CN113264178A - 游隼羽毛与掌骨协同运动的仿生连接结构 - Google Patents

Abstract

游隼羽毛与掌骨协同运动的仿生连接结构，属于仿生连接结构技术领域。它包括仿生机翼掌骨、仿生初级飞羽及仿生覆羽，仿生机翼掌骨的腹侧设有一层腹侧仿生腱膜，每根仿生初级飞羽均通过腹侧肌腱束与腹侧仿生腱膜相连接，相邻两根仿生初级飞羽之间通过仿生肌腱相连接，仿生覆羽与背侧仿生腱膜之间通过背侧肌腱束相连接，仿生初级飞羽的羽根、仿生覆羽的羽根均通过旋转连接件与仿生机翼掌骨之间相连接。本发明中仿生肌腱采用仿生肌肉技术，不仅满足了仿生羽毛运动的动力来源，控制仿生羽毛的运动，并且牢牢地将仿生羽毛和机翼相连；旋转连接件采用具有单自由度的连接件，符合仿生羽毛的运动要求。

Description

游隼羽毛与掌骨协同运动的仿生连接结构

技术领域

本发明属于仿生连接结构技术领域，具体涉及游隼羽毛与掌骨协同运动的仿生连接结构。

背景技术

鸟类经过数百万年的自然选择，逐渐形成了各种优良的结构，如流线型的形状和中空的羽毛轴，以提高它们的飞行性能。人字型肋条是鸟类羽毛的典型特征，它是由倒钩的完美连接而形成的，尤其是翅膀的主、次羽，这种人字状的羽毛凹槽被认为对减阻有很大的影响。科学家们利用扫描电子显微镜(SEM)对成年鸽飞羽的微观结构进行了研究，并对其结构参数进行了统计。在对羽毛结构进行定量分析的基础上，提出了一种新型的具有窄光滑边缘的仿生人字肋结构来减小表面阻力。与传统的微沟槽减阻结构相比，仿生人字沟槽减阻率可达14%，明显高于其他减阻结构。此外，还通过CFD对人字沟减阻机理进行了验证和开发。

科学家们对鸟类羽毛研究最为广泛的是其结构及气体动力学，目前还未有从飞羽控制源头为出发点的研究。本发明是基于对鸟类初级飞羽与骨骼之间的连接控制结构进行研究及仿生，达到在仿生飞行器上。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种能够实现对仿生羽毛进行牢固连接及高效控制的游隼羽毛与掌骨协同运动的仿生连接结构。

本发明提供如下技术方案：游隼羽毛与掌骨协同运动的仿生连接结构，其特征在于：包括仿生机翼掌骨、若干根沿着仿生机翼掌骨均布的仿生初级飞羽及附着在仿生初级飞羽羽根上的仿生覆羽，所述仿生机翼掌骨的腹侧设有一层腹侧仿生腱膜，每根所述仿生初级飞羽均通过腹侧肌腱束与腹侧仿生腱膜相连接，相邻两根所述仿生初级飞羽之间通过仿生肌腱相连接，所述仿生机翼掌骨的背侧设有背侧仿生腱膜，所述仿生覆羽与背侧仿生腱膜之间通过背侧肌腱束相连接，所述仿生初级飞羽的羽根、仿生覆羽的羽根均通过旋转连接件与仿生机翼掌骨之间相连接。

所述的游隼羽毛与掌骨协同运动的仿生连接结构，其特征在于所述仿生初级飞羽设置在仿生机翼掌骨的侧部。

所述的游隼羽毛与掌骨协同运动的仿生连接结构，其特征在于所述腹侧肌腱束包括若干束第一小肌腱束，若干束所述第一小肌腱束的一端附着在腹侧仿生腱膜上，若干束所述第一小肌腱束的另一端汇集形成一束第一肌腱束段，所述第一肌腱束段附着在仿生初级飞羽羽根上，所述第一肌腱束段的外侧沿着第一肌腱束段呈树状发散设置有若干束第一分束，若干束所述第一分束包覆在仿生初级飞羽羽根上。

所述的游隼羽毛与掌骨协同运动的仿生连接结构，其特征在于所述仿生覆羽位于所述仿生初级飞羽的下方，且靠向仿生机翼掌骨的近端一侧，所述仿生覆羽通过仿生肌肉直接与仿生初级飞羽的表面相连接，所述仿生覆羽的直径小于仿生初级飞羽的直径。

所述的游隼羽毛与掌骨协同运动的仿生连接结构，其特征在于所述背侧肌腱束包括若干束第二小肌腱束，若干束所述第二小肌腱束的一端附着在背侧仿生腱膜上，若干束所述第二小肌腱束的另一端汇集形成一束第二肌腱束段，所述第二肌腱束段附着在仿生覆羽羽根上，所述第二肌腱束段的外侧沿着第二肌腱束段呈树状发散设置有若干束第二分束，若干束所述第二分束包覆在仿生覆羽羽根上。

所述的游隼羽毛与掌骨协同运动的仿生连接结构，其特征在于所述旋转连接件包括第一连接件及与第一连接件相对设置的第二连接件，所述第一连接件及第二连接件均为圆柱体，所述第一连接件一端设有安装槽，所述第二连接件一端设有与安装槽相配合的插接凸起，所述插接凸起插接在安装槽内并通过固定件形成枢轴连接结构，所述第二连接件安装在仿生机翼掌骨上，所述第一连接件与仿生初级飞羽或者仿生覆羽相连接。

所述的游隼羽毛与掌骨协同运动的仿生连接结构，其特征在于若干束所述第二小肌腱束分布在旋转连接件的两侧。

通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明中的仿生初级飞羽或仿生覆羽依靠对应的仿生肌腱束与旋转连接件的双重作用连接在机翼上；设置的腹侧肌腱束及背侧肌腱束，采用仿生肌肉技术，不仅满足了仿生羽毛运动的动力来源，控制仿生羽毛的运动，并且牢牢地将仿生初级飞羽或仿生覆羽和机翼相连；旋转连接件采用具有单自由度的连接件，不仅起到了连接的作用，而且将仿生初级飞羽或仿生覆羽运动自由度限制在一个方向内，符合仿生羽毛的运动要求。

附图说明

图1为本发明机翼腹侧仿生羽毛整体连接结构示意图；

图2为图1中A处的放大结构示意图；

图3为本发明机翼背侧仿生羽毛整体连接结构示意图；

图4为图3中B处的放大结构示意图；

图5为本发明旋转连接件的结构示意图。

图中：1、仿生机翼掌骨；2、仿生初级飞羽；3、腹侧仿生腱膜；4、腹侧肌腱束；401、第一小肌腱束；402、第一肌腱束段；403、第一分束；5、旋转连接件；9、仿生肌腱；11、仿生覆羽；12、背侧仿生腱膜；13、背侧肌腱束；1301、第二小肌腱束；1302、第二肌腱束段；1303、第二分束；14、第一连接件；1401、安装槽；15、第二连接件；1501、插接凸起；16、固定件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合说明书附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

请参阅图1-5，游隼羽毛与掌骨协同运动的仿生连接结构，包括仿生机翼掌骨1、仿生初级飞羽2、腹侧仿生腱膜3、腹侧肌腱束4、旋转连接件5、仿生肌腱9、仿生覆羽11、背侧仿生腱膜12及背侧肌腱束13。

具体的，多根仿生初级飞羽2沿着仿生机翼掌骨1均布，附着在每根仿生初级飞羽2的羽根上均通过仿生肌肉连接有一根仿生覆羽11，该仿生覆羽11偏向仿生机翼掌骨1的近端一侧；仿生覆羽11的直径小于仿生初级飞羽2的直径。

具体的，仿生机翼掌骨1的腹侧设有一层腹侧仿生腱膜3，每根仿生初级飞羽2均通过腹侧肌腱束4与腹侧仿生腱膜3相连接，腹侧肌腱束4包括若干束第一小肌腱束401，若干束第一小肌腱束401的一端附着在腹侧仿生腱膜3上，若干束第一小肌腱束401的从点D1开始分散，在点D2处汇集形成一束第一肌腱束段402，第一肌腱束段402附着在仿生初级飞羽2羽根上，该第一肌腱束段402从点D3处向外发散成树状形式，第一肌腱束段402附着在仿生初级飞羽2羽根上，第一肌腱束段402的外侧沿着第一肌腱束段402呈树状发散设置有若干束第一分束403，若干束第一分束403包覆在仿生初级飞羽2羽根上。

具体的，两两相邻的仿生初级飞羽2之间都通过一根横向的仿生肌腱9连接。当仿生初级飞羽2在机翼所在平面内向机翼末端旋转时，仿生肌腱9会被拉紧，相邻的仿生初级飞羽2受到仿生肌腱9的拉力一同旋转，进而相邻的仿生肌腱9，以此类推，可以继续带动近端的仿生羽根旋转运动。因此横向的仿生肌腱9在不同仿生初级飞羽2的运动中发挥着重要作用，能够促进其联动效应。

具体的，背侧肌腱束13包括若干束第二小肌腱束1301，若干束第二小肌腱束1301的一端附着在背侧仿生腱膜12上，若干束第二小肌腱束1301的另一端汇集形成一束第二肌腱束段1302，第二肌腱束段1302附着在仿生覆羽11羽根上，第二肌腱束段1302的外侧沿着第二肌腱束段1302呈树状发散设置有若干束第二分束1303，若干束第二分束1303包覆在仿生覆羽11羽根上，若干束第二小肌腱束1301分布在旋转连接件5的两侧。

具体的，仿生初级飞羽2的羽根、仿生覆羽11的羽根均通过旋转连接件5与仿生机翼掌骨1之间相连接，针对仿生覆羽11建立空间直角坐标系o-xyz，仿生覆羽11的运动只有绕y轴旋转这一个自由度，其他仿生羽根运动也如此。

其中，旋转连接件5包括第一连接件14及与第一连接件14相对设置的第二连接件15，第一连接件14及第二连接件15均为圆柱体，第一连接件14一端设有安装槽1401，第二连接件15一端设有与安装槽1401相配合的插接凸起1501，插接凸起1501插接在安装槽1401内并通过固定件16形成枢轴连接结构，第二连接件15安装在仿生机翼掌骨1上，第一连接件14与仿生初级飞羽2或者仿生覆羽11相连接。

本发明所有仿生肌腱、仿生腱膜均采用采用仿生肌肉技术，仿生肌肉外接电源，为仿生肌肉运动提供动力来源。当腹侧仿生腱膜3或背侧仿生腱膜12收缩时，带动其上的腹侧肌腱束4或背侧肌腱束13相应的伸长和收缩，通过腹侧肌腱束4或背侧肌腱束13的传递，进而带动仿生初级飞羽2或仿生覆羽11的运动。由于单自由度的旋转连接件5的限制，仿生初级飞羽2或仿生覆羽11都只有一个自由度，即绕垂直于机翼表面轴线的旋转自由度，因此仿生初级飞羽2或仿生覆羽11在机翼平面内以旋转件为圆心左右摆动。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.游隼羽毛与掌骨协同运动的仿生连接结构，其特征在于：包括仿生机翼掌骨（1）、若干根沿着仿生机翼掌骨（1）均布的仿生初级飞羽（2）及附着在仿生初级飞羽（2）羽根上的仿生覆羽（11），所述仿生机翼掌骨（1）的腹侧设有一层腹侧仿生腱膜（3），每根所述仿生初级飞羽（2）均通过腹侧肌腱束（4）与腹侧仿生腱膜（3）相连接，相邻两根所述仿生初级飞羽（2）之间通过仿生肌腱（9）相连接，所述仿生机翼掌骨（1）的背侧设有背侧仿生腱膜（12），所述仿生覆羽（11）与背侧仿生腱膜（12）之间通过背侧肌腱束（13）相连接，所述仿生初级飞羽（2）的羽根、仿生覆羽（11）的羽根均通过旋转连接件（5）与仿生机翼掌骨（1）之间相连接。

2.根据权利要求1所述的游隼羽毛与掌骨协同运动的仿生连接结构，其特征在于所述仿生初级飞羽（2）设置在仿生机翼掌骨（1）的侧部。

3.根据权利要求1所述的游隼羽毛与掌骨协同运动的仿生连接结构，其特征在于所述腹侧肌腱束（4）包括若干束第一小肌腱束（401），若干束所述第一小肌腱束（401）的一端附着在腹侧仿生腱膜（3）上，若干束所述第一小肌腱束（401）的另一端汇集形成一束第一肌腱束段（402），所述第一肌腱束段（402）附着在仿生初级飞羽（2）羽根上，所述第一肌腱束段（402）的外侧沿着第一肌腱束段（402）呈树状发散设置有若干束第一分束（403），若干束所述第一分束（403）包覆在仿生初级飞羽（2）羽根上。

4.根据权利要求1所述的游隼羽毛与掌骨协同运动的仿生连接结构，其特征在于所述仿生覆羽（11）位于所述仿生初级飞羽（2）的下方，且靠向仿生机翼掌骨（1）的近端一侧，所述仿生覆羽（11）通过仿生肌肉直接与仿生初级飞羽（2）的表面相连接，所述仿生覆羽（11）的直径小于仿生初级飞羽（2）的直径。

5.根据权利要求1所述的游隼羽毛与掌骨协同运动的仿生连接结构，其特征在于所述背侧肌腱束（13）包括若干束第二小肌腱束（1301），若干束所述第二小肌腱束（1301）的一端附着在背侧仿生腱膜（12）上，若干束所述第二小肌腱束（1301）的另一端汇集形成一束第二肌腱束段（1302），所述第二肌腱束段（1302）附着在仿生覆羽（11）羽根上，所述第二肌腱束段（1302）的外侧沿着第二肌腱束段（1302）呈树状发散设置有若干束第二分束（1303），若干束所述第二分束（1303）包覆在仿生覆羽（11）羽根上。

6.根据权利要求5所述的游隼羽毛与掌骨协同运动的仿生连接结构，其特征在于所述旋转连接件（5）包括第一连接件（14）及与第一连接件（14）相对设置的第二连接件（15），所述第一连接件（14）及第二连接件（15）均为圆柱体，所述第一连接件（14）一端设有安装槽（1401），所述第二连接件（15）一端设有与安装槽（1401）相配合的插接凸起（1501），所述插接凸起（1501）插接在安装槽（1401）内并通过固定件（16）形成枢轴连接结构，所述第二连接件（15）安装在仿生机翼掌骨（1）上，所述第一连接件（14）与仿生初级飞羽（2）或者仿生覆羽（11）相连接。

7.根据权利要求6所述的游隼羽毛与掌骨协同运动的仿生连接结构，其特征在于若干束所述第二小肌腱束（1301）分布在旋转连接件（5）的两侧。

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