CN113443139A - 推控一体扑翼机构 - Google Patents

Abstract

本公开提供了推控一体扑翼机构，包括：机体、曲柄、滑块一、弧形滑槽杆、长连杆、滑块二、和直线滑槽杆；所述弧形滑槽杆的中部与所述机体铰接，所述弧形滑槽杆的一端铰接至所述直线滑槽杆；所述滑块一沿弧形轨迹滑动设于所述弧形滑槽杆的另一端；所述滑块二沿所述直线滑槽杆的延伸方向滑动设于所述直线滑槽杆；所述长连杆的两端分别铰接至所述滑块一和所述滑块二；所述曲柄的一端铰接至所述滑块一，另一端连接有驱动其转动的驱动部件；所述直线滑槽杆具有用于安装外段机翼的连接杆。

Description

推控一体扑翼机构

技术领域

本公开涉及扑翼飞行器技术领域，尤其涉及一种推控一体扑翼机构。

背景技术

人造扑翼飞行器在军用、民用方面有十分广阔的应用前景，扑翼飞行器实现实用化需要解决两大难题：更长的续航时间和更高效的控制，续航时间的提升一方面需要提升扑翼飞行的气动效率，降低飞行的功率需求；另一方面需要提升扑翼的载重能力，增加电池容量。

使用尾翼进行平飞配平的扑翼飞行器会通过尾翼实现升降和转弯的控制，现有技术中，升降控制方式是通过在尾翼安装升降舵来实现；对于相对困难的转弯控制，通常采用以下两种技术方案：其一是采用类似固定翼的尾翼布局，包括T型尾、倒T型尾、V型尾、倒V型尾等技术方案，通过方向舵或者升降舵和方向舵混控的方式实现转弯；其二是采用无垂尾方案的两自由度水平尾翼或类似副翼的舵面差动方案，此类方案的不足是转弯半径大，控制效果不佳。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种推控一体扑翼机构。

根据本公开的一个方面，推控一体扑翼机构，包括：机体、曲柄、滑块一、弧形滑槽杆、长连杆、滑块二、和直线滑槽杆；

所述直线滑槽杆包括依次连接的直线段和连接段；

所述弧形滑槽杆的中部与所述机体铰接，所述弧形滑槽杆的一端铰接至所述连接段；

所述弧形滑槽杆的另一端具有弧形段，所述滑块一沿弧形轨迹滑动设于所述弧形段；

所述滑块二滑动设于所述滑动段；

所述长连杆的两端分别铰接至所述滑块一和所述滑块二；

所述曲柄的一端铰接至所述滑块一，另一端连接有驱动其转动的驱动部件；

所述滑动段或所述滑块二远离所述长连杆的一侧还设置用于安装外段机翼的连接杆。

根据本公开的至少一个实施方式，还包括：幅值控制舵机、舵机摇臂、柔性拉索a、和柔性拉索b；

所述舵机摇臂的两端分别与柔性拉索a的一端和柔性拉索b的一端连接，所述舵机摇臂的中部连接至所述幅值控制舵机的输出轴；

所述柔性拉索a的另一端和所述柔性拉索b的另一端均连接至所述直线滑槽杆，且所述滑块二与所述长连杆的铰接点位于所述柔性拉索a和所述柔性拉索b之间。

根据本公开的至少一个实施方式，还包括：柔性拉索通道a和柔性拉索通道b；所述柔性拉索通道a套在所述柔性拉索a外；所述柔性拉索通道b套在所述柔性拉索b外。

根据本公开的至少一个实施方式，还包括：止回组件和滑翔限位块；

所述滑翔限位块连接至所述曲柄，且所述滑翔限位块相对所述曲柄的旋转中心偏心设置；

所述止回组件连接至所述机体；所述止回组件对应所述滑翔限位块设置，当所述滑翔限位块正转时，所述止回组件不阻止滑翔限位块的旋转；当所述滑翔限位块反转时，止回组件与所述滑翔限位块相抵，用于阻止所述滑翔限位块继续旋转。

根据本公开的至少一个实施方式，所述止回组件包括：滑翔限位弹簧、滑翔限位杆、和滑翔限位杆限制块；

所述滑翔限位杆的一端铰接至所述机体，所述滑翔限位杆的另一端延伸至所述滑翔限位块；

所述滑翔限位杆限制块固定至所述机体，所述滑翔限位杆限制块开设有限制所述滑翔限位杆转动角度的限位槽；

所述滑翔限位弹簧两端分别连接至所述机体和所述滑翔限位杆。

根据本公开的至少一个实施方式，所述弧形滑槽杆的弧形段开设有弧形的第一滑槽；所述滑块一滑动设于所述第一滑槽内。

根据本公开的至少一个实施方式，所述直线滑槽杆的滑动段开设有第二滑槽；所述第二滑槽沿所述直线滑槽杆的延伸方向开设；所述滑块二滑动设于所述第二滑槽内。

根据本公开的至少一个实施方式，所述滑块一滑动套设于所述弧形滑槽杆的弧形段上。

根据本公开的至少一个实施方式，所述滑块二滑动套设于所述直线滑槽杆的滑动段上。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

1.本公开通过复合曲柄滑槽机构和曲柄摇杆机构实现了仿生程度更高的扑打运动，提升了气动效率，实现了大推重比设计；并且采用机翼外段扑打幅值的调制，同时减小或增大两侧机翼的推力和升力，提高了该扑翼适应不同飞行模式的能力；

2.本公开通过机翼外段扑打幅值的调制，直接改变两侧机翼的推力和升力差，是一种直接力控制，从而实现该扑翼的高效转弯控制。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是根据本公开的扑翼飞行器半侧机翼的示意图。

图2是图1所示的扑翼飞行器内段扑打示意图。

图3是图1所示的扑翼飞行器外段扑打示意图。

图4是图1所示的扑翼飞行器转弯控制示意图。

附图标记：1-驱动电机；2-齿轮传动机构；3-曲柄；4-滑块一；5-弧形滑槽杆；6-直线滑槽杆；7-幅值控制舵机；8-舵机摇臂；9-柔性拉索a；10-柔性拉索b；11-柔性拉索通道a；12-柔性拉索通道b；13-长连杆；14-滑块二；15-机体；16-滑块一运动轨迹；17-滑块二运动轨迹；18-曲柄转动中心；19-直线滑槽杆与弧形滑槽杆的铰接点；20-弧形滑槽杆转动中心；21-滑块二与长连杆的铰接点；22-滑翔限位弹簧；23-滑翔限位杆；24-滑翔限位杆限制块；25-滑翔限位块。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。

如图1至3所示，根据本公开的第一实施方式，提供了一种推控一体扑翼机构，包括：机体15、曲柄3、滑块一4、弧形滑槽杆5、长连杆13、滑块二14、和直线滑槽杆6；直线滑槽杆6包括依次连接的直线段和连接段；弧形滑槽杆5的中部与机体15铰接，弧形滑槽杆5的一端铰接至连接段；弧形滑槽杆5的另一端具有弧形段，滑块一4沿弧形轨迹滑动设于弧形段；滑块二14滑动设于滑动段；长连杆13的两端分别铰接至滑块一4和滑块二14；曲柄3的一端铰接至滑块一4，另一端连接有驱动其转动的驱动部件；滑动段或滑块二14远离长连杆13的一侧还设置用于安装外段机翼的连接杆。

使用时，外段机翼安装在直线滑槽杆6的连接杆上，即外段机翼的运动轨迹由直线滑槽杆6的运动轨迹确定。

在一个实施方式中，滑块一4可套在弧形滑槽杆5的弧形段上，从而使滑块一4可沿弧形轨迹滑动；在另一个实施方式中，弧形滑槽杆5的弧形段开设有弧形的第一滑槽；滑块一4滑动设于第一滑槽内，即在弧形的第一滑槽导向下，滑块一4沿弧形轨迹滑动，图1所示的弧形点划线即滑块一4相对于弧形滑槽杆的运动轨迹。

在一个实施方式中，滑块二14可套在直线段上，实现滑块二14直线滑动；在另一个实施方式中，直线段开设有第二滑槽；第二滑槽沿直线滑槽杆6的延伸方向开设；滑块二14滑动设于第二滑槽内，即在第二滑槽的直线导向下，滑块二14沿直线滑动，图1所示的直线点划线即滑块二14相对于直线滑槽杆的运动轨迹。

驱动部件可采用电机等现有技术实现，在本实施方式中，驱动部件包括驱动电机1和齿轮传动机构2；齿轮传动机构2包括第一级齿轮、第二级齿轮、和第三级齿轮；驱动电机1固定至机体15，驱动电机1的输出轴与第一级齿轮固联，第二级齿轮与第一级齿轮啮合，第三级齿轮与第二级齿轮啮合，第一级齿轮、第二级齿轮、和第三级齿轮均转动连接至机体15；曲柄3固联至第三级齿轮。

驱动电机1通过齿轮传动机构2将驱动力传递到曲柄3，曲柄3转动带动滑块一4在弧形滑槽杆5的第一滑槽中滑动，驱动弧形滑槽杆5产生扑打运动；在运动的每一时刻，弧形滑槽杆5与直线滑槽杆6的铰接点和曲柄3的转动中心连线为固定边，滑块二与长连杆的铰接点21和直线滑槽杆与弧形滑槽杆的铰接点19连线为虚拟摇杆，固定边、虚拟摇杆、曲柄3、和长连杆13组成曲柄3摇杆机构，曲柄3转动时带动直线滑槽杆6产生机翼外段的扑打运动。

在一个实施方式中，本公开的推控一体扑翼机构还包括：幅值控制舵机7、舵机摇臂8、柔性拉索a9、和柔性拉索b10；舵机摇臂8的两端分别与柔性拉索a9的一端和柔性拉索b10的一端连接，舵机摇臂8的中部连接至幅值控制舵机7的输出轴；柔性拉索a9的另一端和柔性拉索b10的另一端均连接至直线滑槽杆6，且滑块二与长连杆的铰接点21位于柔性拉索a9和柔性拉索b10之间。幅值控制舵机7驱动舵机摇臂8摆动，从而通过柔性拉索a9、和柔性拉索b10拉动滑块二14在直线滑槽杆的第二滑槽内运动，改变了瞬时曲柄摇杆机构中虚拟摇杆的长度，从而调节机翼的扑打幅值，进而改变机翼的推力和升力差，进而实现高效转弯控制，并提高本公开的推控一体扑翼机构适应不同飞行模式的能力。

在一个实施方式中，本公开的推控一体扑翼机构还包括：柔性拉索通道a11和柔性拉索通道b12；柔性拉索通道a11套在柔性拉索a9外；柔性拉索通道b12套在柔性拉索b10外。

在一个实施方式中，本公开的推控一体扑翼机构还包括：止回组件和滑翔限位块25；滑翔限位块25连接至曲柄3，且滑翔限位块25相对曲柄3的旋转中心偏心设置；止回组件连接至机体15；止回组件对应滑翔限位块25设置，当滑翔限位块25正转时，止回组件不阻止滑翔限位块25的旋转；当滑翔限位块25反转时，止回组件与滑翔限位块25相抵，用于阻止滑翔限位块25继续旋转。

在一个实施方式中，止回组件包括：滑翔限位弹簧22、滑翔限位杆23、和滑翔限位杆限制块24；滑翔限位杆23的一端铰接至机体15，滑翔限位杆23的另一端延伸至滑翔限位块25；滑翔限位杆限制块24固定至机体15，滑翔限位杆限制块24开设有限制滑翔限位杆23转动角度的限位槽；滑翔限位弹簧22两端分别连接至机体15和滑翔限位杆23。

图1仅示出了扑翼飞行器一侧的扑打机构，需要说明的是，扑翼飞行器两侧均设有扑打机构，且扑翼飞行器两侧的扑打机构镜像对称设置。

现对本公开扑翼飞行器的扑打运动、转弯控制、飞行模式转换和滑翔锁定操作的具体过程做出说明：

1.扑打运动，包括内段扑打和外段扑打；

内段扑打：如图2所示，驱动电机1旋转，通过齿轮传动机构2减速并传递驱动力到第三级齿轮，带动与第三级齿轮固连的曲柄3连续转动，曲柄3带动滑块一4在弧形滑槽杆5的第一滑槽中往返运动，从而带动弧形滑槽杆5绕着弧形滑槽杆5转动中心往返运动，实现机翼内段的扑打运动；

外段扑打：如图3所示，在驱动电机1转动的每一个瞬时，弧形滑槽杆5与直线滑槽杆6的铰接点和曲柄3的转动中心连线为固定边，滑块二与长连杆的铰接点21和直线滑槽杆与弧形滑槽杆的铰接点19连线为虚拟摇杆，曲柄3转动通过长连杆13驱动直线滑槽杆6实现扑打，动态来看机翼外段的扑打就是一个固定边的长度和位置随时间周期变化的曲柄3摇杆机构中摇杆的运动。

2.转弯控制：如图4所示，本公开的扑翼飞行器的转弯控制是基于两侧机翼外段扑打幅值差动实现：幅值控制舵机7转动，通过柔性拉索a9拉动滑块二14向上转动或通过柔性拉索b10拉动滑块二14向下转动，虚拟摇杆的长度增长或缩短，外段机翼扑打幅值减小或增大，本侧机翼推力和升力减小或增大，通过两侧机翼的推力升力差动，实现该扑翼飞行器转弯控制。

3.飞行模式转换：本公开适应不同飞行模式是基于两侧机翼外段扑打幅值同向操纵实现：幅值控制舵机7转动，通过柔性拉索a9拉动滑块二14向上转动或通过柔性拉索b10拉动滑块二14向下转动，虚拟摇杆的长度增长或缩短，外段机翼扑打幅值减小或增大，本侧机翼推力和升力减小或增大，同时减小扑打幅值来降低扑打的功率需求进入高效巡航或盘旋模式，增加扑打幅值来增加推力升力输出进入高机动模式。

4.滑翔锁定：本公开滑翔锁定利用滑翔锁定装置实现：正常扑打时，驱动电机1顺时针转动，带动第三级齿轮顺时针转动，固连于第三级齿轮的滑翔限位块25绕曲柄3转动中心顺时针转动，每次通过滑翔限位杆23时顶开滑翔限位杆23正常转动，驱动电机1收到滑翔锁定指令时，驱动电机1逆时针转动，带动第三级齿轮逆时针转动，固连于第三级齿轮的滑翔限位块25绕曲柄3转动中心逆时针转动，滑翔限位块25锁定在滑翔限位杆23处，驱动电机1停止转动，整个机翼停止在滑翔位置。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

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至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (9)

1.推控一体扑翼机构，其特征在于，包括：机体(15)、曲柄(3)、滑块一(4)、弧形滑槽杆(5)、长连杆(13)、滑块二(14)、和直线滑槽杆(6)；

所述直线滑槽杆(6)包括依次连接的直线段和连接段；

所述弧形滑槽杆(5)的中部与所述机体(15)铰接，所述弧形滑槽杆(5)的一端铰接至所述连接段；

所述弧形滑槽杆(5)的另一端具有弧形段，所述滑块一(4)沿弧形轨迹滑动设于所述弧形段；

所述滑块二(14)滑动设于所述滑动段；

所述长连杆(13)的两端分别铰接至所述滑块一(4)和所述滑块二(14)；

所述曲柄(3)的一端铰接至所述滑块一(4)，另一端连接有驱动其转动的驱动部件；

所述滑动段或所述滑块二(14)远离所述长连杆(13)的一侧还设置用于安装外段机翼的连接杆。

2.如权利要求1所述的推控一体扑翼机构，其特征在于，还包括：幅值控制舵机(7)、舵机摇臂(8)、柔性拉索a(9)、和柔性拉索b(10)；

所述舵机摇臂(8)的两端分别与柔性拉索a(9)的一端和柔性拉索b(10)的一端连接，所述舵机摇臂(8)的中部连接至所述幅值控制舵机(7)的输出轴；

所述柔性拉索a(9)的另一端和所述柔性拉索b(10)的另一端均连接至所述直线滑槽杆(6)，且所述滑块二(14)与所述长连杆(13)的铰接点位于所述柔性拉索a(9)和所述柔性拉索b(10)之间。

3.如权利要求2所述的推控一体扑翼机构，其特征在于，还包括：柔性拉索通道a(11)和柔性拉索通道b(12)；所述柔性拉索通道a(11)套在所述柔性拉索a(9)外；所述柔性拉索通道b(12)套在所述柔性拉索b(10)外。

4.如权利要求2或3所述的推控一体扑翼机构，其特征在于，还包括：止回组件和滑翔限位块(25)；

所述滑翔限位块(25)连接至所述曲柄(3)，且所述滑翔限位块(25)相对所述曲柄(3)的旋转中心偏心设置；

所述止回组件连接至所述机体(15)；所述止回组件对应所述滑翔限位块(25)设置，当所述滑翔限位块(25)正转时，所述止回组件不阻止滑翔限位块(25)的旋转；当所述滑翔限位块(25)反转时，止回组件与所述滑翔限位块(25)相抵，用于阻止所述滑翔限位块(25)继续旋转。

5.如权利要求4所述的推控一体扑翼机构，其特征在于，所述止回组件包括：滑翔限位弹簧(22)、滑翔限位杆(23)、和滑翔限位杆限制块(24)；

所述滑翔限位杆(23)的一端铰接至所述机体(15)，所述滑翔限位杆(23)的另一端延伸至所述滑翔限位块(25)；

所述滑翔限位杆限制块(24)固定至所述机体(15)，所述滑翔限位杆限制块(24)开设有限制所述滑翔限位杆(23)转动角度的限位槽；

所述滑翔限位弹簧(22)两端分别连接至所述机体(15)和所述滑翔限位杆(23)。

6.如权利要求1-3任一项所述的推控一体扑翼机构，其特征在于，所述弧形滑槽杆(5)的弧形段开设有弧形的第一滑槽；所述滑块一(4)滑动设于所述第一滑槽内。

7.如权利要求1-3任一项所述的推控一体扑翼机构，其特征在于，所述直线滑槽杆(6)的滑动段开设有第二滑槽；所述第二滑槽沿所述直线滑槽杆(6)的延伸方向开设；所述滑块二(14)滑动设于所述第二滑槽内。

8.如权利要求1-3任一项所述的推控一体扑翼机构，其特征在于，所述滑块一(4)滑动套设于所述弧形滑槽杆(5)的弧形段上。

9.如权利要求1-3任一项所述的推控一体扑翼机构，其特征在于，所述滑块二(14)滑动套设于所述直线滑槽杆(6)的滑动段上。

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