CN113492974A - 一种可展向变形的仿鸟扑翼飞行器及驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可展向变形的仿鸟扑翼飞行器及驱动方法，属于飞行器设计领域。其中飞行器包括机身骨架部分、动力机构部分、左右两侧机翼部分以及尾翼部分。左右两侧机翼部分的运动不存在相位差；参考鸟类翅膀的运动，将单侧机翼分为内翼、外翼两部分，通过电机带动齿轮驱动的扑翼连杆机构，可以实现左右两侧机翼部分的被动展向变形，即内翼与外翼的运动存在相位差，从而增加机翼一个运动周期内的升力。另外，合理地调节扑翼连杆机构的各杆件的杆长，增大极位夹角，进一步提高了扑翼运动产生的升力。

Description

一种可展向变形的仿鸟扑翼飞行器及驱动方法

技术领域

本发明属于飞行器技术领域，更具体地，涉及一种可以展向变形的仿鸟扑翼飞行器及驱动方法。

背景技术

微型飞行器被广泛应用于军事侦查，地质勘探、抢险救灾等领域，但是传统的固定翼、旋翼式飞行器，在微型的尺度下，会暴露出许多问题，像气动效率低、噪声大、隐蔽性差等。扑翼飞行器作为一种新型的仿生飞行器，它通过模仿鸟类、昆虫或蝙蝠的飞行方式来进行飞行，具有气动效率高，隐蔽性好、能耗低等独特优势，在上述领域内具有广阔的应用前景。

在仿鸟扑翼飞行器的领域，由于尺度、能量密度的限制，一般采用曲柄摇杆机构作为扑翼连杆机构来驱动扑翼运动，这种驱动方式具有结构简单、能量利用率高的特点。但是，在现有的扑翼连杆机构设计中，通常会出现扑翼运动不对称的问题，运动不对称会导致扑翼飞行器飞行过程中不稳定；再者，扑翼运动过程分为向上扑动与向下拍动两个部分，其中，根据空气动力学原理，向上扑动的过程中，产生的升力很小，甚至可能是负值，这就造成了仿鸟扑翼飞行器飞行时升力不够的问题。

鸟类在飞行时，其翅膀的运动方式主要有以下三种：拍打、折叠和扭转。从空气动力学的角度看，纯拍打运动产生的升力很小，飞行器所携带的载荷有限；如果加上扭转运动，升力虽然会提高，但是这种仿鸟扑翼飞行器的结构会变得很复杂，制作、组装、稳定性都会存在很大问题。如果是拍打+折叠运动的组合，那么机翼在向上扑动的过程中，机翼的迎风面积会减小，产生的负升力减少；机翼在上拍过程中，其迎风面积会增大，产生的正升力会增加；因此，在机翼的一个运动周期内产生的净升力会大大提高。另外，如果能够加快上扑行程，延长下拍行程，那么机翼产生的升力会得到进一步提高。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供了一种可展向变形的仿鸟扑翼飞行器及驱动方法，解决了当前仿鸟扑翼飞行器运动不对称、升力小的问题。

具体表述为：

通过将左、右两个扑翼大齿轮分开进行开孔，消除左右两侧机翼部分运动时的相位差，改善扑翼飞行器的稳定性。

基于鸟类翅膀的特点，将单侧机翼部分分为两个部分，即内翼和外翼，通过扑翼连杆机构，实现两部分机翼的差动，达到被动展向变形的目的，即上扑过程中减少机翼的投影面积，下拍过程中增加机翼的投影面积，从而增加一个扑动周期内的升力；

合理设计调控扑翼连杆机构中各个部件的杆长，增大极位夹角，从而缩短机翼运动的上扑行程，延长下拍行程，进一步提高一个扑动周期内的升力。

通过电机5带动电机小齿轮4转动，电机小齿轮4与右侧扑翼大齿轮6、右侧扑翼大齿轮6与左侧扑翼大齿轮8啮合传动，带动左右两侧机翼部分运动，可实现一种可展向变形的扑翼飞行器的机翼运动。

通过舵机摆臂的左右转动，可带动尾翼骨架24进行上下摆动，实现一种可展向变形的扑翼飞行器的尾翼运动。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种可展向变形的仿鸟扑翼飞行器，包括机身骨架部分A、动力机构部分B、左右两侧机翼部分C与尾翼部分D；

所述的机身骨架部分A，包括多块支撑板1、多根固定轴2与扑翼中杆3；其中，每根固定轴2穿过两块及以上的支撑板1并进行固定连接，保证各固定轴2的定位与稳定；扑翼中杆3穿过多块支撑板1并进行固定连接，保证每块支撑板2的定位与稳定；

所述的动力机构部分B，安装在机身骨架部分的中间两根固定轴2上，位于前方的支撑板以及与前方的支撑板相邻的支撑板之间；所述的左右两侧机翼部分C，一端与动力机构部分连接；另一端安装在机身骨架部分的上方两根固定轴2上，位于中前方的支撑板以及与前方的支撑板相邻的支撑板之间；所述的尾翼部分D，安装在扑翼中杆3上，位于后方的支撑板1的后方。

所述的动力机构部分B，包括电机小齿轮4、电机5、右侧扑翼大齿轮6、左侧扑翼大齿轮8、若干动力机构小滚动轴承7以及若干动力机构大滚动轴承9；电机小齿轮D型孔2-1与电机D型轴2-2固定连接；右侧扑翼大齿轮6与电机小齿轮4啮合；左侧扑翼大齿轮8与右侧扑翼大齿轮6啮合；至少一个动力机构大滚动轴承9外圈装入左侧扑翼大齿轮大圆孔2-4进行过盈配合；至少一个动力机构大滚动轴承9外圈装入右侧扑翼大齿轮大圆孔2-3进行过盈配合；至少一个动力机构小滚动轴承7的外圈装入左侧扑翼大齿轮小圆孔2-5进行过盈配合；至少一个动力机构小滚动轴承7的外圈装入右侧扑翼大齿轮小圆孔2-6进行过盈配合。

左侧扑翼大齿轮小圆孔2-5与右侧扑翼大齿轮小圆孔2-6相对于各自齿轮的位置是不同的；左侧扑翼大齿轮大圆孔2-4与左侧扑翼大齿轮小圆孔2-5的连线的延长线通过齿厚中心点；而右侧扑翼大齿轮大圆孔2-3与右侧扑翼大齿轮小圆孔2-6的连线的延长线通过齿槽宽的中心点；这样的开孔方式，使得左右两侧机翼部分的扑翼连杆机构的运动保证对称。

所述左右两侧机翼部分C，其简化结构为扑翼连杆机构，左侧的扑翼连杆机构由曲柄3-12、连杆3-11、下内翼梁3-3、上内翼梁3-7以及外翼梁3-6组成；其中，曲柄3-12与机身骨架连接的端点称为下固定端点3-1，上内翼梁3-7与机身骨架连接的端点称为上固定端点3-8；连杆3-11与上内翼梁3-7的铰接点为第一铰接点3-10，连杆3-11与下内翼梁3-3的铰接点为第二铰接点3-9；外翼梁3-6与上内翼梁3-7的铰接点为第三铰接点3-5，外翼梁3-6与下内翼梁3-3的铰接点为第四铰接点3-4；扑翼连杆机构的运动是由上内翼梁3-7和下内翼梁3-3绕上固定端点3-8进行上下摆动；被动展向变形运动是由外翼梁3-6绕第三铰接点3-5、第四铰接点3-4进行摆动；定义曲柄长a，连杆长b，上固定端点3-8与第一铰接点3-10之间的距离为c，上固定端点3-8与下固定端点3-1之间的距离为d；因此，各个杆件的长度具有以下关系式：

式中极位夹角的定义是扑翼连杆机构的曲柄3-12在绕下固定端点3-1沿着轨迹3-2转动一圈的过程中，与连杆3-11有两个共线的位置，曲柄3-12所在这两个位置之间的夹角；扑动角的定义是上内翼梁3-5与水平线之间的夹角；

同时，还要考虑到以下的一些限制，整个扑翼连杆机构的传动角，不能太小，防止扑翼连杆机构的传力性能变差，系统无用功变大；整个扑翼连杆机构在运动过程中不能有死点，确保各部分运动的流畅；根据以上公式，调节扑翼连杆机构中各个杆件的长度，从而得到合理的扑动角与极位夹角。

所述的左右两侧机翼部分C包括结构相同的左侧机翼部分和右侧机翼部分：所述左侧机翼部分包括三角连杆14、内翼上连接件11、内翼下连接件13、上内翼杆18、下内翼杆17、多块内翼肋板21、两个内翼末端连接件10、外翼连接件12、外翼杆19、多块外翼肋板20、若干机翼部分小滚动轴承23、若干机翼部分大滚动轴承22、若干机翼部分圆柱销15以及若干机翼部分环形垫片16其中，内翼上连接件右端圆孔4-3与三角连杆上端圆孔4-12配合连接；内翼下连接件右端圆孔4-10与三角连杆中间圆孔4-13配合连接；上内翼杆18插入内翼上连接件左端方孔4-5内过盈配合；下内翼杆17插入内翼下连接件左端方孔4-11内过盈配合；内翼肋板上端方孔5-1与内翼肋板下端方孔5-2分别穿入上内翼杆18、下内翼杆17，并且内翼肋板上端方孔5-1与上内翼杆18固定连接，保证每块内翼肋板21的定位与稳定。上方的内翼末端连接件方孔4-1与上内翼杆18固定连接，下方的内翼末端连接件方孔4-1与下内翼杆17固定连接；上方的内翼末端连接件10与下方的内翼末端连接件10分别放入外翼连接件短槽4-6内，外翼连接件上端圆孔4-7与上方的内翼末端连接件圆孔4-2进行连接，外翼连接件下端圆孔4-8与下方的内翼末端连接件圆孔4-2进行连接；外翼杆19插入外翼连接件方孔4-9内进行固定连接；多块外翼肋板方孔5-3穿入外翼杆19并固定连接，保证每块外翼肋板20的定位与稳定；上述所有“圆孔与圆孔”之间的连接或装配方式，都应该是首先在每个圆孔内添加机翼部分小滚动轴承23，并且轴承外圈与孔是过盈配合；然后，将一根机翼部分圆柱销15分别插入轴承内圈；最后，由机翼部分环形垫片16分别挡在机翼部分圆柱销15的前后两端。

右侧机翼部分的组成与上述左侧机翼部分相同，并按照反对称的方式进行安装。

所述的尾翼部分D，包括舵机支座24、尾翼连接件25、尾翼骨架26、舵机27、钢丝28、尾翼肋板30、若干尾翼部分小滚动轴承31、若干尾翼部分圆柱销29以及若干尾翼部分环形垫片32；其中，舵机27装入舵机支座凹槽6-2内并进行粘接；尾翼骨架凸台6-9装入尾翼连接件凹槽6-3内，尾翼骨架左端圆孔6-8与尾翼连接件圆孔6-4配合连接；多块尾翼肋板30插入尾翼骨架方孔6-7内进行过盈配合；尾翼骨架下端圆孔6-8通过钢丝28与舵机摇臂圆孔7-1固定连接。应当注意的是，上述所有“圆孔与圆孔”之间的连接或装配方式，都应该是首先在每个圆孔内添加尾翼部分小滚动轴承31，并且轴承外圈与孔是过盈配合；然后，将一根尾翼部分圆柱销29分别插入轴承内圈；最后，由尾翼部分环形垫片32分别挡在尾翼部分圆柱销29的前后两端。

所述的一种可展向变形的仿鸟扑翼飞行器，还包括：左右两侧机翼蒙皮与尾翼蒙皮，左右两侧机翼蒙皮与尾翼蒙皮的材质是PP发泡板。

所述的一种可展向变形的仿鸟扑翼飞行器的驱动方法，给电机5、舵机27通电之后，电机的转轴输出扭矩传递到电机小齿轮4上，使电机小齿轮4整圈转动，通过齿轮啮合作用，带动右侧扑翼大齿轮6、左侧扑翼大齿轮8整圈转动；因为机翼部分的三角连杆14与右侧扑翼大齿轮6、左侧扑翼大齿轮8相连接，内翼上连接件11与机身骨架的上方两根固定轴2相连接；因此，随着齿轮转动，左右两侧机翼部分C绕内翼上连接件中间圆孔4-4中心线做上下摆动，即模仿鸟类翅膀的扑打动作；因为左右两侧机翼部分C分为内翼和外翼两个部分，内翼和外翼两个部分由外翼连接件12进行连接，因此左右两侧机翼部分C的外翼的运动与内翼的运动存在相位差，即内翼向上运动时，外翼绕外翼连接件上端圆孔4-7中心线与外翼连接件下端圆孔4-8中心线朝着内翼折叠，左右两侧机翼部分C的迎风投影面积减少；内翼向下运动时，外翼绕外翼连接件上端圆孔4-7中心线与外翼连接件下端圆孔4-8中心线背向内翼伸展，左右两侧机翼部分C的迎风投影面积增加。舵机27启动时，通过钢丝28对尾翼骨架26产生力矩，使尾翼骨架26绕着尾翼连接件圆孔6-4中心线上下摆动，控制纵向稳定性。

本发明的有益效果：本发明仿鸟扑翼飞行器，由于左侧扑翼大齿轮大圆孔2-4与左侧扑翼大齿轮小圆孔2-5的连线的延长线通过齿厚中心点；而右侧扑翼大齿轮大圆孔2-3与右侧扑翼大齿轮小圆孔2-6的连线的延长线通过齿槽宽的中心点；这样的开孔方式，使得左右两侧机翼部分的运动不存在相位差，消除了不平衡的转向力矩，提高了扑翼飞行的稳定性。左右两侧机翼部分的运动不存在相位差，消除了不平衡的转向力矩，提高了扑翼飞行的稳定性；合理地调控扑翼连杆机构中各杆的长度，使得机构具有合理的拍动角与极位夹角，缩短扑翼运动的上扑行程，延长下拍行程，提高了一个拍动周期内的升力；将扑翼机翼分为内翼和外翼，扑翼连杆机构使得内翼与外翼的运动具有相位差，从而实现机翼的展向变形，进一步提高一个扑动周期内的升力。基于此，该扑翼飞行器可携带更多的载荷，具有实际意义。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1表示为发明实例中可展向变形的仿鸟扑翼飞行器的整体结构示意图。

图2表示为发明实例中可展向变形的仿鸟扑翼飞行器的机身骨架的结构示意图；

图3表示为发明实例中可展向变形的仿鸟扑翼飞行器的动力机构的结构示意图；

图4表示为发明实例中可展向变形的仿鸟扑翼飞行器的左侧扑翼连杆机构的结构示意图；

图5表示为发明实例中可展向变形的仿鸟扑翼飞行器的机翼部分的部分零部件的结构示意图；

图6表示为发明实例中可展向变形的仿鸟扑翼飞行器的左侧机翼部分的结构示意图；

图7表示为发明实例中可展向变形的仿鸟扑翼飞行器的尾翼部分的部分零件的结构示意图；

图8表示为发明实例中可展向变形的仿鸟扑翼飞行器的尾翼部分的结构示意图；

图9表示为发明实例中可展向变形的仿鸟扑翼飞行器的机翼蒙皮的结构示意图；

图10表示为发明实例中可展向变形的仿鸟扑翼飞行器的尾翼蒙皮的结构示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本发明的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“厚度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“中”、“后”、“内”、“外”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，仅是便于描述本发明的简化描述，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。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10所示，一种可展向变形的仿鸟扑翼飞行器，其各个部分之间分别有不同的组装方式，动力机构部分B与机身骨架部分A的组装方式为：电机5装入中间的支撑板方孔1-4进行粘接；右侧扑翼大齿轮大圆孔2-3中的动力机构大滚动轴承9的内圈装入中间右侧的固定轴2，进行定位与过盈配合；右侧扑翼大齿轮大圆孔2-4中的动力机构大滚动轴承9的内圈装入中间左侧的固定轴2，进行定位与过盈配合。

左右两侧机翼部分C与动力机构部分B的组装方式为，左侧扑翼大齿轮小圆孔2-6中的动力机构小滚动轴承7的内圈与三角连杆下端圆孔4-14配合连接。具体连接方法为：将一个机翼部分小滚动轴承23的外圈与三角连杆下端圆孔4-14过盈配合，把一根机翼部分圆柱销15分别插入两个轴承内圈；最后，由两块机翼部分环形垫片16分别挡在机翼部分圆柱销15的前后两端，保证圆孔所在的两部件的轴向定位与同心定位。

左侧机翼部分C与机身骨架部分A的组装方式为，内翼上连接件中间圆孔4-4与上方两个固定轴2进行配合连接；具体连接方法为：将机翼部分大滚动轴承22的外圈与内翼上连接件中间圆孔4-4过盈配合，把一根机翼部分圆柱销15分别插入两个轴承内圈；最后，由两块机翼部分环形垫片16分别挡在机翼部分圆柱销15的前后两端，保证圆孔所在的两部件的轴向定位与同心定位。

尾翼部分D与机身骨架部分A的组装方式为，将扑翼中杆3穿入舵机支座方孔6-1，并进行固定连接；将扑翼中杆3穿入尾翼连接件方孔5-5并完成固定连接。

如图2所示，机身骨架部分A由三块支撑板1，六根固定轴2以及一根扑翼中杆3组成。其中，左上方的固定轴2，依次穿过三块支撑板左上方圆孔1-1，并进行固定连接。左边中间的固定轴2，穿过后面两块支撑板中间偏左圆孔1-2，并进行固定连接。左下方的固定轴2，穿过前面两块支撑板左下方圆孔1-5，并进行固定连接。

注意，其余位于右侧的三根固定轴2与三块支撑板1的定位与连接与上述位于左侧的三根固定轴2的定位连接方式相同。

扑翼中杆3穿过三块支撑板方孔1-3并进行固定连接。如此，确保了整个机身骨架部分A的稳固。

如图3所示，动力机构部分B由电机小齿轮4、电机5、右侧扑翼大齿轮6、两个动力机构小滚动轴承7、左侧扑翼大齿轮8以及两个动力机构大滚动轴承9组成。其中，电机小齿轮D型孔2-1与电机D型轴2-2固定连接；右侧扑翼大齿轮6与电机小齿轮4啮合；左侧扑翼大齿轮8与右侧扑翼大齿轮6啮合；一个动力机构大滚动轴承9外圈装入左侧扑翼大齿轮大圆孔2-4进行过盈配合；一个动力机构大滚动轴承9外圈装入右侧扑翼大齿轮大圆孔2-3进行过盈配合；一个动力机构小滚动轴承7的外圈装入左侧扑翼大齿轮小圆孔2-5进行过盈配合；一个动力机构小滚动轴承7的外圈装入右侧扑翼大齿轮小圆孔2-6进行过盈配合。

左侧扑翼大齿轮小圆孔2-5与右侧扑翼大齿轮小圆孔2-6相对于各自齿轮的位置是不同的；左侧扑翼大齿轮大圆孔2-4与左侧扑翼大齿轮小圆孔2-5的连线的延长线通过齿厚中心点；而右侧扑翼大齿轮大圆孔2-3与右侧扑翼大齿轮小圆孔2-6的连线的延长线通过齿槽宽的中心点；这样的开孔方式，使得左右两侧机翼部分的扑翼连杆机构的运动保证对称。

如图4所示，所述左右两侧机翼部分C，其简化结构为扑翼连杆机构，左侧的扑翼连杆机构由曲柄3-12、连杆3-11、下内翼梁3-3、上内翼梁3-7以及外翼梁3-6组成；其中，曲柄3-12与机身骨架连接的端点称为下固定端点3-1，上内翼梁3-7与机身骨架连接的端点称为上固定端点3-8；连杆3-11与上内翼梁3-7的铰接点为第一铰接点3-10，连杆3-11与下内翼梁3-3的铰接点为第二铰接点3-9；外翼梁3-6与上内翼梁3-7的铰接点为第三铰接点3-5，外翼梁3-6与下内翼梁3-3的铰接点为第四铰接点3-4；扑翼连杆机构的运动是由上内翼梁3-7和下内翼梁3-3绕上固定端点3-8进行上下摆动；被动展向变形运动是由外翼梁3-6绕第三铰接点3-5、第四铰接点3-4进行摆动；定义曲柄长a，连杆长b，上固定端点3-8与第一铰接点3-10之间的距离为c，上固定端点3-8与下固定端点3-1之间的距离为d；因此，各个杆件的长度具有以下关系式：

式中极位夹角的定义是扑翼连杆机构的曲柄3-12在绕下固定端点3-1沿着轨迹3-2转动一圈的过程中，与连杆3-11有两个共线的位置，曲柄3-12所在这两个位置之间的夹角；扑动角的定义是上内翼梁3-5与水平线之间的夹角；

同时，还要考虑到以下的一些限制，整个扑翼连杆机构的传动角，不能太小，防止扑翼连杆机构的传力性能变差，系统无用功变大；整个扑翼连杆机构在运动过程中不能有死点，确保各部分运动的流畅；根据以上公式，调节扑翼连杆机构中各个杆件的长度，从而得到合理的扑动角与极位夹角。最后取得：a＝8mm，b＝20mm，c＝19.3mm，d＝29.96mm，扑动角是52°，极位夹角17.24°。

如图5、图6所示，所述的左右两侧机翼部分C包括结构相同的左侧机翼部分和右侧机翼部分：所述左侧机翼部分包括三角连杆14、内翼上连接件11、内翼下连接件13、上内翼杆18、下内翼杆17、三块内翼肋板21、两个内翼末端连接件10、外翼连接件12、外翼杆19、三块外翼肋板20、十一个机翼部分小滚动轴承23、一个机翼部分大滚动轴承22、五根机翼部分圆柱销15以及十个机翼部分环形垫片16其中，内翼上连接件右端圆孔4-3与三角连杆上端圆孔4-12配合连接；内翼下连接件右端圆孔4-10与三角连杆中间圆孔4-13配合连接；上内翼杆18插入内翼上连接件左端方孔4-5内过盈配合；下内翼杆17插入内翼下连接件左端方孔4-11内过盈配合；三块内翼肋板上端方孔5-1与内翼肋板下端方孔5-2分别穿入上内翼杆18、下内翼杆17，并且内翼肋板上端方孔5-1与上内翼杆18固定连接，保证每块内翼肋板21的定位与稳定。上方的内翼末端连接件方孔4-1与上内翼杆18固定连接，下方的内翼末端连接件方孔4-1与下内翼杆17固定连接；上方的内翼末端连接件10与下方的内翼末端连接件10分别放入外翼连接件短槽4-6内，外翼连接件上端圆孔4-7与上方的内翼末端连接件圆孔4-2进行连接，外翼连接件下端圆孔4-8与下方的内翼末端连接件圆孔4-2进行连接；外翼杆19插入外翼连接件方孔4-9内进行固定连接；三块外翼肋板方孔5-3穿入外翼杆19并固定连接，保证每块外翼肋板20的定位与稳定；上述所有“圆孔与圆孔”之间的连接或装配方式，都应该是首先在每个圆孔内添加机翼部分小滚动轴承23，并且轴承外圈与孔是过盈配合；然后，将一根机翼部分圆柱销15分别插入轴承内圈；最后，由机翼部分环形垫片16分别挡在机翼部分圆柱销15的前后两端。

右侧机翼部分的组成与上述左侧机翼部分相同，并按照反对称的方式进行安装。

如图7、图8所示，所述的尾翼部分D，包括舵机支座24、尾翼连接件25、尾翼骨架26、舵机27、钢丝28、五块尾翼肋板30、四个尾翼部分小滚动轴承31、一根尾翼部分圆柱销29以及两个尾翼部分环形垫片32；其中，舵机27装入舵机支座凹槽6-2内并进行粘接；尾翼骨架凸台6-9装入尾翼连接件凹槽6-3内，尾翼骨架左端圆孔6-8与尾翼连接件圆孔6-4配合连接；五块尾翼肋板30插入尾翼骨架方孔6-7内进行过盈配合；尾翼骨架下端圆孔6-8通过钢丝28与舵机摇臂圆孔7-1固定连接。应当注意的是，上述所有“圆孔与圆孔”之间的连接或装配方式，都应该是首先在每个圆孔内添加尾翼部分小滚动轴承31，并且轴承外圈与孔是过盈配合；然后，将一根尾翼部分圆柱销29分别插入轴承内圈；最后，由尾翼部分环形垫片32分别挡在尾翼部分圆柱销29的前后两端。

如图9所示，一种可展向变形的仿鸟扑翼飞行器，还包括左右两侧机翼蒙皮，材质是PP发泡板。以左侧机翼蒙皮为例，内翼蒙皮33包裹住三块内翼肋板21的上下表面并进行粘接；外翼蒙皮34包裹住三块外翼肋板20的上下表面并进行粘接。

应该注意的是，上述的机翼蒙皮安装方法，是以左侧机翼部分为例，右侧机翼部分的机翼蒙皮安装过程与上述相同，采用反对称安装的方式。

如图10所示，一种可展向变形的仿鸟扑翼飞行器，还包括尾翼蒙皮，材质是PP发泡板。尾翼蒙皮35平铺在五块尾翼肋板27上并且进行粘接，底边与尾翼连接件26的边线9-1对齐，然后沿尾翼肋板27的轮廓进行裁剪，得到扇形尾翼。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10所示，一种可展向变形的仿鸟扑翼飞行器的驱动方法，具体表述为：给电机5、舵机27通电之后，电机的转轴输出扭矩传递到电机小齿轮4上，使电机小齿轮4整圈转动，通过齿轮啮合作用，带动右侧扑翼大齿轮6、左侧扑翼大齿轮8整圈转动；因为机翼部分的三角连杆14与右侧扑翼大齿轮6、左侧扑翼大齿轮8相连接，内翼上连接件11与机身骨架部分A的上方两根固定轴2相连接；因此，随着齿轮转动，左右两侧机翼部分C绕内翼上连接件中间圆孔4-4中心线做上下摆动，即模仿鸟类翅膀的扑打动作；因为左右两侧机翼部分C分为内翼和外翼两个部分，内翼和外翼两个部分由外翼连接件12进行连接，因此左右两侧机翼部分C的外翼的运动与内翼的运动存在相位差，即内翼向上运动时，外翼绕外翼连接件上端圆孔4-7中心线与外翼连接件下端圆孔4-8中心线朝着内翼折叠，左右两侧机翼部分C的迎风投影面积减少；内翼向下运动时，外翼绕外翼连接件上端圆孔4-7中心线与外翼连接件下端圆孔4-8中心线背向内翼伸展，左右两侧机翼部分C的迎风投影面积增加。舵机27启动时，通过钢丝28对尾翼骨架26产生力矩，使尾翼骨架26绕着尾翼连接件圆孔6-4中心线上下摆动，控制纵向稳定性。

Claims (8)

1.一种可展向变形的仿鸟扑翼飞行器，其特征在于：包括机身骨架部分(A)、动力机构部分(B)、左右两侧机翼部分(C)与尾翼部分(D)；

所述的机身骨架部分(A)，包括多块支撑板(1)、多根固定轴(2)与扑翼中杆(3)；其中，每根固定轴(2)穿过两块及以上的支撑板(1)并进行固定连接，保证各固定轴(2)的定位与稳定；扑翼中杆(3)穿过多块支撑板(1)并进行固定连接，保证每块支撑板(2)的定位与稳定；

所述的动力机构部分(B)，安装在机身骨架部分的中间两根固定轴(2)上，位于前方的支撑板以及与前方的支撑板相邻的支撑板之间；所述的左右两侧机翼部分(C)，一端与动力机构部分连接；另一端安装在机身骨架部分的上方两根固定轴(2)上，位于中前方的支撑板以及与前方的支撑板相邻的支撑板之间；所述的尾翼部分(D)，安装在扑翼中杆(3)上，位于后方的支撑板(1)的后方。

2.根据权利要求1所述的一种可展向变形的仿鸟扑翼飞行器，其特征在于：所述的动力机构部分(B)，包括电机小齿轮(4)、电机(5)、右侧扑翼大齿轮(6)、左侧扑翼大齿轮(8)、若干动力机构小滚动轴承(7)以及若干动力机构大滚动轴承(9)；电机小齿轮D型孔(2-1)与电机D型轴(2-2)固定连接；右侧扑翼大齿轮(6)与电机小齿轮(4)啮合；左侧扑翼大齿轮(8)与右侧扑翼大齿轮(6)啮合；至少一个动力机构大滚动轴承(9)外圈装入左侧扑翼大齿轮大圆孔(2-4)进行过盈配合；至少一个动力机构大滚动轴承(9)外圈装入右侧扑翼大齿轮大圆孔(2-3)进行过盈配合；至少一个动力机构小滚动轴承(7)的外圈装入左侧扑翼大齿轮小圆孔(2-5)进行过盈配合；至少一个动力机构小滚动轴承(7)的外圈装入右侧扑翼大齿轮小圆孔(2-6)进行过盈配合。

3.根据权利要求2所述的一种可展向变形的仿鸟扑翼飞行器，其特征在于：左侧扑翼大齿轮小圆孔(2-5)与右侧扑翼大齿轮小圆孔(2-6)相对于各自齿轮的位置是不同的；左侧扑翼大齿轮大圆孔(2-4)与左侧扑翼大齿轮小圆孔(2-5)的连线的延长线通过齿厚中心点；而右侧扑翼大齿轮大圆孔(2-3)与右侧扑翼大齿轮小圆孔(2-6)的连线的延长线通过齿槽宽的中心点；这样的开孔方式，使得左右两侧机翼部分的扑翼连杆机构的运动保证对称。

4.根据权利要求1所述的一种可展向变形的仿鸟扑翼飞行器，其特征在于：所述左右两侧机翼部分(C)，其简化结构为扑翼连杆机构，左侧的扑翼连杆机构由曲柄(3-12)、连杆(3-11)、下内翼梁(3-3)、上内翼梁(3-7)以及外翼梁(3-6)组成；其中，曲柄(3-12)与机身骨架连接的端点称为下固定端点(3-1)，上内翼梁(3-7)与机身骨架连接的端点称为上固定端点(3-8)；连杆(3-11)与上内翼梁(3-7)的铰接点为第一铰接点(3-10)，连杆(3-11)与下内翼梁(3-3)的铰接点为第二铰接点(3-9)；外翼梁(3-6)与上内翼梁(3-7)的铰接点为第三铰接点(3-5)，外翼梁(3-6)与下内翼梁(3-3)的铰接点为第四铰接点(3-4)；扑翼连杆机构的运动是由上内翼梁(3-7)和下内翼梁(3-3)绕上固定端点(3-8)进行上下摆动；被动展向变形运动是由外翼梁(3-6)绕第三铰接点(3-5)、第四铰接点(3-4)进行摆动；定义曲柄长a，连杆长b，上固定端点(3-8)与第一铰接点(3-10)之间的距离为c，上固定端点(3-8)与下固定端点(3-1)之间的距离为d；因此，各个杆件的长度具有以下关系式：

式中极位夹角的定义是扑翼连杆机构的曲柄(3-12)在绕下固定端点(3-1)沿着轨迹(3-2)转动一圈的过程中，与连杆(3-11)有两个共线的位置，曲柄(3-12)所在这两个位置之间的夹角；扑动角的定义是上内翼梁(3-5)与水平线之间的夹角；

同时，还要考虑到以下的一些限制，整个扑翼连杆机构的传动角，不能太小，防止扑翼连杆机构的传力性能变差，系统无用功变大；整个扑翼连杆机构在运动过程中不能有死点，确保各部分运动的流畅；根据以上公式，调节扑翼连杆机构中各个杆件的长度，从而得到合理的扑动角与极位夹角。

5.根据权利要求1所述的一种可展向变形的仿鸟扑翼飞行器，其特征在于：所述的左右两侧机翼部分(C)包括结构相同的左侧机翼部分和右侧机翼部分：所述左侧机翼部分包括三角连杆(14)、内翼上连接件(11)、内翼下连接件(13)、上内翼杆(18)、下内翼杆(17)、多块内翼肋板(21)、两个内翼末端连接件(10)、外翼连接件(12)、外翼杆(19)、多块外翼肋板(20)、若干机翼部分小滚动轴承(23)、若干机翼部分大滚动轴承(22)、若干机翼部分圆柱销(15)以及若干机翼部分环形垫片(16)；其中，内翼上连接件右端圆孔(4-3)与三角连杆上端圆孔(4-12)配合连接；内翼下连接件右端圆孔(4-10)与三角连杆中间圆孔(4-13)配合连接；上内翼杆(18)插入内翼上连接件左端方孔(4-5)内过盈配合；下内翼杆(17)插入内翼下连接件左端方孔(4-11)内过盈配合；内翼肋板上端方孔(5-1)与内翼肋板下端方孔(5-2)分别穿入上内翼杆(18)、下内翼杆(17)，并且内翼肋板上端方孔(5-1)与上内翼杆(18)固定连接，保证每块内翼肋板(21)的定位与稳定。上方的内翼末端连接件方孔(4-1)与上内翼杆(18)固定连接，下方的内翼末端连接件方孔(4-1)与下内翼杆(17)固定连接。上方的内翼末端连接件(10)与下方的内翼末端连接件(10)分别放入外翼连接件短槽(4-6)内，外翼连接件上端圆孔(4-7)与上方的内翼末端连接件圆孔(4-2)进行连接，外翼连接件下端圆孔(4-8)与下方的内翼末端连接件圆孔(4-2)进行连接；外翼杆(19)插入外翼连接件方孔(4-9)内进行固定连接；多块外翼肋板方孔(5-3)穿入外翼杆(19)并固定连接，保证每块外翼肋板(20的定位与稳定；上述所有“圆孔与圆孔”之间的连接或装配方式，都应该是首先在每个圆孔内添加机翼部分小滚动轴承(23)，并且轴承外圈与孔是过盈配合；然后，将一根机翼部分圆柱销(15)分别插入轴承内圈；最后，由机翼部分环形垫片(16)分别挡在机翼部分圆柱销(15)的前后两端；

右侧机翼部分的组成与上述左侧机翼部分相同，并按照反对称的方式进行安装。

6.根据权利要求1所述的一种可展向变形的仿鸟扑翼飞行器，其特征在于：所述的尾翼部分(D)，包括舵机支座(24)、尾翼连接件(25)、尾翼骨架(26)、舵机(27)、钢丝(28)、尾翼肋板(30)、若干尾翼部分小滚动轴承(31)、若干尾翼部分圆柱销(29)以及若干尾翼部分环形垫片(32)；其中，舵机(27)装入舵机支座凹槽(6-2)内并进行粘接；尾翼骨架凸台(6-9)装入尾翼连接件凹槽(6-3)内，尾翼骨架左端圆孔(6-8)与尾翼连接件圆孔(6-4)配合连接；多块尾翼肋板(30)插入尾翼骨架方孔(6-7)内进行过盈配合；尾翼骨架下端圆孔(6-8)通过钢丝(28)与舵机摇臂圆孔(7-1)固定连接；上述所有“圆孔与圆孔”之间的连接或装配方式，都应该是首先在每个圆孔内添加尾翼部分小滚动轴承(31)，并且轴承外圈与孔是过盈配合；然后，将一根尾翼部分圆柱销(29)分别插入轴承内圈；最后，由尾翼部分环形垫片(32)分别挡在尾翼部分圆柱销(29)的前后两端。

7.根据权利要求1所述的一种可展向变形的仿鸟扑翼飞行器，其特征在于：还包括：左右两侧机翼蒙皮与尾翼蒙皮，左右两侧机翼蒙皮与尾翼蒙皮的材质是PP发泡板。

8.权利要求1至7任一项所述的一种可展向变形的仿鸟扑翼飞行器的驱动方法，其特征在于：给电机(5)、舵机(27)通电之后，电机的转轴输出扭矩传递到电机小齿轮(4)上，使电机小齿轮(4)整圈转动，通过齿轮啮合作用，带动右侧扑翼大齿轮(6)、左侧扑翼大齿轮(8)整圈转动；因为机翼部分的三角连杆(14)与右侧扑翼大齿轮(6)、左侧扑翼大齿轮(8)相连接，内翼上连接件(11)与机身骨架部分(A)的上方两根固定轴(2)相连接；因此，随着齿轮转动，左右两侧机翼部分(C)绕内翼上连接件中间圆孔(4-4)中心线做上下摆动，即模仿鸟类翅膀的扑打动作；因为左右两侧机翼部分(C)分为内翼和外翼两个部分，内翼和外翼两个部分由外翼连接件(12)进行连接，因此左右两侧机翼部分(C)的外翼的运动与内翼的运动存在相位差，即内翼向上运动时，外翼绕外翼连接件上端圆孔(4-7)中心线与外翼连接件下端圆孔(4-8)中心线朝着内翼折叠，左右两侧机翼部分(C)的迎风投影面积减少；内翼向下运动时，外翼绕外翼连接件上端圆孔(4-7)中心线与外翼连接件下端圆孔(4-8)中心线背向内翼伸展，左右两侧机翼部分(C)的迎风投影面积增加。舵机(27)启动时，通过钢丝(28)对尾翼骨架(26)产生力矩，使尾翼骨架(26)绕着尾翼连接件圆孔(6-4)中心线上下摆动，控制纵向稳定性。

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