CN1231391C - “门内马斯摆杆”式扑翼飞行装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种类似鸟类、昆虫飞翔的机械扑翼飞行装置。两驱动杆上的摆移支点a在壳体外水平滑杆上约束、两圆轨迹点m在壳体内环槽中约束、将两直线轨迹点b并联；两缩放翼上固定点G与两驱动杆上相应处铰连、两缩放翼上缩放点S与两驱动杆侧槽内相错齿条外的端孔铰连；卡当驱动销从并联处输入动力，驱使双翼扑动。双翼飞行中能随时改变扑翼角大小或随意锁定双翼翱翔，且转换迅速可靠、双翼可装有交替上屈下伸的缩放翼机构、双翼扑动时在折返处的惯性冲击力有双重曲柄滚轮机构吸收、双翼上任意点都有渐加速度和渐减速度的交替变化，故飞行姿态优美自然。有单翼和复翼，有多种固定翼和缩放翼。可发展大众化载人扑翼飞行器及各种用途的无人扑翼飞行器。

Description

“门内马斯摆杆”式扑翼飞行装置

(一)技术领域：

本发明是一种类似鸟类、昆虫飞翔的机械扑翼飞行装置，开拓大众型的载人扑翼飞行器和各种用途的无人扑翼飞行器。

(二)背景技术：

自然界中的鸟类和昆虫完美无缺，高超的扑翼飞行技术，永远会对人们产生诱惑和挑战。多才多艺的达芬奇500年前所描述的由人力驱动多个滑轮组传动在绳索上缚着的扑动翼，明显表达了人类长期以来的飞行愿望，这已被现代的各种飞机所实现。然而也有令人困惑的是为什么天空中至今没有载人的扑翼飞行器飞翔呢？就当代的科技水平而论，在动力上、材料上、与控制上、加工工艺、空气动力学等方面并不存在难以克服的困难，只有缺乏实用的扑翼飞行装置可能是阻碍扑翼飞行器发展的原因之一。

(三)发明内容：

本发明的目的是将二根门氏A杆或者门氏B杆并联组合形成双翼驱动杆并分别和缩放仪机构上的固定点和缩放点组合为缩放翼机构，用动力来驱动这种扑翼装置作载人扑翼飞行，成为大众化的空中交通工具和各种多用途的无人扑翼飞行器。

“门内马斯摆杆”式扑翼飞行装置，是一种类似鸟类、昆虫飞翔的机械扑翼飞行装置，用卡当行星机构作输入机构。在壳体和壳盖结合面内制有同心、同参数的圆轨迹点m的环形槽，通过环形圈在二者之间定位，在Y-Y轴线的上、下对称处均布多根可拆卸精确紧固件，组成驱动杆的输入壳体空腔，约束件的基本载体、两驱动杆伸出壳体外的扇形缺口。支柱座的轴线重合于X-X轴线平面，分别在壳盖、壳体外平面上定位孔中固牢，且要保证垂直于中轴线O-O，在驱动杆上摆移支点a处孔中压入轴套，滑套套在支柱座的水平滑杆上能够移动，滑套上的轴颈在轴套内能够旋转摆动。驱动杆上圆轨迹点m处孔中压入轴销上套上滚轮，分别置于壳体和壳盖内的那段环形槽中。驱动杆杆上的直线轨迹点b为中心有相应轴台和配合孔并联，或者用卡当驱动销将驱动杆直接并联等方式。缩放翼上的固定点G与驱动杆上的相应处为固定铰结，缩放翼的缩放点S与驱动杆侧槽内有相错滑动的齿条的外联端孔内铰连，G.S两点有竖向和水平二种安装方式，缩放翼上的WJ段是翼展加长段。卡当驱动销上空套滚轮或滑块置入到驱动杆上由a、m、b、G点连线为对称轴线的槽板的纵槽a-a纵槽中输入驱动，该槽板至少通过二个定位销及多个紧固物与驱动杆正确固连一体，驱使双翼产生扑动、卡当驱动销的中心与内齿圈上两凹齿和行星齿轮某凸齿的啮合点平分线有意和Y-Y轴线上的内齿圈节圆点B或B’重合时，则扑翼半角α最大，故该重合时的点为信号啮合定位点。S S’为双翼在上扑的半周期内缩放点S的移动距离，由卡当驱动销中心所对正的行星齿轮上的那个特殊凸齿顶碾压内齿圈节径上所设定两相对凹齿齿底的信号触针产生通、断的固定信号来控制双平行四边形开合机构，使齿轮轴作有序正、反旋转，带动相错180°啮合齿条作相应的伸缩移动。扑翼角2α的大小变化，及双翼翱翔位的锁定和转换是通过多种机构使内齿圈上信号啮合定位点的方位角的适当变化来实现。曲柄轴，曲柄销卡当驱动销及三联滚轮组成双重曲柄滚轮的吸振机构。双翼上的任意点的速度对称X-X轴线，以2α的扑翼角作上下扑动时，从上折返点B以渐加速度向X-X轴线迫近，又以渐减速度离开X-X轴线至下折返点B’的循环交替变化具有自然飞行属性。

左驱动杆上有b点为中心的通孔和轴台，轴台与右驱动杆的b点为中心的内孔并联，在左驱动杆上内侧面的轴线处制有对称的方形截面槽及容纳齿条头移动的槽中放入的齿条与左驱动杆侧面平面齐平，通过外盖板和卡当驱动槽板与左驱动杆侧平面紧固，将齿条封存在槽中；同样右驱动杆外侧面的轴线对称处也有方形截面槽直通至b中心内孔边缘处，叠加齿条的方形柄嵌在右驱动杆方形槽中同样齐平封存，其齿条凸出部分则靠壳盖内端面约束；在左、右驱动杆的外端各制有凸出另一侧面的方形短槽，槽中各有带孔滑板，通过二个定位紧固螺栓分别与齿条柄部和叠加齿条的柄部固连一起，外盖板分别将带孔滑板封在凸出的短槽中，齿轮轴装入左驱动杆以b点为中心的内孔中，其轴上空套轴承套后从壳盖上的纵槽中伸出与双槽摩擦轮坚固连接，齿轮轴上的齿轮分别和左驱动杆杆内的齿条和右驱动杆杆外的叠加齿条相错180°啮合传动。在壳盖正面Y-Y轴线的上、下对称的座孔中固定的上、下轴销上安装有双平行四边形摩擦开合机构，其下轴销上套装的曲臂下的双耳和下连接板铆接，若在弹簧和档销作用下与Y-Y轴线重合时，则双平行四边形摩擦开合机构呈“松开”的矩形状态，若曲臂在控制信号的作用下被电磁铁吸附接合时就呈“锁闭”的平行四边形状态。扳动手柄或蜗轮蜗杆传动副等调控机构将行星齿轮与内齿圈的啮合定位点确定在Y-Y轴线上的内齿圈节点上的B或B′点时，是左、右并联的驱动杆以2α的最大扑翼角的位置，是并联点在Y-Y轴线上的BB′等于内齿圈节径最大的往复直线输出；若并联点b与B点重合就是上扑结束，下扑开始的瞬时，电磁铁在控制信号作用下松开曲臂，在弹簧作用下与挡销相接触，使双平行四边形摩擦开合机构与摩擦轮处于松开状态，同时左右驱动杆上固定的锁销电磁铁同时将齿条和叠加齿条锁住(图未示)，这时左、右驱动杆与左、右缩放翼骨架上的固定点G和缩放点S呈粗双点划线的竖向伸展状态，若并联点b由B点位置运动到B′点是下扑结束和上扑开始的瞬时，左右驱动杆上固定的锁销电磁铁在控制信号作用下将齿条和叠加齿条松开(图未示)，同时平行四边形摩擦开合机构上的曲臂在电磁力作用下顺时针被电磁铁吸住使摩擦轮在平行四边形右边的摩擦条的正面压力挟持下，随着并联点b由点B′不断向上运动使摩擦轮就产生顺时针方向旋转，将齿条和叠加齿条使左右缩放点S同时向并联点收缩，左右缩放翼骨架也随着并联点从点B′开始上升收缩到达中心O时已收缩到最大，当并联点b继续上升超过几何中心O点位置时，摩擦轮与左边的摩擦条使摩擦轮产生反时针旋转直至B点为止，逐步将左右缩放点S同时向外运动，二缩放翼由最大收缩逐步伸展恢复到上扑结束下扑开始的B点状态，完成一个上扑和下扑周期。若将啮合定位点通过手柄或蜗轮蜗杆等机构调控到X-X轴线上的B₁或B₂位置时，则卡当驱动销及滚轮只能沿着与左驱动固连的卡当驱动槽板的纵槽a-a在X-X轴线上作往复直线运动，即离合自锁状态，这时的左、右驱动杆及相连的缩放翼骨架处在翱翔的锁定位置，发动机可怠速工作仍维持着卡当驱动销及滚轮在卡当驱动槽板的纵槽a-a中的运动自锁；若将啮合定位点从X-X轴线上的B₂点顺时针沿内齿圈节圆上旋转直转到Y-Y轴线的B点，在其间的这段

的弧上有翱翔位(零扑翼角)、小扑翼角至最大扑翼角的任意变化。

二个参数相同的扑翼飞行机构装置的单体通过壳体连接套的两端接合面分别与前后壳体、壳盖在靠近Y-Y轴线上下相应对称处共用多根轴向精确紧固定位螺栓、螺帽固连一体，共用一个主输入轮把两组卡当行星输入机构中伸出的输入轴紧固连接并保证前后输入轴上的曲柄销相错180°，前面扑翼飞行装置单体和后面扑翼飞行装置单体的前啮合点和后啮合点也要保证在安装时相错180°，选定在Y-Y轴线平面上对称的前后内齿圈节径的上、下节点B，B′或B′，B上固定安装就位，通过加长的前后卡当驱动销，从左右驱动杆直线轨迹点b为中心的内孔中叠加穿出后，再分别套上滚轮置于前后壳盖Y-Y轴线平面上相应的纵槽中，前后的左、右驱动杆上都有带孔的安装平面，任意形状或结构的直翼、折翼、特殊翼等固定或更换都很方便，这种串联的复翼扑翼机构装置有很多结构特点，可使用短翼展较大扑翼角和高转速的扑翼频率等，由于前后曲柄销和前后啮合点都相错180°，故可取消曲柄配重及调整块仍能保持旋转时动态平衡。

在左、右驱动杆外端处套筒内带缩放点S的滑杆和左、右驱动杆相背侧面轴线上V形槽中滑动的V形板用多个螺钉固连，在两个V形滑板内端凸出的轴销上空套着的滚子分别与固定在相应壳体端面和壳盖端面处的凸轮槽中滚动，两个同样参数的凸轮槽外侧曲线 和内侧曲线 都是同几何中心O的左右驱动杆上V形槽中相对移动的V形板轴销中心点或滚子中心点的椭圆曲线轨迹线，当两滚子随左右驱动杆的上扑或下扑的往复过程中进入或经过该固定凸轮槽的外侧段和内侧段的椭圆曲线时，左、右驱动杆V形槽中的V形板轴销上的滚子处于相对静止不动，凸轮槽上另两段

或

是以X-X轴线上某点为中心，半径为R的相同圆弧线为内、外侧椭圆曲线间的过渡线。若abT₁′和abT₁的左、右驱动杆的并联点b处在Y-Y轴线上的内齿圈上节圆点B，卡当驱动销中心及内齿圈和行星齿轮间的啮合定位点都重合于B点时，abT₁′驱动杆(左)杆上V形板轴销中心为T₁′，abT₁驱动杆(右)杆上V形板轴销中心为T₁，两个滚子分别空套于各自的轴销上的凸轮槽中按中心的椭圆曲线箭头方向向下扑动抵至T₂T₂′时，则行星齿轮已完成整周旋转，其并联点b(卡当驱动销中心)也正好下降至B′点，即完成了下扑时缩放翼锁定不动的半周期；然后缩放点S在V形滑板轴销的滚轮作用下按箭头方向向上运动，在

和

段是缩放翼骨架逐步收缩至T₄T₄′点时收缩至最大后，再进入收缩保持段 和

和缩放翼的逐步缩放段 抵至T₁T₁′时其并联点b(卡当驱动销中心)正好到达B点完成上扑缩放翼收缩、保持、缩放的另外半周期的往复运动。在凸轮槽的T₁T₁′和T₂T₂′的折返处各设有导向板防止滚子产生逆转，这是一种在固定扑翼角的前提下同样使缩放翼骨架作上、下扑动缩放，结构简单实用的技术方案。

谁不曾梦想过象鸟儿一样地扇动双翅翱翔于蓝天呢！本发明以多种技术角度来分析和证明该扑翼飞行装置能“飞”得起来：

1、动力经减速由同步齿带或传动轴带动输入轮从壳体内部通过卡当驱动销直接或间接将左、右驱动杆上共同的直线轨迹点b叠加并联驱动双翅飞行；鸟类、昆虫靠厚实的胸肌协调伸、缩驱动双翅飞行，前者的单点并联驱动双翅的优点是显而易见的。

2、从自然进化来的血肉之躯在意识的控制下牵动双翅内外骨骼时，即翼的扑动与躯壳上肌肉之间所存在的力臂关系是无法通过简单有效的机械的方法来模仿或替代，是否是扑翼飞行难于上青天的原因？本发明的左驱动杆的摆移支点a安排在壳体右边紧固的立柱滑杆上；右驱动杆的摆移支点a安排在壳盖左边紧固的立柱滑杆上相对应，即使所选定的输入功率偏小也可改变力臂的参数，仍保证“飞”起来，采用这种简单直观的力臂关系再结合常规的卡当行星传动是实现扑翼飞行成功的关键所在。

3、在卡当行星输入机构中，本发明的“双重曲柄滚轮机构”使扑动翼在通过上、下折返处时能吸收惯性的冲击力；尤其是串连起来复翼扑翼飞行装置，因为二个卡当驱动销中心点相错180°可取消配重，兼并输入轮等来减轻重负。

4、门内马斯摆杆中的门氏A杆和门氏B杆的运动特性是：杆上任意点的速度对称轴线X-X，以2α的最大扑动半角扑动时，依次从上折返点处以渐加速度向轴线X-X靠拢，然后又以渐减速度从轴线X-X离开摆向下折返点，即轴线X-X附近速度最快，二个折返点处速度相对较慢，使用上述这种交替变化的运动特性的扑动翼，在飞行中与鹤在天空飞翔姿态一样轻松优美。

5、由左、右驱动杆和缩放仪结构所组成缩放翼骨架有竖装和水平装两种不同安装模式，在上扑过程中都能逐步收缩翼面积和逐步伸放翼面积，有其它种类的直翼、折翼或特殊的固定翼等供选择。

6、本发明扑翼飞行装置，其结构简单紧凑易于制造，配合四冲程(或二冲程)内燃机等作动力可形成多品种、多用途的空中扑翼飞行器，尤其在开拓单座或双座载人的扑翼飞行器作为交通工具或模仿鸟类、昆虫、作为摄影、体育、侦察及无人扑翼机等都可能促进新产业的诞生。

(四)附图说明：

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明“门内马斯摆杆”式扑翼飞行装置的第一实施例的主视结构重点示意图。

图2，是图1扑翼飞行器装置位置关系的缩微示意图。

图3是左、右驱动杆轴线运动到与水平轴线重合时的全剖俯视结构示意图。

图4是图1主视局部的双平行四边形摩擦开合机构示意图。

图5是图3中A-A视向的左驱动杆槽中的齿条与齿轮轴的啮合及卡当驱动槽板与左驱动杆固连相关位置示意图。

图6是图3中B-B视向，右驱动杆槽中叠加齿条与齿轮轴啮合关系示意图。

图7是图3中左驱动杆C-C截面示意图。

图8是驱动杆轴线运动到与水平轴线重合时与缩放仪结构所组成的缩放翼骨架的水平位置组合的俯视局部示意图。

图9由二组固定翼扑翼飞行装置单体串联(复翼)的第二实施例主视示意图。

图10是图9侧视全剖结构示意图。

图11是单体固定翼扑翼飞行装置的左右驱动杆轴线运动到水平轴线重合时全剖俯视结构示意图。

图12是凸轮槽缩放翼的第三实施例主视结构示意图。

图13是左、右驱动杆轴线运动到与水平轴线重合时的全剖俯视结构示意图。

图14是左、右凸轮槽位置关系示意图。

图15是图13中B-B处局部剖视示意图。

图16是图13中A-A处局部剖视示意图。

(五)具体实施方式：

图2中的壳盖14、驱动杆9、10上的摆移支点a，圆轨迹点m，并联点b及缩放翼37、38上的固定点G，缩放点S与驱动杆9、10的位置关系、上、下折返点B、B′、加长翼尖W J等是总体提示。

在图3中，动力经传动轴或各种皮带传动(图未示)使输入轮1与固连的曲柄轴2一起转动，曲柄轴2上有呈整体制造的曲柄配重及平衡调整块29、螺钉等来保证转动平衡。卡当行星输入机构中的行星齿轮4与内齿圈6的节径比为1∶2。三联滚轮3上压合有行星齿轮4，一起空套在曲柄销5上，然后一起被压入装配到曲柄轴2上的曲柄孔内固定，共同围绕内齿圈6作行星运动。三联滚轮3的外圆柱面在内齿圈套22的内孔中作行星纯滚动，由于曲柄销5是与压入到曲柄轴2上的曲柄孔内(整体最佳)和压入在三联滚轮3上的卡当驱动销7(整体最佳)之间所构成的双重曲柄旋转机构，通过三联滚轮3的外圆柱面在内齿圈套22或者直接在壳体13的相配合孔中的纯滚动，完全改变了原来双重曲柄机构的承载受力状况，成为本发明特殊的“双重曲柄滚轮机构”，它特别对驱动杆9，10和铰连一起的缩放翼骨架37，38等运动构件的重量在飞行连续扑动的上、下折返处换向时，若以较高速度往复通过时，则必然在折返处会产生较大惯性力，这惯性力可用各自不断旋转运动的行星齿轮4，三联滚轮3及双重曲柄构件的旋转质量所吸收(双重曲柄滚轮机构吸收)；由于三联滚轮3的外圆柱面是在内齿圈套22或固定壳体13的孔内纯滚动，这对曲柄轴2上的主轴承及曲柄销5和卡当驱动销7所配合的轴承的承载，输入平稳及减震效果显著。三联滚轮3上的卡当驱动销7的中心应和行星齿轮4节圆上某凸齿平分线上的节点对正重合固定，卡当驱动销7套上滚轮8或滑块置入到用多个定位销41和多个螺钉42与左驱动杆9相固连的卡当驱动槽板40的纵槽a-a之中(纵槽两侧面应和驱动杆9上a、m、b、G连线对称)。

图1中的左、右驱动杆9，10，采用了门氏A杆或门氏B杆型的结构及运动特征，将同参数的二根驱动杆上的直线轨迹点b并联一起进行共同驱动，其并联的转动中心称为“并联点”，它以几何中心0为对称中心，在Y-Y轴线上的内齿圈6节径上的上、下节点B、B′之间，以最大的扑翼角2α作最大的上、下往复直线驱动运动时，其左、右的缩放翼上的固定点G和缩放点S分别与左、右驱动杆上的固定点G孔及缩放点S孔铰连，组成左、右缩放翼骨架37，38，该缩放翼骨架有竖式安装方式，其上的SF线段是在扑翼下面起缩放作用的外露杆，图8中的缩放翼骨架37是水平方式安装在左驱动杆的水平固定点G孔和水平缩放点S孔铰连的，其上的SF线段的缩放杆可以放入翼面之内，无须外露。无论是竖式或水平安装于左、右驱动杆9，10的左、右缩放翼骨架37，38上的任意点的速度在对称X-X扑翼水平轴线，以2α的最大扑翼角作上、下扑动时，依次从上折返处以渐加速度向X-X轴线靠拢，然后又以渐减速度从X-X轴线离开向下折返处运动，即X-X轴线附近处的速度较快，上、下折返点处的速度相对较慢。鸟类的双翼都是由前肢进化而来的，故在左、右缩放翼骨架37，38的相当于腕关节W部位向外延伸形成WL的翼尖段长度是为了延长翼展及增加翼面积。图8中的粗双点划线的缩放翼骨架37在上扑到X-X轴线重合时，其缩放点在S′位置时的最小翼展收缩图，其细双点划线的缩放翼骨架37是下扑全过程中最大翼展，其缩放点在S位置，S S′为缩放点的移动距离。

在壳体13和壳盖14的结合端面内分别制有相向、同心、内外直径相同的园轨迹点m处的环形槽，将环形圈12迫合于壳体13和壳盖14的环形槽中，并组合加工轴向定位孔15，16共4孔，用4根定位螺栓紧固，保证壳体13和壳盖14与二个环形槽同轴度的前提下，再分别加工出左、右驱动杆9，10上、下扑动时伸出壳体以外在壳体或壳盖相应的两侧扇形缺口，铣出环形圈12两侧处阻挡圆轨迹点m处滚轮19，20在两侧环形槽内活动的弧形缺口57，58和供驱动杆9，10上下扑时同样的扇形缺口，组成一个能容纳驱动杆9，10作上下扑动的空腔及各约束结构件的安装组合的载体。

在图1、图3壳体13和壳盖14的外径处各加工的局部平面上，径向镗有垂直于中轴线O-O的定位孔，其定位孔中心应同处于X-X轴线平面上，其支柱座31，32分别压入其中，并通过多个螺钉与壳体13和壳盖14紧固(图未示)；将左、右驱动杆9，10杆上的摆移支点a处的孔中分别压入轴套33，34，把滑套35，36的一头套在支柱座31，32上端的滑杆上自由径向滑动，另一头的轴台放入到轴套33，34中转动配合；将左、右驱动杆9，10杆上圆轨迹点m处孔中压入的带台轴销17，18上套上滚轮19，20分别置入到壳体13和壳盖14内部57，58那段环形槽中来约束二个圆轨点m；分别以左、右驱动杆9，10杆上的直线轨迹点b为中心，在左驱动杆9上制有中心轴台和右驱动杆10制有相应的中心内孔把驱动杆9，10上的二个直线轨迹点b并联于一点。卡当驱动槽板40的纵槽a-a是以驱动杆9上的直线轨迹点b为对称中心，以a、m、b、G连线为纵槽两侧面a-a为对称轴线，通过三个定位销41和至少四个紧固螺钉42(图未示)与驱动杆9固牢在正确的驱动位置上。

在图3中的内齿圈6是被压入到内齿圈套22内孔中固定的，内齿圈套22的外周铣有蜗轮轮齿与壳体13上切向安装的蜗杆21组成蜗轮蜗杆传动副，若转动壳体13上的蜗杆21，其壳体13内孔中转动配合的内齿圈套22与其中固定的内齿圈6也作相应转动。或者把内齿圈套22端面槽中固连的手柄直接伸出壳体13上相应的扇形缺口中穿出绕几何中心O手动旋转90°不受阻碍(申请号：01132773.1案)等多种自动、半自动或者手动的调控方式，把三联滚轮3上整体固连的卡当驱动销7的中心在装配时有意和三联滚轮3的轴台上压入的行星齿轮4节圆上的某凸齿平分线相交之节点重合，同时与重合在Y-Y轴线上的偶数齿的内齿圈6节径上的两个凹齿平分线上的上、下节点B或B′重合点位置确定为啮合定位点的始点时，则卡当驱动销7、滚轮8或滑块在卡当驱动槽板40的纵槽a-a之中将并联的驱动杆9，10以2α的最大扑翼角作上、下扑动，其两杆上的并联点在Y-Y轴线上，以O为对称中心作BB′等于内齿圈6节径的最大的驱动范围。若将啮合定位点通过蜗轮蜗杆传动等调控机构把它转移到X-X轴线上的B₂点或B₁点时，则卡当驱动销7中心的驱动轨迹就与X-X轴线上的内齿圈6的节圆直径B₂B₁重合，故卡当驱动销7上空套的滚轮8或滑块在卡当驱动槽板40的纵槽a-a两壁不产生驱动力，这时左右驱动杆9，10的扑翼角2α为零，并联点与几何中心0重合，但卡当驱动销7中心仍然在B₂B₁直线上的二点之间作往复运动，这样双翼被锁定在翱翔不动的位置上，处于动力被切断的卡当离合器的位置。若控制啮合定位点在内齿圈6的节圆上的

或 的节圆的弧线内任意变化就能随意控制扑翼角的大小变化。

在图3中左驱动杆9的直线轨迹点b中心处的直通内孔中装入转动的齿轮轴43，其齿轮两端分别与左驱动杆9侧面槽中的齿条23啮合图5)，和右驱动杆10相应侧面槽中的叠加齿条24相错180°啮合(图6)，齿条23和叠加齿条24柄部在各自的槽中滑动，其侧面高度和左、右驱动杆侧面齐平，通过卡当驱动槽板40底平面和盖板27将齿条23封闭在左驱动杆9的槽中，和通过壳盖14的内端面和盖板28将叠加齿条24也封闭在右驱动杆10的槽中。在左、右驱动杆9，10的另一侧面的顶端部位制有不少于盖板59，60的长度，高度如图7中的73，74的方形整体凹槽，凹槽中放入带S孔的滑板25，26，并通过不少二个定位螺栓(图未示)分别和齿条23、叠加齿条24与滑板25、26固连。若齿轮轴43作正、反转动，则左、右驱动杆9、10槽内滑动的齿条23、叠加齿条24也作相向或相背运动，使左、右滑板25、26上的缩放点S能在SS′的距离任意相对变化。齿轮轴43轴颈上空套带台轴套11置于壳盖14端面的纵向槽39之中作上、下滚动，其齿轮轴43的齿轮部分由轴套11的台和卡当驱动槽板40的底平面来保证轴向间隙，在齿轮轴43的轴上装有双槽摩擦轮44通过键或轴销固定(图未示)，这样，齿轮轴43和双槽摩擦轮的中心实际上与并联点重合并以几何中心0为对称中心在Y-Y轴线上的BB′直线范围内由内齿圈套22上的蜗轮和蜗杆21等传动控制机构的调控下可作任意大小的上、下往复直线运动。

在壳盖14上镗有49，50的轴向内孔中固定上伸出来的轴销，其中心与Y-Y轴线重合(图未示)。等长的连接板45，46的内侧面应与壳盖14端面贴合，在连接板45的上部和连接板46的下部分别制有凸出的与双槽摩擦轮对应的梯形截面的摩擦条71，72，等长的上、下连接板47，48通过四根轴销与左、右连接板45，46铰连组成一个平行四边形，上、下连接板47，48中心对称处有孔49，50，一起置入到壳体14伸出的固定轴销之中锁定，在下连接板48中心内孔50外的下轴销上还同轴套装曲臂51，其曲臂51下面双耳要与下连接板48呈垂直铆接固连，组成双平行四边形摩擦开合机构。

在被确定的啮合定位点，即卡当驱动销7的中心点处行星齿轮4上那个特殊凸齿与定位在Y-Y轴线上重合的内齿圈6(偶数齿)节园直径上的B和B′这两点处的两个凹齿齿根处的中央小孔中各装有控制信号的开关的触针稍稍凸起于齿根之中，由于行星齿轮4与内齿圈6的齿数比是1：2的关系，故当曲柄2每转一周则行星齿轮4上那个特殊齿顶会碾压两凹齿齿根内的信号触针各一次(参看申请号：01112242.0案)而发出准确控制信号，但不会因为内齿圈6的方位角的变化而改变。

若图1中左、右驱动杆9，10两杆上的并联点b运动到与B点重合时(以2α最大扑翼角)确定是上扑结束及下扑开始的位置，左右缩放翼骨架37，38已完全复原到最大翼展状态，此时在行星齿轮4上的卡当驱动销7中心处那个凸齿齿顶正碾压Y-Y轴线上B点处内齿圈6上凹齿根中的信号开关触针，使双平行四边形摩擦开合机构呈松开的矩形状态，即控制信号使电磁铁55断电，曲臂51在弹簧的拉力下脱开电磁铁55的吸力被挡销53挡住，使曲臂51的轴线和Y-Y轴线重合位置时，则呈矩形的双平行四边形摩擦开合机构中的左、右连接板45，46上的梯形截面摩擦条71，72与齿轮轴43上紧固的双槽摩擦轮44脱离接触，使摩擦轮无法旋转，同时，控制信号也使电磁轴销(图未示)将左、右驱动杆9，10滑槽内的滑板25，26或齿条23叠加齿条24同时锁定，使下扑时双翼的最大翼展保持不变；直到两驱动杆上的并联点b与B′重合时，是下扑结束及上扑开始的位置时，行星齿轮4上的卡当驱动销7中心处那个凸齿齿顶又正好旋转一周后碾压Y-Y轴线上B′点处内齿圈6上另一个相错180°的凹齿根中信号开关触针，使双平行四边形摩擦开合机构呈闭锁的平行四边形状态，即电磁铁55在控制信号作用下，吸力将曲臂51顺时针和电磁铁55吸住(图4)，同时控制信号也把电磁锁销将左右驱动杆9，10滑槽内的滑板25，26或齿条23叠加齿条24同时松开，在曲臂51与电磁55吸住的同时，双平行四边形摩擦开合机构中连接板46下方的凸出的双摩擦条72紧压在双槽摩擦轮44的梯形凹槽之中，在随两驱动杆上的并联点b逐渐上升(上扑)过程中迫使双槽摩擦轮44作顺时针转动，这时左、右驱动杆9、10槽内的滑板25，26上的二个缩放点S在相连的齿条23叠加齿条24与齿轮轴43上的齿轮相向运动，使S点向S′点方向同时运动而逐渐将缩放翼骨架37，38的翼展逐步收缩，直到双驱动杆的并联点b与几何中心O重合时为止，缩放翼骨架37，38就已收缩到位(图8中粗双点划线)；当并联点b在继续上升过程中刚越过几何中心0点后，左边连接板45上方凸出的摩擦条71开始进入双槽摩擦轮44的梯形凹槽之中迫使摩擦轮44作反时针方向转动，从而将二个缩放点从S′点方向同时向S点运动，直至上升的并联点重新和B点重合后，其缩放翼骨架37，38就完全将双翼展开回到上扑结束、下扑开始时B点位置，就是双翼在下扑展翼、上扑缩放翼完成一个总周期的运动过程，这时的行星齿轮4上的卡当驱动销7中心处的那个凸齿顶又正好碾压Y-Y轴线上B点处内齿圈6上那个凹齿根中的信号开关触针，上述只是说明左、右驱动杆9、10是以2α的最大扑翼角扑动飞行的情形。

由于“啮合定位点”和控制信号的开关触针在一起而固定不变，通过蜗轮、蜗杆21等传动机构来调控“啮合定位点”的方位角时，其内齿圈6上两个特殊凹齿根中的信号开关触针的方位角也随着同步改变，所以随意改变扑翼角的大小变化并不会打乱控制电磁铁及电磁销的准确开、闭程序。上述是一种扑翼角大小能任意变化、双翼能同步缩放、能随时翱翔的扑翼飞行机构装置的第一实施方式。

将图11是固定扑翼角作扑翼飞行的单体装置串联，成为另一种复翼飞行装置，就是本发明第二实施方式。在图9、图10中，连接套30的两端分别与前后壳体13，13′，前后环形圈12，12′，前后壳盖14，14′，组合一起加工出同轴线的定位孔15，16，共用四根或多根紧固精确定位螺栓、螺帽轴向固连一体。共用一个输入轮1把前后卡当行星输入机构中的曲柄轴2，2′用键或销同轴固连，并通过连接套30上的两个相应缺口56用同步齿带将动力输入(图未示)，并确保前后曲柄销5，5′相错180°安装。三联滚轮3，3′的外圆柱面分别在内齿圈6，6′所压入的壳体13，13′的同心内孔中作行星纯滚动，前后三联滚轮3，3′上的前后卡当驱动销7，7′的中心应选择在行星齿轮4，4′节圆上的某凸齿平分线上的节点对正重合固牢，其前后啮合定位点应分别确定在Y-Y轴线平面上的B点(前啮合定位点)和B′点投影在后面扑翼飞行机构装置中B′点(后啮合定位点)或者相反错开装配就位，加长的前后卡当驱动销7，7′套上承力轴套8，8′，从前、后，左、右的驱动杆9，10，9′，10′的前后并联点孔中穿出，再分别套上滚轮11，11′置于前、后壳盖14，14′相应的纵槽39，39′之中。在前后的左、右驱动杆外端制有多种带孔的相同安装平面，任意形状、结构、材料的直翼、折翼或特殊翼的部件的固定或更换都很方便。由于此种串联的复翼飞行机构装置具有固定的相错安装的结构特点，可以取消原单体装置中曲柄轴2，2′上的配重及配重调整块等零件后，仍可保持旋转时的动态平衡，相对第一实施方式有：可采用较大扑翼角、短翼展和较高的扑翼频率、重量轻、平衡性能好、易制造等特点。

缩放翼37，38也可采用图12至图16中的固定扑翼角另一种扑翼飞行装置匹配(图未示)。在左、右驱动杆9，10的外端处套筒内装入带缩放点孔S的滑杆25，26和左、右驱动杆9，10相背的侧面上的V形槽中滑动的V形板23，24，用多个螺钉68与滑杆25，26在套筒内固连，在左、右V形板里端凸出的同尺寸的轴销63，64上空套着滚子65，66分别置于凸轮板61，62中的封闭凸轮槽中滚动，凸轮板是通过多根紧固定位螺钉69，70与壳体13和壳盖14上铣出的平面配合固连，在左、右凸轮板61，62上封闭凸轮槽的外侧中心曲线 和内侧中段槽中心曲线 是左右V形板23，24上的轴销63，64的中心点在作上、下扑动过程中的相应椭圆部分的轨迹线。滚子65，66的中心(或轴销63，64中心)按图14中循环箭头所示方向在

段是下扑半周期中的停歇段，是左、右驱动杆9，10和左右缩放翼骨架翼展伸展最大状态，即缩放点S处保持不动的相对静止状态；凸轮槽板61，62上封闭凸轮槽的 和

是半径为R的圆弧过渡线，

是上扑时缩放翼骨架上的S点向S′点移动作相对运动的收缩段，

为上扑时缩放翼骨架缩放点在S′点处不动的收缩保持停歇段， 为上扑时缩放翼骨架上缩放点S点作相对运动的缩放复原段，即缩放翼由收缩→收缩保持→缩放复原的上扑的半周期后就是一个上、下扑动的全过程，在左、右封闭凸轮槽的上、下转弯的折返处分别设置了防逆转导向板机构75，76。这就是在固定的扑翼角范围使左、右缩放翼37，38也能作固定模式的上屈下伸变化的第三种实施方式。

*参考文献：申请号：01132773.1，0112242.0。

Claims (10)

1、“门内马斯摆杆”式扑翼飞行装置，是一种类似鸟类、昆虫飞翔的机械扑翼飞行装置，用卡当行星机构作输入机构，其特征在于：在壳体(13)和壳盖(14)结合面内制有同心、同参数的圆轨迹点m的环形槽，通过环形圈(12)在二者之间定位，在Y-Y轴线的上、下对称处均布多根可拆卸精确紧固件，组成驱动杆(9)，(10)的输入壳体空腔，约束件的基本载体、两驱动杆伸出壳体外的扇形缺口；

支柱座(31)，(32)的轴线重合于X-X轴线平面，分别在壳盖(14)、壳体(13)外平面上定位孔中固牢，且要保证垂直于中轴线O-O，在驱动杆(9)，(10)上摆移支点a处孔中压入轴套(34)，(33)，滑套(36)，(35)套在支柱座(32)，(31)的水平滑杆上能够移动，滑套(36)、(35)上轴颈在轴套(34)、(33)内能够旋转摆动；

驱动杆(9)，(10)上圆轨迹点m处孔中压入轴销(18)，(17)上套上滚轮(20)，(19)，分别置于壳体(13)和壳盖(14)内的(58)，(57)那段环形槽中；

驱动杆(9)，(10)杆上的直线轨迹点b为中心有相应轴台和配合孔并联，或者用卡当驱动销(7)将驱动杆直接并联等方式；

缩放翼(37)，(38)上的固定点G与驱动杆(9)，(10)上的相应处为固定铰结，缩放翼(37)，(38)的缩放点S与驱动杆(9)，(10)侧槽内有相错滑动的齿条(23)，(24)的外联端孔内铰连，G.S两点有竖向和水平二种安装方式，缩放翼(37)，(38)上的WJ段是翼展加长段；

卡当驱动销(7)上空套滚轮(8)或滑块置入到驱动杆(9)上由a、m、b、G点连线为对称轴线的槽板(40)的纵槽a-a纵槽中输入驱动，该槽板至少通过二个定位销(41)及多个紧固物与驱动杆(9)正确固连一体，驱使双翼产生扑动、卡当驱动销(7)的中心与内齿圈(6)上两凹齿和行星齿轮(4)某凸齿的啮合点平分线有意和Y-Y轴线上的内齿圈(6)节圆点B或B’重合时，则扑翼半角α最大，故该重合时的点为信号啮合定位点；

双平行四边形开合机构由上下连接板(47、48)、左右连接板(45、46)其上制有凸起条(71、72)、曲臂(51)、电磁铁(55)等组成，安装在壳盖(14)端面Y-Y轴线对应的轴销中，齿轮轴(43)与齿条(23、24)在驱动杆(9)直线轨迹点b为圆心的通孔处相错啮合，轮(44)固于齿轮轴(43)端部，齿轮轴(43)中心与驱动杆(9、10)直线轨迹点b重合于并联点“b”，上下折返点B B’间距等于内齿圈(6)的节径，S S’为双翼上扑半周期内缩放点S的移动距离，卡当驱动销(7)中心所对正的行星齿轮(4)上的特殊齿顶碾压偶数齿内齿圈(6)节径上两个凹齿齿底触针，产生半周期轮流控制双平行四边形开合的通、断信号，当并联点b与B’重合后上扑时，曲臂(51)被电磁铁(55)吸住旋转使凸起条(72)与轮(44)接触迫使上升的齿轮轴(43)顺时旋转带动齿条(23、24)外端的缩放点S作相向内移，并联点b到达中心O时，缩放点移至S’位置，此时缩放翼(37、38)的翼展收缩到最小，并联点b继续向上运动，则凸起条(71)就与轮(44)接触迫使齿轮轴(43)反时针转动，直达上折返点B时则S点复位，翼展恢复最大状态，下扑时电磁铁(55)断开，两侧凸起条(71、72)与轮(44)无法接触，由B向B’下扑的全过程中最大翼展被锁定不变；

扑翼角2α的大小变化，及双翼翱翔位的锁定和转换是通过多种机构使内齿圈(6)上信号啮合定位点的方位角的适当变化来实现；

曲柄轴(2)，曲柄销(5)卡当驱动销(7)及三联滚轮(3)组成双重曲柄滚轮的吸振机构；

双翼上的任意点的速度对称X-X轴线，以2α的扑翼角作上下扑动时，从上折返点B以渐加速度向X-X轴线迫近，又以渐减速度离开X-X轴线至下折返点B’的循环交替变化具有自然飞行属性。

2、根据权利要求1所述的“门内马斯摆杆”式扑翼飞行装置，其特征在于：相错滑动的齿条(23)，(24)，是通过驱动杆(9)直线轨迹点b的直通内孔中装入齿轮轴(43)，其齿轮一端与驱动杆(9)侧面槽中的齿条(23)啮合，另一端与驱动杆(10)侧面槽中齿条(24)相错180°啮合，齿轮轴(43)轴颈有轴套(11)装于壳盖(14)的纵槽(39)中，轴端固有轮(44)与双平行四边形开合机构匹配。

3、根据权利要求1或2所述的“门内马斯摆杆”式扑翼飞行装置，其特征在于：双平行四边形开合机构是左连接板(45)上部和右连接板(46)下部制有和轮(44)相应的凸起条(71)，(72)，其两端与上、下连接板(47)，(48)铰连成矩形，在上、下连接板(47)，(48)对称中央有(49)，(50)的孔装于壳体(14)Y-Y轴线对应轴销(49)，(50)之中；曲臂(51)下端有孔与下连接板(48)之孔同套于对应轴销(50)之上，曲臂(51)的双耳与下连接板(48)固结，曲臂(51)能绕轴销(50)旋转与档销(53)相碰时则曲臂(51)对称轴线与Y-Y轴线重合，曲臂(51)上有复位弹簧(54)，其右设有电磁铁(55)。

4、根据权利要求1中所述的“门内马斯摆杆”式扑翼飞行装置，其特征在于：调控信号啮合定位点是通过壳体(13)的转动的内齿圈套(22)外蜗轮与壳体(13)上的蜗杆(21)的传动副等多种调控方式将该信号啮合定位点调控到X-X轴上B2或B1节点重合时，则双翼扑翼半角α为零，双翼被牢固地锁定在翱翔的位置；在扑翼半角α为零至最大之间其内齿圈(6)的方位角变化与信号啮合定位点改变同步，行星齿轮(4)上那个特殊凸齿的齿顶在上扑、下扑的周期内，始终按不变规律碾压内齿圈(6)上那二个特殊凹齿齿根内信号触针各一次。

5、根据权利要求1或4所述的“门内马斯摆杆”式扑翼飞行装置，其特征在于：若驱动杆(9)，(10)上的并联点b与折返点B重合时为双翼上扑结束，下扑开始的瞬时，在控制信号作用下齿条(23)，(24)在驱动杆侧槽内被锁住，双平行四边形开合机构上的曲臂(51)与电磁铁(55)脱开，在弹簧(54)作用下被档销(53)挡住呈矩形，使左、右连接板(45)，(46)上的凸起条(71)，(72)与轮(44)脱离接触，这样缩放翼(37)，(38)上的缩放点S保持不动，以最大翼展下扑至B′点时，是下扑结束上扑开始的瞬时，在控制信号作用下齿条(23)，(24)在驱动杆侧槽内已开锁，双平行四边形开合机构上的曲臂(51)克服弹簧(54)拉力与电磁铁(55)吸住呈平行四边形，使凸起条(72)与轮(44)正压接触面产生顺时针转动，使齿条(23)，(24)外端处的缩放点S向内相向运动，使缩放翼(37)，(38)逐步收缩至抵几何中心O时，已收缩到S的最大位置，然后轮(44)与左连接板(45)上方凸起条(71)接触产生反时针转动，使缩放翼(37)，(38)上两缩放点S向外相背运动，将双翼逐步放开直抵B点时缩放点回到原S的位置，完成上扑、下扑的全过程。

6、根据权利要求1所述的“门内马斯摆杆”式扑翼飞行装置，其特征在于：双翼在飞行中的连续扑动中，在上、下折返点的B，B′处，由于换向产生的惯性冲击力能被双重曲柄滚轮机构所吸收，而双翼上任意点在对称于X-X轴线上、下扑动时所产生的渐加速度和渐减速度之交替循环变化与“双重曲柄滚轮机构”的相互作用更显出事半功倍的特殊效果。

7、“门内马斯摆杆”式扑翼飞行装置，是一种类似鸟类、昆虫飞翔的机械扑翼飞行装置，用卡当行星机构作输入机构，其特性在于：它是由连接套(30)，输入轮(1)，用皮带传动或者传动轴从连接套(30)的相应缺口(56)将动力输入，多根可拆精确连接件(15)，(16)将二组相同参数的单体扑翼飞行装置中相关部件相错180°串联组合，前、后啮合定位点应当分别确定在Y-Y轴线平面上的前内齿圈(6)节径上节点B和后内齿圈(6′)节径下节点B′或者相反的前B′和后B点位置，前后驱动杆(9)，(10)，(9′)，(10′)上的直线轨迹点b是通过前后套筒(8)、(8’)和前后卡当驱动销(7)、(7’)配合并联，前后组驱动杆上的圆轨迹点m是通过壳体(13)、(13’)，壳盖(14)、(14’)内的四段同心环槽(57)、(57’)，(58)、(58’)中约束、前后组驱动杆上的摆移支点a是通过轴线重合于X-X平面的四根支柱座(31)、(31’)，(32)、(32’)结构约束，卡当驱动销(7)，(7′)从套筒孔中穿过后，再套上轴套(11)，(11′)，分别置入壳盖(14)、(14′)纵槽(39)，(39′)之中，动力经输入轮(1)驱动相错180°的二组三联滚轮上固连的前、后卡当驱动销(7)，(7′)使前、后两组驱动杆按固定扑翼角作复式扑翼飞行。

8、根据权利要求7所述的“门内马斯摆杆”式扑翼飞行装置，其特性在于：复式扑翼飞行装置前、后二组驱动杆(9)，(10)和(9′)，(10′)外端有连接柄及数个安装孔，任意的形状、结构、材料、大小的直翼、折翼或特殊翼构件都可固定其上；由曲柄轴(2)，(2′)曲柄销(5)，(5′)卡当驱动销(7)，(7′)和三联滚轮(3)，(3′)等所组成的双重曲柄滚轮机构，对飞行中的双翼构件重量在两个折返处换向时的惯性冲击力能被双重曲柄滚轮机构所吸收，三联滚轮(3)，(3′)的外圆柱面在壳体(13)，(13′)内孔中纯滚动。

9、“门内马斯摆杆”式扑翼飞行装置，是一种类似鸟类、昆虫飞翔的机械扑翼飞行装置，用卡当行星机构作输入机构，其特性在于：封闭凸轮槽的凸轮板(61)，(62)被安装固定在壳体(13)和壳盖(14)相应端面上，驱动杆(9)，(10)上的侧槽中装有滑板(23)，(24)分别与外端套筒内带有缩放点S孔的滑杆(25)，(26)通过螺钉(68)紧固相连，其滑板(23)，(24)内端的轴台(63)，(64)上套有滚子(65)，(66)置入相应的封闭凸轮槽中，驱动杆(9)，(10)在直线轨迹点b中心内孔中用套筒(8)直接并联驱动，驱动杆(9)，(10)上的圆轨迹点m处孔中压入轴销(18)，(17)上滚轮(20)，(19)，置于壳体(13)壳盖(14)内的(58)，(57)环形槽中、在驱动杆(9)，(10)上摆移支点a处孔中压入轴套(34)，(33)，滑套(36)，(35)套在轴线重合于X-X平面的支柱座(31)，(32)中约束，卡当驱动销(7)从套筒孔(8)中穿过后，再套上轴套(11)置于壳盖(14)纵槽(39)之中，以固定扑翼角在Y-Y轴线上的BB′内作上、下往复驱动时，封闭凸轮槽中的 和 内滚子(65)，(66)中心按箭头所指方向是驱动杆(9)，(10)的同步下扑段，缩放翼上的固定点G和缩放点S保持相对静止不动的翼展最大状态；

和 是上扑时缩放翼的收缩段， 和 是缩放翼收缩保持段， 和 是缩放翼缩放复原段；在凸轮槽的上下折返处的导向板机构(75)，(76)是防止滚子(65)，(66)产生逆转，这是一种扑翼角固定前提下其上、下扑动时缩放翼(37)，(38)同步上屈下伸，结构简单实用。

10、根据权利要求9所述的“门内马斯摆杆”式扑翼飞行装置，其特征在于：对称的封闭凸轮槽(61)，(62)中

和 段是滚子(65)，(66)的中心点轨迹是椭圆曲线，其余段是过渡的圆弧曲线；由曲柄轴(2)、曲柄销(5)、卡当驱动销(7)和三联滚轮(3)等所组成的双重曲柄滚轮机构，对飞行中的双翼构件重量在两个折返处换向时的惯性冲击力能被双重曲柄滚轮机构所吸收；三联滚轮(3)的外圆柱面在壳体(13)内孔中纯滚动。

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