导致第一扑翼200扑动时并非保持平面，而是呈现具有一定扭曲度的弧面。第一扑翼200扑动时产生的向上的力在弧面分解后有一部分为驱动飞行器向上飞行的升力，另一部分则为飞行器前进所需的推力。

参照图1、图3与图6，在一些实施例中，第二扑翼300包括沿机架100的长度方向分布的第二扑翼主体310与第二扑翼伸出部320，第二扑翼伸出部320与第二扑翼主体310的尾部相连，第二扑翼主体310与机架100转动连接。机架100的左右两侧各设有一个俯仰偏航部800，俯仰偏航部800包括第二驱动件810，第二驱动件810用于驱动第二扑翼伸出部320绕着沿左右方向延伸的轴线上下转动。当机架100两侧的两个第二扑翼伸出部320的转动方向相同，飞行器能够实现俯仰动作，以升高或降低飞行高度。当机架100两侧的两个第二扑翼伸出部320的转动方向相反，一个朝上转动，另一个朝下转动时，飞行器便能实现偏航。实现俯仰偏航时，上下转动的主要是第二扑翼伸出部320，可以减小俯仰偏航时第二扑翼主体310的扑动对第二扑翼伸出部320进行俯仰动作的影响。

在一些实施例中，俯仰偏航部800还包括转动件820与连接件830，连接件830与第二驱动件810连接，第二驱动件810能够驱动连接件830在水平面内转动。转动件820的前端与连接件830球铰连接，且二者的连接位置与连接件830、第二驱动件810的连接位置不重合，即第二驱动件810可以驱动转动件820的前端在水平面内偏心转动。转动件820的尾端与第二扑翼伸出部320球铰连接，第二驱动件810驱动转动件820前后移动的过程中，第二扑翼伸出部320能够相对于转动件820绕着沿左右方向延伸的轴线上下转动。在转动过程中，转动件820始终拉着第二扑翼伸出部320，使其在朝下转动完成上仰动作时能够缓慢进行，飞行状态更加稳定。

第二扑翼主体310的前端设有第二转动杆330，第二转动杆330与第二推杆730球铰连接，且第二转动杆330与机架100转动连接，第二转动杆330能够在第二推杆730的带动下上下转动。第二主杆340与第二转动杆330固定连接，第二副杆350的一端与第二扑翼主体310的尾部的外边缘固定连接，另一端与设置于机架100上的第二转动连接件120转动连接。通过设置第二副杆350，可以使第二扑翼300通过前后两个位置与及机架100转动连接，提高转动时的稳定性。在第二扑翼主体310上还设有前固定板380与前连接杆360，第二驱动件810固定于前固定板380上，前连接杆360的两端分别与第二扑翼主体310的前边缘、前固定板380固定连接。第二扑翼伸出部320上设有后固定板390与后连接杆370，后连接杆370的两端分别与第二扑翼伸出部320的后边缘、后固定板390固定连接，转动件820的后端与后固定板390球铰连接。

参照图1与图6，在一些实施例中，第二驱动件810位于机架100的长度方向的尾端处，第一驱动件400位于机架100的长度方向的首端处。将两个驱动件分别设置于机架100的首尾位置，可以更好的均衡重量，提高稳定性。

参照图1，在一些实施例中，第一扑翼200与第二扑翼300有部分区域重叠。如此，可以使结构更紧凑，并且，两个扑翼在独立扑动的同时，在沿机架100方向上产生的升力依然为连续分布的，驱动飞行器上升时更加稳定。

参照图3至图4，在一些实施例中，传动部500可以选用带传动，其传动效率较高，能够进一步减小能量损失，提高能量利用率。具体的，传动部500包括皮带510、主动带轮520与从动带轮530，皮带510套设于主动带轮520与从动带轮530上，主动带轮520与第一动力输出部600连接，从动带轮530与第二动力输出部700连接。即第一驱动件400通过第一动力输出部600驱动第一扑翼200转动，并通过传动部500将驱动力传至第二动力输出部700，通过第二动力输出部700驱动第二扑翼300转动。

在一些实施例中，传动部500还可以选用链条传动。具体的，传动部包括链条、主动链轮与从动链轮，链条套设于主动链轮与从动链轮上，主动链轮与第一动力输出部连接，从动链轮与第二动力输出部连接。

在一些实施例中，传动部500还可以选用齿轮传动。具体的，传动部包括主动齿轮与从动齿轮，主动齿轮与第一动力输出部连接，从动齿轮与第二动力输出部连接，主动齿轮与从动齿轮啮合。

在一些实施例中，传动部500还可以选用摩擦传动。具体的，传动装置包括主动摩擦轮与从动摩擦轮，主动摩擦轮与第一动力输出部连接，从动摩擦轮与第二动力输出部连接，主动摩擦轮与从动摩擦轮能够因二者之间的摩擦力而相对转动。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.扑翼飞行器，其特征在于，包括：

机架；

第一扑翼，所述机架的两侧各设有一个所述第一扑翼；

第二扑翼，所述机架的两侧各设有一个所述第二扑翼，所述第二扑翼与所述第一扑翼沿所述机架的长度方向分布；

传动部；

第一驱动件，所述第一驱动件能够驱动所述第一扑翼相对于所述机架上下转动，并能够通过所述传动部驱动所述第二扑翼相对于所述机架上下转动。

2.根据权利要求1所述的扑翼飞行器，其特征在于，还包括第一动力输出部，所述第一动力输出部用于向所述第一扑翼输出动力，所述第一动力输出部包括减速齿轮组、第一曲柄与第一推杆，所述减速齿轮组的输入端与所述第一驱动件连接，所述减速齿轮组的输出端与所述第一曲柄连接，所述第一曲柄与所述第一推杆连接，所述第一推杆与所述第一扑翼连接，所述第一推杆用于推动所述第一扑翼相对于所述机架上下转动。

3.根据权利要求2所述的扑翼飞行器，其特征在于，所述第一扑翼、所述第一曲柄均通过球铰与所述第一推杆连接。

4.根据权利要求2所述的扑翼飞行器，其特征在于，所述第一扑翼包括第一转动杆与第一副杆，所述第一推杆通过所述第一转动杆与所述第一扑翼连接，所述第一转动杆位于所述第一扑翼的前端且与所述机架转动连接，所述第一副杆的一端与所述第一扑翼的前端连接，所述第一副杆的另一端位于所述第一扑翼的后端且与所述机架转动连接。

5.根据权利要求1所述的扑翼飞行器，其特征在于，所述第一扑翼包括第一辅助杆，所述第一辅助杆的一端与所述第一扑翼的前端连接，所述第一辅助杆的另一端与所述第一扑翼的后端连接。

6.根据权利要求1所述的扑翼飞行器，其特征在于，所述第二扑翼包括沿所述机架的长度方向分布的第二扑翼主体与第二扑翼伸出部，所述第二扑翼主体与所述机架转动连接，所述第二扑翼伸出部与所述第二扑翼主体相连，所述机架的两侧各设有一个俯仰偏航部，所述俯仰偏航部包括第二驱动件，所述第二扑翼伸出部能够在所述第二驱动件的驱动下上下转动。

7.根据权利要求6所述的扑翼飞行器，其特征在于，所述俯仰偏航部还包括转动件与连接件，所述转动件的两端分别与所述第二扑翼伸出部、所述连接件通过球铰连接，所述第二驱动件用于驱动所述连接件在水平面内转动，且所述转动件与所述连接件的连接位置、所述连接件与所述第二驱动件的连接位置不重合。

8.根据权利要求6所述的扑翼飞行器，其特征在于，所述第二驱动件与所述第一驱动件分别位于所述机架的长度方向的两端。

9.根据权利要求1所述的扑翼飞行器，其特征在于，所述第一扑翼与所述第二扑翼部分重叠。

10.根据权利要求1所述的扑翼飞行器，其特征在于，还包括第一动力输出部与第二动力输出部，所述第一动力输出部用于向所述第一扑翼输出动力，所述第二动力输出部用于向所述第二扑翼输出动力；

所述传动部包括皮带、主动带轮与从动带轮，所述皮带套设于所述主动带轮与所述从动带轮上，所述主动带轮与所述第一动力输出部连接，所述从动带轮与所述第二动力输出部连接；

或者，所述传动部包括链条、主动链轮与从动链轮，所述链条套设于所述主动链轮与所述从动链轮上，所述主动链轮与所述第一动力输出部连接，所述从动链轮与所述第二动力输出部连接；

或者，所述传动部包括主动齿轮与从动齿轮，所述主动齿轮与所述第一动力输出部连接，所述从动齿轮与所述第二动力输出部连接，所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合；

或者，所述传动部包括主动摩擦轮与从动摩擦轮，所述主动摩擦轮与所述第一动力输出部连接，所述从动摩擦轮与所述第二动力输出部连接，所述主动摩擦轮与所述从动摩擦轮能够因二者之间的摩擦力而相对转动。

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