CN117818876A - 扑动始末位置可独立控制的扑翼机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种扑动始末位置可独立控制的扑翼机构，包括机翼杆、连杆A、连杆直线舵机、电机齿轮、连杆B、传动轮A、传动轮B、摆杆连接件、摇杆连接件、微型直线舵机、减速电机、机身支架和摆杆直线舵机。本发明依靠两侧翼面扑动差产生主动的偏航力矩，从根本上解决了垂直尾翼在来流速度较低的情况下失效的问题，同时也解决了扑翼飞行器在低速情况下抗扰动能力差和机动性差的问题。此外，在滑翔阶段，可分别控制两侧翼面的上反角和尾翼，实现更加仿生、灵活和高效的滑翔飞行。本发明所述分飞行器具有飞行姿态仿生、视觉迷惑性强，飞行噪声低、效率高的特点，可用于室外近距离侦察、高空长航时监视侦察、野生动物近距离摄像等任务场景中，在未来具有重要的意义和价值。

Description

扑动始末位置可独立控制的扑翼机构

技术领域

本发明涉及航空技术领域，具体是一种扑动始末位置可独立控制的扑翼机构。

背景技术

近年来，随着科学技术的不断发展，扑翼飞行器的效率高、飞行姿态拟真、视觉迷惑性强的特点越来越受到重视，在低被感知能力要求较高的任务中，扑翼飞行器有着不可替代作用。现阶段扑翼飞行器的驱动机构可大致分为两种，一种是由电机驱动的连杆机构，另一种是舵机直接驱动。

连杆机构的方案的特点是，通过减速电机驱动多连杆机构，实现翼面的王府运动，好处是设计理论成熟、功率密度高，控制简单，但是控制量单一，只能调节电机转速来控制扑动频率。该方案需要增加水平垂直尾翼来实现俯仰和航向控制，滚转依靠自身的稳定性来实现。例如西工大的“Dove”,南京航空航天大学的大型双段扑翼。两侧翼面是同频同幅扑动这种运动状态也意味着无法主动产生偏航力矩，需要添加垂直尾翼或者额外动力装置实现偏航控制。增加垂直尾翼的方案有如下缺点，首先从外形上就失去了扑翼飞行器具有仿生飞行外形的最大特点，此外垂直尾翼作为气流舵面，在飞行器大迎角低速飞行下，垂直尾翼空速速度不够，导致垂尾无法提供足够的控制力矩。

综上所述，现有的连杆机构驱动的扑翼飞行器主要存在以下缺点：

1.仅能同时改变两侧的扑动运动，无法独立控制单侧的扑动运动

2.存在扑动幅度和上反角耦合问题，即改变扑动幅度的同时会改变上反角。

3.通过大量齿轮传动，机械结构结构复杂，可靠性较低。

舵机直驱方案的特点是，控制舵机的往复转动实现翼面扑动，舵机控制的灵活性就决定了该方案可对单侧翼面的扑动始末位置进行独立控制，对两侧机翼实现差动控制，从而控制飞行器的俯仰、航向、滚转。例如Festo的“eMotionButterfly”,北京航空航天大学的仿蝴蝶飞行器等。舵机直驱的方案缺点是功率密度太低，在同等重量下，舵机驱动的飞行器扑动频率低，可提供的升力相对较低，最大起飞重量偏低，载荷小，功能和航时受限。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种扑动始末位置可独立控制的扑翼机构，扑动机构更加灵活，两侧扑动的差动控制可产生有效的偏航力矩、俯仰力矩和滚转力矩，，在低速大迎角下也能有效控制飞行器的姿态，飞行稳定。

本发明提供了一种扑动始末位置可独立控制的扑翼机构，包括机身支架以及通过转动副与机身支架连接的机翼杆，机身支架上固定有减速电机，减速电机通过电机齿轮驱动传动齿轮组转动；所述机翼杆上固定有摆杆直线舵机，机翼杆中部开有滑槽，滑槽内设置有摆杆连接件，摆杆连接件一端连接有连杆组件，另一端与摆杆直线舵机的舵机臂相连；所述连杆组件包括配合连接的连杆A和连杆B，连杆B与传动齿轮组连接，连杆B上开有滑槽，连杆A上固定有连杆直线舵机，连杆A的一端与摆杆连接件连接，另一端通过滑块卡于连杆B的滑槽内，连杆B上固定有驱动该滑块沿滑槽滑动的直线舵机；所述传动齿轮组上固定有微型直线舵机，传动齿轮组上开有滑槽，滑槽内设置有摇杆连接件，摇杆连接件一端与连杆B连接，另一端与微型直线舵机的舵机臂连接。

进一步改进，所述直线舵机通过胶水与连杆B粘结，微型直线舵机通过胶水与传动轮组粘结。

进一步改进，所述传动齿轮组包括传动轮A和传动轮B，减速电机上的电机齿轮与传动轮B啮合，传动轮B与传动轮A啮合。

进一步改进，所述电机齿轮采用过盈配合的方式与减速电机轴连接。

进一步改进，所述连杆直线舵机的滑块孔通过螺丝与连杆A底部的螺丝孔连接。

本发明工作原理为：根据四连杆机构的极限位置和往复时间之比的计算式，可通过摆杆直线舵机调整连杆A相对于机臂杆的位置、连杆直线舵机调整连杆A与连杆B的相对位置和微型舵机调整连杆B末端在主动轮上的相对位置中的一个或多个量来改变四连杆机构的扑动参数；在一定范围内，实现单侧扑动始末位置的变化，同时传动轮和传动轮7 的啮合保证了两侧扑动频率的一致，有益于飞行的稳定性。

本发明有益效果在于：

1.扑动机构更加灵活，改变三根连杆的特征参数可有效改变扑动的上扑极限位置、扑动的下扑极限位置和上下扑动所占时间之比。

2.两侧扑动的差动控制可产生有效的偏航力矩、俯仰力矩和滚转力矩，从根本上解决了水平尾翼和垂直尾翼在来流速度较低的情况下失效的问题，同时也解决了扑翼飞行器在低速情况下抗扰动能力差和机动性差的问题。

3.改变两侧翼面扑动参数可产生的主动的控制力矩，不受来流等因素影响，在低速大迎角下也能有效控制飞行器的姿态。

4.来不同来流条件下，可改变扑动参数，切换飞行器模式，如进入速度最大模式或、升力最大模式或者效率最高模式。

5.两侧传动轮的啮合保证了两侧扑动频率的相同，可提高飞行的稳定性。

6.该方案可省去垂直尾翼，从外形上更接近大自然中的鸟类，更加具备仿生外观，视觉迷惑性强，飞行噪声低、效率高的特点，可用于室外近距离侦察、高空长航时监视侦察、野生动物近距离摄像等任务场景中，在未来具有重要的意义和价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明扑翼机构的正视图；

图2是本发明的示意图。

在附图1种：1.机翼杆；2.连杆A；3.连杆直线舵机；4.电机齿轮；5.连杆B；6.传动轮A；7.传动轮B;8.摆杆连接件；9.摇杆连接件；10.微型直线舵机；11.减速电机；12.机身支架；13.摆杆直线舵机。

实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一种具体实施方式如图1和图2所示，具有以下连接结构：包括机翼杆1、连杆A2、连杆直线舵机3、电机齿轮4、连杆B5、传动轮A6、传动轮B7、摆杆连接件8、摇杆连接件9、微型直线舵机10、减速电机11、机身支架12和摆杆直线舵机13。

机翼杆1通过光杆螺丝与机身支架12相连；

连杆A2通过光杆螺丝与摆杆连接件8相连；

连杆A2卡于连杆B5的滑槽内；

摆杆连接件8穿过机翼干1中的滑槽，前端通过螺丝与连杆A2连接，后端通过螺丝与摆杆直线舵机13的舵机臂相连；

摆杆直线舵机13胶接于机翼杆1；

连杆直线舵机3用胶水与连杆B5粘结；

连杆直线舵机3的滑块孔通过螺丝与连杆A2底部的螺丝孔连接；

电机齿轮4采用过盈配合的方式与减速电机11轴连接；

传动轮A6通过光杆螺丝与机身支架12连接；

摇杆连接件9通过传动轮B7的滑槽，前端通过螺丝与连杆B5连接，后端通过螺丝与微型直线舵机10的舵机臂连接；

微型直线舵机10通过胶水与传动轮B7连接；

传动轮B7通过光杆螺丝与机身支架12相连；

减速电机11通过螺丝与机身支架12相连；

电机齿轮4与传动轮B啮合；

传动轮B7与传动轮A6啮合。

本发明还提供了一种扑动始末位置独立控制的方法，根据四连杆机构的极限位置和往复时间之比的计算式，可通过摆杆直线舵机13调整连杆A2相对于机臂杆1的位置、连杆直线舵机3调整连杆A2与连杆B5的相对位置和微型舵机10调整连杆B5末端在主动轮7上的相对位置中的一个或多个量来改变四连杆机构的扑动参数；在一定范围内，实现单侧扑动始末位置的变化，同时传动轮6和传动轮7 的啮合保证了两侧扑动频率的一致，有益于飞行的稳定性。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，以上所述仅是本发明的优选实施方式，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，对于本技术领域的普通技术人员来说，可轻易想到的变化或替换，在不脱离本发明原理的前提下，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种扑动始末位置可独立控制的扑翼机构，其特征在于：包括机身支架以及通过转动副与机身支架连接的机翼杆，机身支架上固定有减速电机，减速电机通过电机齿轮驱动传动齿轮组转动；所述机翼杆上固定有摆杆直线舵机，机翼杆中部开有滑槽，滑槽内设置有摆杆连接件，摆杆连接件一端连接有连杆组件，另一端与摆杆直线舵机的舵机臂相连；所述连杆组件包括配合连接的连杆A和连杆B，连杆B与传动齿轮组连接，连杆B上开有滑槽，连杆A上固定有连杆直线舵机，连杆A的一端与摆杆连接件连接，另一端通过滑块卡于连杆B的滑槽内，连杆B上固定有驱动该滑块沿滑槽滑动的直线舵机；所述传动齿轮组上固定有微型直线舵机，传动齿轮组上开有滑槽，滑槽内设置有摇杆连接件，摇杆连接件一端与连杆B连接，另一端与微型直线舵机的舵机臂连接。

2.根据权利要求1所述的扑动始末位置可独立控制的扑翼机构，其特征在于：所述直线舵机通过胶水与连杆B粘结，微型直线舵机通过胶水与传动轮组粘结。

3.根据权利要求1所述的扑动始末位置可独立控制的扑翼机构，其特征在于：所述传动齿轮组包括传动轮A和传动轮B，减速电机上的电机齿轮与传动轮B啮合，传动轮B与传动轮A啮合。

4.根据权利要求1或3所述的扑动始末位置可独立控制的扑翼机构，其特征在于：所述电机齿轮采用过盈配合的方式与减速电机轴连接。

5.根据权利要求1所述的扑动始末位置可独立控制的扑翼机构，其特征在于：所述连杆直线舵机的滑块孔通过螺丝与连杆A底部的螺丝孔连接。