CN202717032U - 锥齿轮四翼式扑翼驱动机构 - Google Patents

Abstract

一种锥齿轮四翼式扑翼驱动机构，包括：两扑动机构、机架和电机组件。每对扑动机构包括：锥齿轮组件、四连杆机构和两个翅杆；锥齿轮组件固定于机架上；四连杆机构把锥齿轮高速旋转运动传递到翅杆上并转变成上下拍打运动；四连杆机构中曲柄摇杆与从动锥齿轮连接，曲柄摇杆同时连接两个连杆，这两个连杆各自连接一个翅杆，即由两个平面四连杆机构叠加在一起，共用一个曲柄摇杆。通过调节从动锥齿轮上两个摇杆的相对位置可以使前后两对翅杆实现同步或异步等多相位差的拍打，能够在飞行过程中高效地调节飞行器的动态平衡，并且为飞行器提供足够大的升力和推进力。整个机构采用常见材料制成，具有结构简单、易加工和易实现微型化。

Description

锥齿轮四翼式扑翼驱动机构

技术领域

本实用新型涉及的是一种微型飞行器技术领域的装置，具体是一种锥齿轮四翼式扑翼驱动机构。

背景技术

微型飞行器是一种模仿鸟类或昆虫飞行的微型飞行器，是20世纪90年代发展起来的一种新型飞行器，具有体积小、重量轻、成本低、飞行灵活和效率高等特点。现在和未来的飞行器设计期望方向要求机器人是小巧的、手提的、可随身携带的，像昆虫、鸟类一样可以超低空飞行，完成侦查和探索任务。

目前，微型扑翼飞行器基本上还处于初级研究阶段，尽管取得了相当的技术成果，积累了一定的研制经验。但是微型扑翼飞行器异与传统飞机，要实现仿生微型飞行器的自主飞行，必须使飞行器的扑翼产生足够的升力来克服其自身的重力及飞行中所产生的惯性力。

经过对现有技术的检索发现，荷兰delft大学以微电机作为动力源，通过两个空间四连杆机构传递运动，研制出了“delfly”系列扑翼飞行器。但是这类仿生扑翼飞行器基本上都是双(两)翼式的，而且仅依靠一组直齿轮减速箱来提供扑动运动所需的动力，效率比较低，不能产生足够的升力和推进力让飞行器飞行。此外，双翼式微飞行器翅膀难以像鸟类或昆虫一样随时高效的控制各个翅翼的扑动速度和扑动幅度，也不能精确的控制飞行轨迹。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提供了一种锥齿轮四翼式扑翼驱动机构。该驱动机构通过一个电机驱动两组锥齿轮各带动两个曲柄四连杆使两对翅膀产生稳定的拍打运动。具有结构简洁、输出功率大和可靠性高等特点。通过调节从动锥齿轮上两个摇杆的相对位置可以使前后两对翅膀实现同步或异步等多相位差的拍打，能够在飞行过程中高效地调节飞行器的动态平衡，并且为飞行器提供足够大的升力和推进力。

本实用新型是通过以下技术方案实现的，本实用新型包括：

用于进行拍打运动的两对扑动机构；

用于支撑扑动机构和电机组件的机架；以及

驱动两对扑动机构进行拍打运动的电机组件；

所述两对扑动机构结构完全相同，其中每对扑动机构包括：锥齿轮组件、四连杆机构和两个翅杆；其中锥齿轮组件通过齿轮轴固定于机架上；四连杆机构连接锥齿轮组件，锥齿轮组件连接翅杆；四连杆机构把锥齿轮高速旋转运动传递到翅杆上并转变成上下拍打运动。

所述锥齿轮组件包括：一个主动锥齿轮、两个从动锥齿轮和三个齿轮轴。主动锥齿轮通过齿轮轴固定在机架底部中央与电机相连接，两边各有一个从动锥齿轮通过齿轮轴固定在机架上并与主动锥齿轮啮合，当电机驱动主动锥齿轮转动时，主动锥齿轮将电机高速旋转运动传递给从动锥齿轮，从而带动从动锥齿轮转动。中间通过四连杆机构把运动输出到翅杆上。

所述四连杆机构包括：曲柄摇杆和连杆。其中：曲柄摇杆与从动锥齿轮连接；曲柄摇杆同时连接两个连杆，这两个连杆各自连接一个翅杆，等于是由两个平面四连杆机构叠加在一起，共用一个曲柄摇杆。所述四连杆机构在不发生运动干涉的前提下，尽量使相互之间的间隙为最小。

所述机架结构是一个方形框架式一体化结构，用于支撑扑动机构和电机组件。

所述电机组件包括：一个电机和电机传动轴。其中电机垂直悬置并固定与机架上，通过电机轴驱动主动锥齿轮转动。

本实用新型的工作原理是采用微电机作为驱动，利用两组锥齿轮各带动两侧的曲柄四连杆机构实现两侧翅杆扑动。为了使机构精简和增大输出力，电机置于机架中间，只通过电机轴带动主动锥齿轮转动，进而增加了输出扭矩；主动锥齿轮又将电机的高速旋转运动传递给从动锥齿轮，从动锥齿轮同时带动两个平面四连杆机构，各自驱动翅杆产生拍打运动。

本实用新型结构紧凑，尺寸合理，适合应用于微型扑翼飞行器上。机架是框架式一体化结构，适合用数控加工，具有加工简单且定位精度高，有利于实现整体微型化；锥齿轮组、电机采用标准构件，这样整个结构互换性高，易装配和维修，也便于大批量生产，降低了成本。

附图说明

图1为实施例整体轴侧图；

图2为实施例整体俯视图；

图3为实施例整体左视图；

图4为实施例扑动机构轴测图；

图5为实施例机架轴测图。

具体实施方式

以下对本实用新型的实施例做详细说明，本实施例在以实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括：

用于进行拍打运动的两对扑动机构1；

用于支撑扑动机构和电机组件的机架3；以及

驱动两对扑动机构进行拍打运动的电机组件2；

其中：机架是支撑结构，扑动机构是传递运动和转变运动形式的桥梁，电机组件是驱动源。

如图2-5所示，所述扑动机构1中：一个主动锥齿轮4、两个从动锥齿轮组件5、6，四个翅杆7、8、9、10，四个曲柄一级连杆11、12、13、14和两个曲柄摇杆15、16，三个齿轮轴17、18、19，四个翅杆轴20、21、22、23，四个二级连杆24、25、26、27。其中：主动锥齿轮4通过齿轮轴19固定机架上，两侧各有一个从动锥齿轮通过齿轮轴17、18固定在机架上，并与主动锥齿轮相互啮合。曲柄摇杆15、16分别与从动锥齿轮5、6相连接，四个一级连杆与曲柄摇杆相连接，其中一级连杆11、12同轴嵌套在曲柄摇杆15上，一级连杆13、14则同轴嵌套在摇杆16上。四个翅杆分别通过二级连杆与一级连杆相连接，并且又分别通过四个翅杆轴固定与机架上。

所述电机组件包括：电机2和电机轴28。其中：电机3垂直悬置并固定与机架上，通过电机轴28与主动锥齿轮4相连接。

所述机架如图5所示，是一个方形框架式一体化结构，用于支撑扑动机构和电机组件。

所述机架采用的是轻木材料制成；扑动机构，包括主从锥齿轮和四连杆结构均采用塑料制成。

本扑翼扑动机构利用曲柄摇杆机构来实现的，具有传动平稳制造简单等优点。本装置采用一个电机同时驱动两副锥齿轮曲柄四连杆结构，前后各有两个四连杆机构控制翅杆产生拍打运动。在飞行过程中，可以很好的控制拍打频率和前后两副翅膀的扑动相位差，以最大可能满足飞行的升力要求。本装置的结构组件较简单，采用了一部分标准构件，其余部件形状规格也较简单，材料采用的是轻木和塑料等材料，加工容易，便于采用数控微加工批量生产，有利于结构整体微型化。此外，本装置采用的微电机作为驱动源，不需要很高的电源电压，这便于机构自身携带电源。

综上，本实用新型中，主动锥齿轮固定于机架底部中央，两个从动锥齿轮位于机架前后两侧分别与主动锥齿轮啮合并带动四连杆机构运功，两个叠加一起的平面四连杆结构分别带动一个翅杆将锥齿轮旋转运动转变成翅杆的拍打运动。通过调节从动锥齿轮上两个摇杆的相对位置可以使前后两对翅杆实现同步或异步等多相位差的拍打，能够在飞行过程中高效地调节飞行器的动态平衡，并且为飞行器提供足够大的升力和推进力。整个机构采用常见材料制成，具有结构简单、易加工和易实现微型化。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种锥齿轮四翼式扑翼驱动机构，包括：

用于进行拍打运动的两对扑动机构；

用于支撑扑动机构和电机组件的机架；以及

驱动两对扑动机构进行拍打运动的电机组件；其特征在于：

所述两对扑动机构结构完全相同，其中每对扑动机构包括：锥齿轮组件、四连杆机构和两个翅杆；其中锥齿轮组件通过齿轮轴固定于机架上；四连杆机构连接锥齿轮组件，锥齿轮组件连接翅杆；

所述四连杆机构包括：曲柄摇杆和连杆，其中：曲柄摇杆与从动锥齿轮连接；曲柄摇杆同时连接两个连杆，这两个连杆各自连接一个翅杆，即由两个平面四连杆机构叠加在一起，共用一个曲柄摇杆。

2.根据权利要求1所述锥齿轮四翼式扑翼驱动机构，其特征在于：所述锥齿轮组件包括：一个主动锥齿轮、两个从动锥齿轮和三个齿轮轴；主动锥齿轮通过齿轮轴固定在机架底部中央与电机相连接，两边各有一个从动锥齿轮通过齿轮轴固定在机架上并与主动锥齿轮啮合。

3.根据权利要求2所述锥齿轮四翼式扑翼驱动机构，其特征在于：所述电机垂直悬置于机架中间，通过电机轴与主动锥齿轮相连接。

4.根据权利要求2所述锥齿轮四翼式扑翼驱动机构，其特征在于：所述主、从动锥齿轮、四连杆机构和翅杆连接件由塑料制成。

5.根据权利要求1-4任一项所述锥齿轮四翼式扑翼驱动机构，其特征在于：所述机架是方形框架式一体化结构，由轻木材料制成。

6.根据权利要求1-4任一项所述锥齿轮四翼式扑翼驱动机构，其特征在于：所述翅杆自身通过翅杆轴固定在机架上。

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