CN113386958A - 一种变相位双扑翼机构及微型飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变相位双扑翼机构及微型飞行器，包括两个扑翼组件；第一转动组件的第一端与一扑翼组件连接；第二转动组件与第一转动组件同轴设置，且第一端与另一扑翼组件连接；驱动组件与第一转动组件的第二端和第二转动组件的第二端分别驱动连接，用于带动第一转动组件和第二转动组件同时轴向转动；差速控制组件与第二转动组件连接，用于控制第二转动组件的轴向转动速度，以调整第二转动组件与第一转动组件之间的相对转动差速。本发明提供的变相位双扑翼机构，通过差速控制组件调整由驱动组件带动下同时轴向转动的第二转动组件和第一转动组件之间相对转动差速，以改变与第一转动组件和第二转动组件分别连接的扑翼组件的扑动相位差。

Description

一种变相位双扑翼机构及微型飞行器

技术领域

本发明涉及微型飞行器技术领域，特别涉及一种变相位双扑翼机构及微型飞行器。

背景技术

微型飞行器是一种体积小、重量轻、隐蔽性与机动性强的无人飞行器，适合在狭小空间内飞行，在军事与商业领域中具有广阔的应用前景，目前，微型飞行器为获得更大的有效升力以及减小瞬时升力波动，尝试采用双扑翼的结构布局，但双扑翼微型飞行器样机大多采用前后两对扑翼相位固定的运动机构，该机构不利于在飞行过程中实时改变前后两对扑翼的扑动相位差，从而限制了双扑翼微型飞行器的应用场景。

因此，一种能够改变两对扑翼的扑动相位差的微型飞行器亟待研究。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足之处，本发明提供了一种变相位双扑翼机构及微型飞行器，其中，变相位双扑翼机构解决了现有技术中双扑翼微型飞行器在飞行过程中无法改变前后两对扑翼的扑动相位差的问题。

本发明一方面提供了一种变相位双扑翼机构，包括:

两个扑翼组件；

第一转动组件，第一端与一所述扑翼组件连接；

第二转动组件，与所述第一转动组件同轴设置，且第一端与另一所述扑翼组件连接；

驱动组件，与所述第一转动组件的第二端和所述第二转动组件的第二端分别驱动连接，用于带动所述第一转动组件和所述第二转动组件同时轴向转动；

差速控制组件，与所述第二转动组件连接，用于控制所述第二转动组件的轴向转动速度，以调整所述第二转动组件与所述第一转动组件之间的相对转动差速。

进一步的，所述驱动组件包括第一电机、传动组件和驱动轴，所述第一电机通过所述传动组件与所述驱动轴驱动连接，所述驱动轴与所述第一转动组件同轴设置，且所述驱动轴还分别与所述第一转动组件的第二端和所述第二转动组件的第二端驱动连接。

进一步的，所述传动组件包括第一电机齿轮和驱动齿轮，所述驱动轴设在所述驱动齿轮的中心位置，所述第一电机齿轮与所述驱动齿轮啮合，所述第一电机与所述第一电机齿轮驱动连接。

进一步的，所述第一转动组件包括第一行星齿轮、第一驱动轮和第一齿圈，所述第一行星齿轮轴向可转动设在所述第一驱动轮的第一面上，所述驱动轴靠近所述第一驱动轮的一端设有与所述第一行星齿轮啮合的第一驱动齿，所述第一齿圈位于所述驱动齿轮和所述第一驱动轮之间并与所述第一驱动轮同轴设置，所述第一行星齿轮还与所述第一齿圈啮合。

进一步的，所述第二转动组件包括第二行星齿轮、第二驱动轮和第二齿圈，所述第二行星齿轮轴向可转动设在所述第二驱动轮的第一面上，所述驱动轴靠近所述第二驱动轮的一端设有与所述第二行星齿轮啮合的第二驱动齿，所述第二齿圈位于所述驱动齿轮和所述第二驱动轮之间并与所述第二驱动轮同轴设置，所述第二行星齿轮还与所述第二齿圈啮合。

进一步的，所述差速控制组件包括第二电机、第二电机齿轮以及设在所述第二齿圈周侧的外齿圈，所述第二电机齿轮与所述外齿圈啮合，所述第二电机与所述第二电机齿轮驱动连接，所述第二电机用于驱动所述外齿圈转动，进而控制所述外齿圈内的所述第二齿圈转动速度。

进一步的，所述扑翼组件包括曲柄机构和扑翼部件，两个所述曲柄机构分别设在所述第一驱动轮或所述第二驱动轮的第二面上，所述曲柄机构包括转动件和连接杆，所述转动件的一端分别与所述第一驱动轮或所述第二驱动轮偏心连接，所述转动件的另一端分别与所述连接杆活动连接，所述连接杆与所述扑翼部件活动连接。

进一步的，所述变相位双扑翼机构还包括扑翼架，所述扑翼架靠近所述第一驱动轮与所述第二驱动轮的两侧分别设有一竖直设置的空槽，两个所述扑翼部件上设有连接槽，两个所述连接杆穿过所述空槽后与所述连接槽活动连接，在所述第一驱动轮或所述第二驱动轮带动所述转动件偏心转动时，所述连接杆可沿所述空槽的长度方向移动以带动两个所述扑翼部件扑动。

进一步的，所述扑翼组件、所述第一转动组件、所述第二转动组件、所述驱动组件和所述差速控制组件均设在所述扑翼架上。

本发明另一方面提供了一种微型飞行器，包括如上述所述的变相位双扑翼机构。

本发明提供的变相位双扑翼机构及微型飞行器，通过差速控制组件控制第二转动组件的轴向转动速度，调整由驱动组件驱动的处于轴向转动状态下的第二转动组件的轴向转动速度，以调整在由驱动组件带动下同时轴向转动的第二转动组件和第一转动组件之间的相对转动差速，以改变与第一转动组件和第二转动组件分别连接的两个扑翼组件的扑动相位差。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为微型飞行器变相位双扑翼机构的整体结构图；

图2为微型飞行器变相位双扑翼机构的整体结构图；

图3为微型飞行器变相位双扑翼机构无扑翼的结构图；

图4为微型飞行器变相位双扑翼机构的结构爆炸图；

图5为微型飞行器变相位双扑翼机构的结构爆炸图；

图6为微型飞行器变相位双扑翼机构的结构爆炸侧视图。

图中：

1-扑翼组件，101-曲柄机构，1011-转动件，1012-连接杆，102-扑翼部件，1021-连接槽；

2-第一转动组件，201-第一行星齿轮组，202-第一驱动轮，2021-第一固定轴，203-第一齿圈；

3-第二转动组件，301-第二行星齿轮组，302-第二驱动轮，3021-第二固定轴，303-第二齿圈；

4-驱动组件，401-第一电机，402-驱动轴，403-第一电机齿轮，404-驱动齿轮；

5-差速控制组件，501-第二电机，502-第二电机齿轮，503-外齿圈；

6-扑翼架，601-空槽。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了一种变相位双扑翼机构，参见图1，包括两个扑翼组件1；第一转动组件2的第一端与一扑翼组件1连接；第二转动组件3与第一转动组件2同轴设置，且第一端与另一扑翼组件1连接；驱动组件4与第一转动组件2的第二端和第二转动组件3的第二端分别驱动连接，用于带动第一转动组件2和第二转动组件3同时轴向转动；差速控制组件5与第二转动组件3连接，用于控制第二转动组件3的轴向转动速度，以调整第二转动组件3与第一转动组件2之间的相对转动差速。

本发明提供的变相位双扑翼机构，通过差速控制组件5控制第二转动组件3的轴向转动速度，调整由驱动组件4驱动的处于轴向转动状态下的第二转动组件3的轴向转动速度，以调整在由驱动组件4带动下同时轴向转动的第二转动组件3和第一转动组件2之间的相对转动差速，以改变与第一转动组件2和第二转动组件3分别连接的两个扑翼组件1的扑动相位差。

进一步的，参见图5和6，驱动组件4包括第一电机401、传动组件和驱动轴402，第一电机401通过传动组件与驱动轴402驱动连接，驱动轴402与第一转动组件2同轴设置，且驱动轴402还分别与第一转动组件2的第二端和第二转动组件3的第二端驱动连接。在本实施方式中，驱动轴402与第一转动组件2和第二转动组件3皆为同轴设置，使得整体传动结构更加稳定，由第一电机401通过传动组件驱动驱动轴402转动后再带动第一转动组件2与第二转动组件3转动，仅通过一根驱动轴402就实现两个转动组件同步转动，使得整体传动结构更加紧凑，占用空间更小。

具体地，在上述实施例中，传动组件包括第一电机齿轮403和驱动齿轮404，驱动轴402设在驱动齿轮404的中心位置，第一电机齿轮403与驱动齿轮404啮合，第一电机401与第一电机齿轮403驱动连接。在本实施方式中，第一电机401驱动第一电机齿轮403转动后再由与第一电机齿轮403啮合的驱动齿轮404带动位于自身中心的驱动轴402转动，通过第一电机齿轮403与驱动齿轮404啮合的传动结构具有较高的传动效率和机构稳定性的同时，还能够使传动组件的承载能力高且具有较高的平稳性。

具体地，在上述实施例中，参见图6，第一转动组件2包括第一行星齿轮201、第一驱动轮202和第一齿圈203，第一行星齿轮201轴向可转动设在第一驱动轮202的第一面上，驱动轴402靠近第一驱动轮202的一端设有与第一行星齿轮201啮合的第一驱动齿，第一齿圈203位于驱动齿轮404和第一驱动轮202之间并与第一驱动轮202同轴设置，第一行星齿轮201还与第一齿圈203啮合。在本实施方式中，第一驱动轮202的第一面上设有与第一行星齿轮201中齿轮数目相同的第一固定轴2021，第一行星齿轮组201上的齿轮与第一固定轴2021同轴连接且二者之间为间隙配合，使得第一行星齿轮201在第一齿圈203上围绕驱动轴402转动时自身轴向可转动，同时，第一转动组件2采用行星齿轮传动结构可以获得较高的传动效率，整体结构紧凑体积小且传动平衡，在微型飞行器飞行的过程中具备较强的抗冲击振动能力。

进一步的，参见图4，第二转动组件3包括第二行星齿轮301、第二驱动轮302和第二齿圈303，第二行星齿轮301轴向可转动设在第二驱动轮302的第一面上，驱动轴402靠近第二驱动轮302的一端设有与第二行星齿轮301啮合的第二驱动齿，第二齿圈303位于驱动齿轮404和第二驱动轮302之间并与第二驱动轮302同轴设置，第二行星齿轮301还与第二齿圈303啮合。在本实施方式中，第二驱动轮302的第一面上设有与第二行星齿轮301中齿轮数目相同的第二固定轴3021，第二行星齿轮301上的齿轮与第二固定轴3021同轴连接且二者之间为间隙配合，使得第二行星齿轮301在第二齿圈303围绕驱动轴402转动的到时候自身轴向可转动，同时，第二转动组件3采用与第一转动组件2相同的行星齿轮传动结构，在由驱动轴402驱动的情况下使得第二驱动轮302与第一驱动轮202能够同步轴向转动，两组传动组件同轴设置且对称使得整体传动结构稳定。

具体地，在上述实施例中，参见图5和6，差速控制组件5包括第二电机501、第二电机齿轮502以及设在第二齿圈303周侧的外齿圈503，第二电机齿轮502与外齿圈503啮合，第二电机501与第二电机齿轮502驱动连接，第二电机501用于驱动外齿圈503转动，进而控制外齿圈503内的第二齿圈303转动速度。在本实施方式中，当变相位双扑翼机构不改变相位差时，通过差速控住组件5使第二齿圈303与第一齿圈203保持相对静止，使第一行星齿轮201与第二行星齿轮301在驱动轴402的驱动下分别带动第一行星齿轮201与第二行星齿轮301以相同的旋转速度同步轴向旋转，以实现第一驱动轮102的第二驱动轮之间的转速相同，例如，在第一齿圈203固定设在驱动齿轮404和第一驱动轮202之间时，通过使第二齿轮502与外齿圈503啮合，并不启动第二电机501带动第二电机齿轮502转动，即可使第二齿圈303与第一齿圈203保持相对静止，此时，第一行星齿轮201与第二行星齿轮301在驱动轴402的驱动下以相同的旋转速度同步轴向旋转。当变相位双扑翼机构需要改变相位差时，通过控制第二电机501驱动第二电机齿轮502转动，使得与第二电机齿轮502啮合的外齿圈503带动第二齿圈303与第一齿圈203保持相对运动，导致与第二齿圈303啮合的第二行星齿轮301转速发生改变，以实现第一驱动轮102和第二驱动轮202之间的转速差，例如，在第一齿圈203固定设在驱动齿轮404和第一驱动齿轮202之间时，通过使第二电机齿轮502与外圈齿503啮合，并启动第二电机501带动第二电机齿轮502转动，即可使第二齿圈303与第一齿圈203保持相对运动，此时，第一行星齿轮201与第二行星齿轮301在驱动轴402的同时驱动下，第一行星齿轮201与第二行星齿轮301可以不同的旋转速度同步轴向旋转。

具体地，在上述实施例中，扑翼组件1包括曲柄机构101和扑翼部件102，两个曲柄机构101分别设在第一驱动轮202或第二驱动轮302的第二面上，曲柄机构101包括转动件1011和连接杆1012，转动件1011的一端分别与第一驱动轮202或第二驱动轮302偏心连接，转动件1011的另一端分别与连接杆1012活动连接，连接杆1012与扑翼部件102活动连接。在本实施方式中，扑翼部件102通过曲柄机构101与第一驱动轮202或第二驱动轮302连接，利用曲柄机构101中的转动件1011将第一驱动轮202或第二驱动轮302的轴向转动转化为连接杆1012的移动，进而带动扑翼部件102的扑动，采用曲柄机构101使得整体传动结构简单高效。

进一步的，参见图2和3，变相位双扑翼机构还包括扑翼架6，扑翼架6靠近第一驱动轮202与第二驱动轮302的两侧分别设有一竖直设置的空槽601，两个扑翼部件102上设有连接槽1021，两个连接杆1012穿过空槽601后与连接槽1021活动连接，在第一驱动轮202或第二驱动轮302带动转动件1011偏心转动时，连接杆1012可沿空槽601的长度方向移动以带动两个扑翼部件102扑动。在本实施方式中，扑翼部件102与扑翼架6转动连接，扑翼架6上设置的空槽601使得曲柄机构101带动连接杆1012在一定范围内做竖直方向的移动，进而使得扑翼部件102可在一定范围内进行扑动使得扑动过程更加稳定可控。

进一步的，参见图1，扑翼组件1、第一转动组件2、第二转动组件3、驱动组件4和差速控制组件5均设在扑翼架6上。在本实施方式中，将整体结构都设在扑翼架6上使得结构更加稳定，方便变相位双扑翼机构整体固定在微型飞行器上，其中，第一齿圈203也设在扑翼架6上。

本发明提供的一种微型飞行器，包括如上述的变相位双扑翼机构。

本发明提供的微型飞行器通过变相位双扑翼机构中的差速控制组件改变两个扑翼组件的扑动相位差，且微型飞行器的结构紧凑，能够平稳运行，丰富了双扑翼微型飞行器的应用场景。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种变相位双扑翼机构，其特征在于，包括:

两个扑翼组件(1)；

第一转动组件(2)，第一端与一所述扑翼组件(1)连接；

第二转动组件(3)，与所述第一转动组件(2)同轴设置，且第一端与另一所述扑翼组件(1)连接；

驱动组件(4)，与所述第一转动组件(2)的第二端和所述第二转动组件(3)的第二端分别驱动连接，用于带动所述第一转动组件(2)和所述第二转动组件(3)同时轴向转动；

差速控制组件(5)，与所述第二转动组件(3)连接，用于控制所述第二转动组件(3)的轴向转动速度，以调整所述第二转动组件(3)与所述第一转动组件(2)之间的相对转动差速。

2.根据权利要求1所述的变相位双扑翼机构，其特征在于，所述驱动组件(4)包括第一电机(401)、传动组件和驱动轴(402)，所述第一电机(401)通过所述传动组件与所述驱动轴(402)驱动连接，所述驱动轴(402)与所述第一转动组件(2)同轴设置，且所述驱动轴(402)还分别与所述第一转动组件(2)的第二端和所述第二转动组件(3)的第二端驱动连接。

3.根据权利要求2所述的变相位双扑翼机构，其特征在于，所述传动组件包括第一电机齿轮(403)和驱动齿轮(404)，所述驱动轴(402)设在所述驱动齿轮(404)的中心位置，所述第一电机齿轮(403)与所述驱动齿轮(404)啮合，所述第一电机(401)与所述第一电机齿轮(403)驱动连接。

4.根据权利要求2所述的变相位双扑翼机构，其特征在于，所述第一转动组件(2)包括第一行星齿轮(201)、第一驱动轮(202)和第一齿圈(203)，所述第一行星齿轮(201)轴向可转动设在所述第一驱动轮(202)的第一面上，所述驱动轴(402)靠近所述第一驱动轮(202)的一端设有与所述第一行星齿轮(201)啮合的第一驱动齿，所述第一齿圈(203)位于所述驱动齿轮(404)和所述第一驱动轮(202)之间并与所述第一驱动轮(202)同轴设置，所述第一行星齿轮(201)还与所述第一齿圈(203)啮合。

5.根据权利要求4所述的变相位双扑翼机构，其特征在于，所述第二转动组件(3)包括第二行星齿轮(301)、第二驱动轮(302)和第二齿圈(303)，所述第二行星齿轮(301)轴向可转动设在所述第二驱动轮(302)的第一面上，所述驱动轴(402)靠近所述第二驱动轮(302)的一端设有与所述第二行星齿轮(301)啮合的第二驱动齿，所述第二齿圈(303)位于所述驱动齿轮(404)和所述第二驱动轮(302)之间并与所述第二驱动轮(302)同轴设置，所述第二行星齿轮(301)还与所述第二齿圈(303)啮合。

6.根据权利要求5所述的变相位双扑翼机构，其特征在于，所述差速控制组件(5)包括第二电机(501)、第二电机齿轮(502)以及设在所述第二齿圈(303)周侧的外齿圈(503)，所述第二电机齿轮(502)与所述外齿圈(503)啮合，所述第二电机(501)与所述第二电机齿轮(502)驱动连接，所述第二电机(501)用于驱动所述外齿圈(503)转动，进而控制所述外齿圈(503)内的所述第二齿圈(303)转动速度。

7.根据权利要求5所述的变相位双扑翼机构，其特征在于，所述扑翼组件(1)包括曲柄机构(101)和扑翼部件(102)，两个所述曲柄机构(101)分别设在所述第一驱动轮(202)或所述第二驱动轮(302)的第二面上，所述曲柄机构(101)包括转动件(1011)和连接杆(1012)，所述转动件(1011)的一端分别与所述第一驱动轮(202)或所述第二驱动轮(302)偏心连接，所述转动件(1011)的另一端分别与所述连接杆(1012)活动连接，所述连接杆(1012)与所述扑翼部件(102)活动连接。

8.根据权利要求7所述的变相位双扑翼机构，其特征在于，所述变相位双扑翼机构还包括扑翼架(6)，所述扑翼架(6)靠近所述第一驱动轮(202)与所述第二驱动轮(302)的两侧分别设有一竖直设置的空槽(601)，两个所述扑翼部件(102)上设有连接槽(1021)，两个所述连接杆(1012)穿过所述空槽(601)后与所述连接槽(1021)活动连接，在所述第一驱动轮(202)或所述第二驱动轮(302)带动所述转动件(1011)偏心转动时，所述连接杆(1012)可沿所述空槽(601)的长度方向移动以带动两个所述扑翼部件(102)扑动。

9.根据权利要求8所述的变相位双扑翼机构，其特征在于，所述扑翼组件(1)、所述第一转动组件(2)、所述第二转动组件(3)、所述驱动组件(4)和所述差速控制组件(5)均设在所述扑翼架(6)上。

10.微型飞行器，其特征在于，包括：如权利要求1至9任一项所述的变相位双扑翼机构。

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