CN205098477U - 差动变幅扑翼驱动机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种差动变幅扑翼驱动机构，差动变幅扑翼驱动机构包括：机架(1)、电机(2)、减速齿轮组(3)、扑动杆组(4)、调幅杆组(5)和舵机组。优点为：(1)本实用新型具有较高的可靠性和简易的维护性，调节左右摇臂扑动幅度时，只需控制两侧的舵机转角即可完成，实际操作简单，能够连续/平稳完成。扑动幅度调节范围大，差动调节效果明显。(2)左调幅子系统和右调幅子系统独立工作，可独立控制左调幅子系统和右调幅子系统的状态，进而实现对左摇臂和右摇臂扑动幅度的灵活控制，提高飞机的飞行性能。(3)本实用新型结构紧凑，重量轻，尺寸小，输出功率大，适合在微型扑翼飞行器上应用。

Description

差动变幅扑翼驱动机构

技术领域

本实用新型属于扑翼飞行器驱动机构技术领域，具体涉及一种差动变幅扑翼驱动机构。

背景技术

微型扑翼飞行器是一种模仿鸟类或昆虫，能够通过翅膀的扑动同时产生推力和升力的新概念飞行器。由于其在低雷诺数下优良的气动特性和仿生飞行器的特殊应用前景，目前国内外很多研究机构都在对其进行研究。作为扑翼飞行器的关键部件，驱动机构对扑翼飞行器的整体效率有着至关重要的影响。

通过分析鸟类的飞行特点发现，鸟类总是能根据飞行环境的变化，变换适合的飞行方式，选择合适的扑动频率和扑动幅度，既保证了飞行所需的气动力，又高效地利用了环境以及自身的能量。从整个飞行过程来看，除了最基本的翅膀上下扑动运动外，一个很重要的运动是翅膀的幅度变化能力。

目前已经研制成功的扑翼驱动机构有美国AeroVironment公司设计的“蜂鸟”驱动机构，日本电子通信大学研制的可以驱动两段机翼的扑翼驱动机构，以及美国特拉华大学研制的可实现扭转运动的两自由度扑动机构等。这些新颖的扑动驱动机构，有些已经实现了装机飞行，但是受制于扑动驱动机构的低效率，距离实际应用仍有一定的差距。

中国专利公开号CN102285453A、公开日2011年12月21日、实用新型名称为一种无级调幅扑翼驱动机构，该申请公开了一种利用两级行星齿轮实现扑翼幅度变化的机构。其不足之处是机构组成复杂、重量大以及变幅可靠性低。

由此可见，现有扑翼驱动机构的不足主要在于：仿生程度低、机械效率不高以及变幅驱动能力差等；因此，提供一种新颖的扑翼驱动机构，解决现有技术中扑翼驱动机构的相关问题，具有重要意义。

实用新型内容

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种差动变幅扑翼驱动机构，可有效解决上述问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种差动变幅扑翼驱动机构，包括：机架(1)、电机(2)、减速齿轮组(3)、扑动杆组(4)、调幅杆组(5)和舵机组；

其中，所述机架(1)为左右对称结构，以面向机头方向为正面；

所述减速齿轮组(3)为两级平行减速器，包括：一级主动齿轮(3A)、一级从动齿轮(3B)、二级主动齿轮(3C)、二级左从动齿轮(3D)、二级右从动齿轮(3D’)以及传动轴(3E)；

所述电机(2)固定安装于所述机架(1)背面的纵向中心线位置，在所述电机(2)的输出轴上安装所述一级主动齿轮(3A)，在所述一级主动齿轮(3A)的正下方设置所述一级从动齿轮(3B)；所述电机(2)的输出端与所述一级主动齿轮(3A)联动，所述一级主动齿轮(3A)与所述一级从动齿轮(3B)啮合；另外，所述一级从动齿轮(3B)与所述传动轴(3E)的一端套设连接，所述传动轴(3E)的另一端穿过所述机架(1)而延伸到所述机架(1)正面，与位于所述机架(1)正面的所述二级主动齿轮(3C)套设连接，并且，所述传动轴(3E)与所述机架(1)所在平面垂直；在所述机架(1)正面底部的左右两端，对称安装所述二级左从动齿轮(3D)和所述二级右从动齿轮(3D’)，并且，所述二级主动齿轮(3C)与所述二级左从动齿轮(3D)啮合，而所述二级左从动齿轮(3D)与所述二级右从动齿轮(3D’)啮合；

所述扑动杆组(4)包括左扑动子系统、右扑动子系统和摇臂轴(4C)；其中，所述左扑动子系统包括左连杆(4A)、左摇臂(4B)和左连杆轴(4E)；所述右扑动子系统包括右连杆(4A’)、右摇臂(4B’)和右连杆轴(4E’)；

所述摇臂轴(4C)设置于所述机架(1)正面的纵向中心线顶部，所述左摇臂(4B)和所述右摇臂(4B’)对称设置于所述摇臂轴(4C)的左右两侧，并且，所述左摇臂(4B)的右端和所述右摇臂(4B’)的左端均与所述摇臂轴(4C)铰接；此外，所述左摇臂(4B)开设有左滑槽(4B-1)；所述右摇臂(4B’)开设有右滑槽(4B’-1)；

另外，所述左连杆轴(4E)固定安装于所述二级左从动齿轮(3D)的偏心位置点；所述右连杆轴(4E’)固定安装于所述二级右从动齿轮(3D’)的偏心位置点；并且，所述左连杆轴(4E)在所述二级左从动齿轮(3D)的安装位置与所述右连杆轴(4E’)在所述二级右从动齿轮(3D’)的安装位置镜像对称；

则：所述左连杆(4A)的顶端固定安装左滑块，该左滑块位于所述左滑槽(4B-1)中，并可沿所述左滑槽(4B-1)滑动；所述左连杆(4A)的底端与所述左连杆轴(4E)铰接；

所述右连杆(4A’)的顶端固定安装右滑块，该右滑块位于所述右滑槽(4B’-1)中，并可沿所述右滑槽(4B’-1)滑动；所述右连杆(4A’)的底端与所述右连杆轴(4E’)铰接；

所述调幅杆组(5)包括：左调幅子系统和右调幅子系统；

所述左调幅子系统包括：左调幅摇臂(5A)、左调幅销(5B)、左短连杆(5C)和左舵盘(5D)；所述右调幅子系统包括：右调幅摇臂(5A’)、右调幅销(5B’)、右短连杆(5C’)和右舵盘(5D’)；

所述舵机组包括左舵机(6A)和右舵机(6B)；所述左舵机(6A)和所述右舵机(6B)对称固定安装于所述机架(1)背面的两侧；

则：所述左调幅子系统的结构为：所述左舵机(6A)的输出端与所述左舵机摇臂(5D)的一端可转动连接，所述左舵机摇臂(5D)的另一端与所述左短连杆(5C)的一端铰接，所述左短连杆(5C)的另一端记为A端，A端与所述左调幅摇臂(5A)的一端铰接，所述左调幅摇臂(5A)的另一端铰接到所述机架(1)；此外，A端还过盈配合安装所述左调幅销(5B)，所述左调幅销(5B)的轴向与所述机架(1)所在平面垂直，并且，所述左连杆(4A)沿轴向开设有左连杆滑槽(4A-1)，所述左调幅销(5B)的自由端配合安装在所述左连杆滑槽(4A-1)中，并可沿所述左连杆滑槽(4A-1)自由滑动；

所述右调幅子系统和所述左调幅子系统为对称结构。

优选的，所述机架(1)的顶端和底端分别设置有轴线垂直于机架表面的机构固定孔(1A)，通过所述机构固定孔(1A)，将所述差动变幅扑翼驱动机构固定安装到扑翼飞行器机身；

所述机架(1)背面的纵向中心线位置开设有电机安装孔(1C)，通过所述电机安装孔(1C)，将所述电机(2)安装固定到所述机架(1)；

所述机架(1)的顶部开设有摇臂轴孔(1G)，通过所述摇臂轴孔(1G)，将所述摇臂轴(4C)安装到所述机架(1)；

所述机架(1)的左右两侧分别对称开设有左舵机安装孔(1B)和右舵机安装孔(1B’)；通过所述左舵机安装孔(1B)，将所述左舵机(6A)安装到所述机架(1)；通过所述右舵机安装孔(1B’)，将所述右舵机(6B)安装到所述机架(1)；

所述机架(1)的左右两侧还分别对称开设有左调幅摇臂安装孔(1D)和右调幅摇臂安装孔(1D’)；通过所述左调幅摇臂安装孔(1D)，将所述左调幅摇臂(5A)铰接到所述机架(1)；通过所述右调幅摇臂安装孔(1D’)，将所述右调幅摇臂(5A’)铰接到所述机架(1)；

所述机架(1)的下部开设有一级传动轴孔(1E)，通过所述一级传动轴孔(1E)安装所述传动轴(3E)；

在所述一级传动轴孔(1E)下方的左右两侧，分别开设有二级左安装轴孔(1F)和二级右安装轴孔(1F’)；所述二级左安装轴孔(1F)用于将所述二级左从动齿轮(3D)安装到所述机架(1)；所述二级右安装轴孔(1F’)用于将所述二级右从动齿轮(3D’)安装到所述机架(1)。

优选的，所述机构固定孔(1A)、所述电机安装孔(1C)、所述摇臂轴孔(1G)、所述左舵机安装孔(1B)、所述右舵机安装孔(1B’)、所述左调幅摇臂安装孔(1D)、所述右调幅摇臂安装孔(1D’)、所述一级传动轴孔(1E)、所述二级左安装轴孔(1F)和所述二级右安装轴孔(1F’)的轴线相互平行且为通孔。

优选的，所述减速齿轮组(3)的总减速比为21～22。

优选的，所述减速齿轮组(3)的总减速比为21.6。

优选的，对于所述扑动杆组(4)，以等效曲柄长度为基准长度1.0，则：所述左连杆(4A)的连杆长度和所述右连杆(4A’)的长度相等，均为9.0，所述左摇臂(4B)的摇臂长度和所述右摇臂(4B’)的摇臂长度相等，均为9.5；其中，所述等效曲柄长度为：将所述左连杆(4A)底端用于与所述左连杆轴(4E)铰接的轴孔记为第1轴孔，所述第1轴孔与所述二级左从动齿轮(3D)轴孔之间的圆心距即为所述等效曲柄长度。

优选的，对于所述调幅杆组(5)，以左舵盘(5D)或右舵盘(5D’)长度为基准长度1.0，则：所述左短连杆(5C)和所述右短连杆(5C’)的长度相等，均为0.5～0.6；所述左调幅摇臂(5A)和所述左调幅摇臂(5A)的长度相等，均为1.3～1.4。

本实用新型提供的差动变幅扑翼驱动机构具有以下优点：

(1)本实用新型具有较高的可靠性和简易的维护性，调节左右摇臂扑动幅度时，只需控制两侧的舵机转角即可完成，实际操作简单，能够连续/平稳完成。扑动幅度调节范围大，差动调节效果明显。

(2)左调幅子系统和右调幅子系统独立工作，可独立控制左调幅子系统和右调幅子系统的状态，进而实现对左摇臂和右摇臂扑动幅度的灵活控制，提高飞机的飞行性能。

(3)本实用新型结构紧凑，重量轻，尺寸小，输出功率大，适合在微型扑翼飞行器上应用。

附图说明

图1为本实用新型提供的差动变幅扑翼驱动机构的立体结构示意图；

图2为本实用新型提供的扑动杆组的结构示意图；

图3为本实用新型提供的调幅杆组的正投影视图；

图4为本实用新型提供的单独的左调幅子系统的结构示意图；

图5为本实用新型提供的调幅杆组与扑动杆组之间位置关系的示意图；

图6为本实用新型提供的减速齿轮组的结构示意图；

图7为本实用新型提供的机架的后视结构示意图；

图8为本实用新型提供的差动变幅扑翼驱动机构与机身之间安装形式的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供一种差动变幅扑翼驱动机构以及驱动方法，为一种占用空间小，变幅可靠性高，可实现左右摇臂独立变幅的微型扑翼飞行器驱动机构。其主要创新为：通过对左右两个调幅摇臂角度的调节，使其在保证左右摇臂能够完全对称扑动的基础上，实现了对左右摇臂扑动幅度的分别控制，使机构在能耗和控制方面都留下了较大的提升空间，为研制更加高效的微型扑翼飞行器打下了基础。

参考图1，为差动变幅扑翼驱动机构的立体结构示意图，参考图8，为差动变幅扑翼驱动机构与机身之间安装形式的示意图，差动变幅扑翼驱动机构主要包括：机架1、电机2、减速齿轮组3、扑动杆组4、调幅杆组5和舵机组。以下对各部件分别详细说明：

(一)机架

机架1为左右对称的紧凑的整体机构，以面向机头方向为正面；如图7所示，为机架的后视结构示意图；机架1的顶端和底端分别设置有轴线垂直于机架表面的机构固定孔1A，通过机构固定孔1A，将差动变幅扑翼驱动机构固定安装到扑翼飞行器机身；

机架1背面的纵向中心线位置开设有电机安装孔1C，通过电机安装孔1C，将电机2安装固定到机架1；

机架1的顶部开设有摇臂轴孔1G，通过摇臂轴孔1G，将摇臂轴4C安装到机架1；

机架1的左右两侧分别对称开设有左舵机安装孔1B和右舵机安装孔1B’；通过左舵机安装孔1B，将左舵机6A安装到机架1；通过右舵机安装孔1B’，将右舵机6B安装到机架1；

机架1的左右两侧还分别对称开设有左调幅摇臂安装孔1D和右调幅摇臂安装孔1D’；通过左调幅摇臂安装孔1D，将左调幅摇臂5A铰接到机架1；通过右调幅摇臂安装孔1D’，将右调幅摇臂5A’铰接到机架1；

机架1的下部开设有一级传动轴孔1E，通过一级传动轴孔1E安装传动轴3E；

在一级传动轴孔1E下方的左右两侧，分别开设有二级左安装轴孔1F和二级右安装轴孔1F’；二级左安装轴孔1F用于将二级左从动齿轮3D安装到机架1；二级右安装轴孔1F’用于将二级右从动齿轮3D’安装到机架1。

机构固定孔1A、电机安装孔1C、摇臂轴孔1G、左舵机安装孔1B、右舵机安装孔1B’、左调幅摇臂安装孔1D、右调幅摇臂安装孔1D’、一级传动轴孔1E、二级左安装轴孔1F和二级右安装轴孔1F’的轴线相互平行且为通孔。

本实用新型提供的机架，在满足需求的前提下尽可能的进行轻量化的设计，整个机构保持了极佳的空间利用率。

(二)电机和减速齿轮组

电机用于为减速齿轮组提供动力，电机可采用定子型号为1804的外转子直流无刷电机。

减速齿轮组3为两级平行减速器，参考图6，为减速齿轮组的结构示意图，包括：一级主动齿轮3A、一级从动齿轮3B、二级主动齿轮3C、二级左从动齿轮3D、二级右从动齿轮3D’以及传动轴3E；

其中，电机和减速齿轮组之间的啮合关系为：电机2固定安装于机架1背面的纵向中心线位置，在电机2的输出轴上安装一级主动齿轮3A，在一级主动齿轮3A的正下方设置一级从动齿轮3B；电机2的输出端与一级主动齿轮3A联动，一级主动齿轮3A与一级从动齿轮3B啮合；另外，一级从动齿轮3B与传动轴3E的一端套设连接，传动轴3E的另一端穿过机架1而延伸到机架1正面，与位于机架1正面的二级主动齿轮3C套设连接，并且，传动轴3E与机架1所在平面垂直，由此实现了一级从动齿轮3B和二级主动齿轮3C之间的齿轮连轴设计形式；在机架1正面底部的左右两端，对称安装二级左从动齿轮3D和二级右从动齿轮3D’，并且，二级主动齿轮3C与二级左从动齿轮3D啮合，而二级左从动齿轮3D与二级右从动齿轮3D’啮合。

本实用新型中，二级左从动齿轮3D和二级右从动齿轮3D’齿数相同。减速齿轮组的减速比由电机负载状态下的转速与微型扑翼飞行器飞行所需扑翼扑动频率确定，通常设计为21～22，优选减速比设计为21.6。

设计上述结构形式的减速齿轮组，主要用于实现二级左从动齿轮3D和二级右从动齿轮3D’同步反向转动。

(三)扑动杆组

参考图2，为扑动杆组的结构示意图，扑动杆组4包括左扑动子系统、右扑动子系统和摇臂轴4C；其中，左扑动子系统包括左连杆4A、左摇臂4B和左连杆轴4E；右扑动子系统包括右连杆4A’、右摇臂4B’和右连杆轴4E’；

摇臂轴4C设置于机架1正面的纵向中心线顶部，左摇臂4B和右摇臂4B’对称设置于摇臂轴4C的左右两侧，并且，左摇臂4B的右端和右摇臂4B’的左端均与摇臂轴4C铰接；此外，左摇臂4B开设有左滑槽4B-1；右摇臂4B’开设有右滑槽4B’-1；

另外，左连杆轴4E固定安装于二级左从动齿轮3D的偏心位置点；右连杆轴4E’固定安装于二级右从动齿轮3D’的偏心位置点；并且，左连杆轴4E在二级左从动齿轮3D的安装位置与右连杆轴4E’在二级右从动齿轮3D’的安装位置镜像对称；

则：左连杆4A的顶端固定安装左滑块，该左滑块位于左滑槽4B-1中，并可沿左滑槽4B-1滑动；左连杆4A的底端与左连杆轴4E铰接；

右连杆4A’的顶端固定安装右滑块，该右滑块位于右滑槽4B’-1中，并可沿右滑槽4B’-1滑动；右连杆4A’的底端与右连杆轴4E’铰接。

所有配合件均保留了合理的间隙，保证了机构运动的灵活，并减小了摩擦。

实际应用中，通过对扑动杆组不同尺寸比例关系的设计，可获得不同的扑动幅度范围和上下扑动不对称度，进而影响变幅过程的对称度。作为一种优选方式，以等效曲柄长度为基准长度1.0，则：左连杆4A的连杆长度和右连杆4A’的长度相等，均为9.0，左摇臂4B的摇臂长度和右摇臂4B’的摇臂长度相等，均为9.5；其中，等效曲柄长度为：将左连杆4A底端用于与左连杆轴4E铰接的轴孔记为第1轴孔，第1轴孔与二级左从动齿轮3D轴孔之间的圆心距即为等效曲柄长度。在该种设计下，杆长最大扑动幅度达到58°，不对称度合理，满足扑翼飞行器飞行要求。

通过扑动杆组和减速齿轮组配合，可实现将电机输出的高速旋转运动转变为摇臂给定频率的上下扑动，通过机架正面左右对称等大的两个二级从动齿轮的啮合，使得左右摇臂的扑动完全镜像对称。机构使用对称的二级从动齿轮分别驱动对应一侧的扑动杆组，使得两侧的摇臂扑动特性相对独立，互不干扰。

(四)调幅杆组

参考图3，为调幅杆组的正投影视图；参考图4，为单独的左调幅子系统的结构示意图；参考图5，为调幅杆组与扑动杆组之间位置关系的示意图。

调幅杆组5包括：左调幅子系统和右调幅子系统；

左调幅子系统包括：左调幅摇臂5A、左调幅销5B、左短连杆5C和左舵盘5D；右调幅子系统包括：右调幅摇臂5A’、右调幅销5B’、右短连杆5C’和右舵盘5D’；

舵机组包括左舵机6A和右舵机6B；左舵机6A和右舵机6B对称固定安装于机架1背面的两侧；

则：左调幅子系统的结构为：左舵机6A的输出端与左舵机摇臂5D的一端可转动连接，左舵机摇臂5D的另一端与左短连杆5C的一端铰接，左短连杆5C的另一端记为A端，A端与左调幅摇臂5A的一端铰接，左调幅摇臂5A的另一端铰接到机架1；此外，A端还过盈配合安装左调幅销5B，左调幅销5B的轴向与机架1所在平面垂直，并且，左连杆4A沿轴向开设有左连杆滑槽4A-1，左调幅销5B的自由端配合安装在左连杆滑槽4A-1中，并可沿左连杆滑槽4A-1自由滑动；

右调幅子系统和左调幅子系统为对称结构。

实际应用中，调幅杆组的尺寸可优选设计为：以左舵盘5D或右舵盘5D’长度为基准长度1.0，则：左短连杆5C和右短连杆5C’的长度相等，均为0.5～0.6；左调幅摇臂5A和左调幅摇臂5A的长度相等，均为1.3～1.4。

调幅杆组的工作原理为：

左调幅子系统和右调幅子系统为两个独立的调幅子系统，左调幅销5B和右调幅销5B’可同时处于静止状态，或者，同时处于对称的运动状态，或者，一个为静止状态一个为运动状态，或者，处于非对称的运动状态。根据左调幅销5B和右调幅销5B’状态的不同，实现对机翼的不同驱动方式。

具体的，以左调幅子系统为例，介绍其调幅原理：

左调幅子系统中的左调幅销5B由左舵机驱动运动。当左调幅销5B静止不动时，左连杆4A以左调幅销5B为支点，在二级左从动齿轮3D的驱动下，其末端轴承将实现纺锤形状的运动轨迹，由于轴承配合在左摇臂4B所开设的槽中，因此，该运动轨迹驱动左摇臂4B上下扑动，从而将电机的旋转运动转化为左摇臂4B的扑动。

当左调幅销5B在左舵机的驱动下运动时，左连杆4A在左调幅销5B的牵引下改变左右位置，从而改变了左连杆4A末端轴承运动轨迹相对于扑动杆组摇臂的位置，由一定弧长下扇形夹角与半径关系，可知此时左摇臂4B的扑动幅度将发生改变。左调幅销5B向内侧移动时，左摇臂4B的扑动幅度增大；反之，扑动幅度减小。优选尺寸关系下，变幅范围可以达到14°～62°。

本实用新型调节幅度时，舵机带动舵盘运动，舵盘驱动调幅杆组使得调节销带动扑动杆组的连杆左右移动，连杆的平面位置的移动改变了连杆顶端轴承在摇臂滑槽中的位置，根据一定弧长下扇形半径与夹角的关系，摇臂的扑动幅度将发生改变。以这种调节幅度方式，调节销在运动和静止的状态下均不受连杆长度方向上的机翼气动载荷，而仅承受较小的连杆左右摆动带来的载荷，因此调节过程平稳、连续，可以在设计范围内的任意幅度下保持扑动，并且可以实现左右摇臂的不对称调节与扑动。

本实用新型通过设计合理的连杆滑槽长度，使得调节销位置固定时，连杆的上下运动不受影响。通过优选扑动杆组的尺寸关系来满足微型扑翼飞行器摇臂上下扑动角度的要求，同时使连杆左右摆动幅度较小，减小了对调节销的冲击。

本实用新型基本上述结构，提供一种差动变幅扑翼驱动方法，包括以下步骤：

步骤1，调幅杆组5包括左调幅子系统和右调幅子系统，其中，左调幅子系统由左舵机驱动，右调幅子系统由右舵机驱动；

扑动杆组4包括左扑动子系统和右扑动子系统；左扑动子系统和右扑动子系统由电机2通过减速齿轮组3同步对称驱动；

其中，左调幅子系统的左调幅销5B位于左扑动子系统的左连杆4A沿轴向开设的左连杆滑槽4A-1中；右调幅子系统的右调幅销5B’位于右扑动子系统的右连杆沿轴向开设的右连杆滑槽中；

步骤2，差动变幅扑翼驱动机构具有两种工作模式，根据实际飞行状态，在两种工作模式之间灵活切换：

第一种工作模式：等幅扑翼驱动模式，区分以下两种驱动子模式：

第1种驱动子模式：

左舵机和右舵机均处于关闭状态，因此，左调幅销5B和右调幅销5B’处于静止不动且相对于机架对称的状态；

启动电机后，电机通过齿轮啮合关系，最终实现二级左从动齿轮3D和二级右从动齿轮3D’同步反向转动；

当二级左从动齿轮3D转动时，带动左连杆轴4E同步转动；左连杆轴4E转动时，带动左连杆4A运动，同时，由于静止的左调幅销5B位于左连杆4A沿轴向开设的左连杆滑槽中，因此，左连杆4A在左调幅销5B的限幅作用下，以左调幅销5B为支点运动，此外，左连杆4A末端轴承实现纺锤形状的运动轨迹；又由于左边杆4A顶端的左滑块位于左滑槽4B-1中，因此，左连杆4A运动带动左摇臂4B在一定幅度范围内扑动，进而将电机的旋转运动转化为摇臂的扑动；

二级右从动齿轮3D’同理带动右摇臂4B’在一定幅度范围内扑动；

由于差动变幅扑翼驱动机构为左右对称结构，因此，左摇臂4B和右摇臂4B’进行对称等幅扑动，并且，左摇臂4B的扑动幅度和右摇臂4B’的扑动幅变保持不变；

第2种驱动子模式：

左舵机和右舵机均处于开启状态，并且，左舵机和右舵机分别同时驱动左舵盘5D和右舵盘5D’相对于机架中心轴线对称转动，使左调幅销5B和右调幅销5B’处于对称的运动状态；

同时，电机启动后，电机通过齿轮啮合关系，最终实现二级左从动齿轮3D和二级右从动齿轮3D’同步反向转动；

当二级左从动齿轮3D转动时，带动左连杆轴4E同步转动；左连杆轴4E转动时，带动左连杆4A运动，同时，由于运动的左调幅销5B位于左连杆4A沿轴向开设的左连杆滑槽中，因此，左连杆4A在运动的左调幅销5B的限幅作用下带动左摇臂4B实现扑动幅度不断变化的扑动；

二级右从动齿轮3D’同理带动右摇臂4B’实现扑动幅度不断变化的扑动；

由于差动变幅扑翼驱动机构为左右对称结构，因此，左摇臂4B和右摇臂4B’进行对称的等幅扑动，即：在同一时刻，左摇臂4B和右摇臂4B’的扑动幅度相同；

第二种工作模式：差幅扑翼驱动模式，包括以下两种驱动子模式：

第1种驱动子模式：

左舵机和右舵机均处于开启状态，并且，左舵机和右舵机分别同时驱动左舵盘5D和右舵盘5D’相对于机架中心轴线转动不同的角度，使左调幅销5B和右调幅销5B’处于非对称的状态；

同时，电机启动后，电机通过齿轮啮合关系，最终实现二级左从动齿轮3D和二级右从动齿轮3D’同步反向转动；

当二级左从动齿轮3D转动时，带动左连杆轴4E同步转动；左连杆轴4E转动时，带动左连杆4A运动，同时，由于运动的左调幅销5B位于左连杆4A沿轴向开设的左连杆滑槽中，因此，左连杆4A在左调幅销5B的限幅作用下带动左摇臂4B实现扑动幅度不断变化的扑动；

二级右从动齿轮3D’同理带动右摇臂4B’实现扑动幅度不断变化的扑动；

又由于左调幅销5B和右调幅销5B’处于非对称的状态，因此，在同一时刻，左摇臂4B和右摇臂4B’的扑动幅度不相同，为一种差动变幅驱动；

第2种驱动子模式：

左舵机和右舵机中，一个舵机处于开启状态，另一个舵机处于关闭状态，此处，假设左舵机为关闭状态，右舵机为开启状态，则：左调幅销5B静止不动；

右舵机驱动右舵盘5D’转动，使右调幅销5B’处于运动状态；

同时，电机启动后，电机通过齿轮啮合关系，最终实现二级左从动齿轮3D和二级右从动齿轮3D’同步反向转动；

当二级左从动齿轮3D转动时，带动左连杆轴4E同步转动；左连杆轴4E转动时，带动左连杆4A运动，同时，由于左调幅销5B位于左连杆4A沿轴向开设的左连杆滑槽中，因此，左连杆4A在左调幅销5B的限幅作用下带动左摇臂4B实现扑动幅度不发生变化的扑动；

二级右从动齿轮3D’转动时，带动右连杆轴4E’同步转动；右连杆轴4E’转动时，带动右连杆4A’运动，同时，由于右调幅销5B’位于右连杆4A’沿轴向开设的右连杆滑槽中，因此，右连杆4A’在运动的右调幅销5B’的限幅作用下带动右摇臂4B’实现扑动幅度不断发生变化的扑动；

因此，在同一时刻，左摇臂4B和右摇臂4B’的扑动幅度不相同，为一种差动变幅驱动。

本实用新型提供的差动变幅扑翼驱动机构以及驱动方法，驱动机构主要由机架、电机、减速齿轮组、扑动杆组、调幅杆组和舵机等组成。其主要原理可简单描述为：在机架上固定电机，电机驱动减速齿轮组，进而使左右两个二级从动齿轮同步相反转动；通过左右两个二级从动齿轮，驱动扑动杆组，使得两个摇臂上下扑动，从而实现将电机的高速转动转变为扑动杆组摇臂的上下扑动。在摇臂扑动过程中，左右两个舵机分别控制两侧调幅杆组的状态，进而影响扑动杆组中各杆的相对位置，实现在机构运转中连续平稳地改变摇臂扑动幅度。本实用新型适用于高性能微型扑翼飞行器。

综上所述，本实用新型提供的差动变幅扑翼驱动机构以及驱动方法，具有以下优点：

(1)本实用新型具有较高的可靠性和简易的维护性，调节左右摇臂扑动幅度时，只需控制两侧的舵机转角即可完成，实际操作简单，能够连续/平稳完成。扑动幅度调节范围大，差动调节效果明显。

(2)左调幅子系统和右调幅子系统独立工作，可独立控制左调幅子系统和右调幅子系统的状态，进而实现对左摇臂和右摇臂扑动幅度的灵活控制，提高飞机的飞行性能。

(3)本实用新型结构紧凑，重量轻，尺寸小，输出功率大，适合在微型扑翼飞行器上应用。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种差动变幅扑翼驱动机构，其特征在于，包括：机架(1)、电机(2)、减速齿轮组(3)、扑动杆组(4)、调幅杆组(5)和舵机组；

其中，所述机架(1)为左右对称结构，以面向机头方向为正面；

所述减速齿轮组(3)为两级平行减速器，包括：一级主动齿轮(3A)、一级从动齿轮(3B)、二级主动齿轮(3C)、二级左从动齿轮(3D)、二级右从动齿轮(3D’)以及传动轴(3E)；

所述电机(2)固定安装于所述机架(1)背面的纵向中心线位置，在所述电机(2)的输出轴上安装所述一级主动齿轮(3A)，在所述一级主动齿轮(3A)的正下方设置所述一级从动齿轮(3B)；所述电机(2)的输出端与所述一级主动齿轮(3A)联动，所述一级主动齿轮(3A)与所述一级从动齿轮(3B)啮合；另外，所述一级从动齿轮(3B)与所述传动轴(3E)的一端套设连接，所述传动轴(3E)的另一端穿过所述机架(1)而延伸到所述机架(1)正面，与位于所述机架(1)正面的所述二级主动齿轮(3C)套设连接，并且，所述传动轴(3E)与所述机架(1)所在平面垂直；在所述机架(1)正面底部的左右两端，对称安装所述二级左从动齿轮(3D)和所述二级右从动齿轮(3D’)，并且，所述二级主动齿轮(3C)与所述二级左从动齿轮(3D)啮合，而所述二级左从动齿轮(3D)与所述二级右从动齿轮(3D’)啮合；

所述扑动杆组(4)包括左扑动子系统、右扑动子系统和摇臂轴(4C)；其中，所述左扑动子系统包括左连杆(4A)、左摇臂(4B)和左连杆轴(4E)；所述右扑动子系统包括右连杆(4A’)、右摇臂(4B’)和右连杆轴(4E’)；

所述摇臂轴(4C)设置于所述机架(1)正面的纵向中心线顶部，所述左摇臂(4B)和所述右摇臂(4B’)对称设置于所述摇臂轴(4C)的左右两侧，并且，所述左摇臂(4B)的右端和所述右摇臂(4B’)的左端均与所述摇臂轴(4C)铰接；此外，所述左摇臂(4B)开设有左滑槽(4B-1)；所述右摇臂(4B’)开设有右滑槽(4B’-1)；

另外，所述左连杆轴(4E)固定安装于所述二级左从动齿轮(3D)的偏心位置点；所述右连杆轴(4E’)固定安装于所述二级右从动齿轮(3D’)的偏心位置点；并且，所述左连杆轴(4E)在所述二级左从动齿轮(3D)的安装位置与所述右连杆轴(4E’)在所述二级右从动齿轮(3D’)的安装位置相同；

则：所述左连杆(4A)的顶端固定安装左滑块，该左滑块位于所述左滑槽(4B-1)中，并可沿所述左滑槽(4B-1)滑动；所述左连杆(4A)的底端与所述左连杆轴(4E)铰接；

所述右连杆(4A’)的顶端固定安装右滑块，该右滑块位于所述右滑槽(4B’-1)中，并可沿所述右滑槽(4B’-1)滑动；所述右连杆(4A’)的底端与所述右连杆轴(4E’)铰接；

所述调幅杆组(5)包括：左调幅子系统和右调幅子系统；

所述左调幅子系统包括：左调幅摇臂(5A)、左调幅销(5B)、左短连杆(5C)和左舵盘(5D)；所述右调幅子系统包括：右调幅摇臂(5A’)、右调幅销(5B’)、右短连杆(5C’)和右舵盘(5D’)；

所述舵机组包括左舵机(6A)和右舵机(6B)；所述左舵机(6A)和所述右舵机(6B)对称固定安装于所述机架(1)背面的两侧；

则：所述左调幅子系统的结构为：所述左舵机(6A)的输出端与所述左舵机摇臂(5D)的一端可转动连接，所述左舵机摇臂(5D)的另一端与所述左短连杆(5C)的一端铰接，所述左短连杆(5C)的另一端记为A端，A端与所述左调幅摇臂(5A)的一端铰接，所述左调幅摇臂(5A)的另一端铰接到所述机架(1)；此外，A端还过盈配合安装所述左调幅销(5B)，所述左调幅销(5B)的轴向与所述机架(1)所在平面垂直，并且，所述左连杆(4A)沿轴向开设有左连杆滑槽(4A-1)，所述左调幅销(5B)的自由端配合安装在所述左连杆滑槽(4A-1)中，并可沿所述左连杆滑槽(4A-1)自由滑动；

所述右调幅子系统和所述左调幅子系统为对称结构。

2.根据权利要求1所述的差动变幅扑翼驱动机构，其特征在于，所述机架(1)的顶端和底端分别设置有轴线垂直于机架表面的机构固定孔(1A)，通过所述机构固定孔(1A)，将所述差动变幅扑翼驱动机构固定安装到扑翼飞行器机身；

所述机架(1)背面的纵向中心线位置开设有电机安装孔(1C)，通过所述电机安装孔(1C)，将所述电机(2)安装固定到所述机架(1)；

所述机架(1)的顶部开设有摇臂轴孔(1G)，通过所述摇臂轴孔(1G)，将所述摇臂轴(4C)安装到所述机架(1)；

所述机架(1)的左右两侧分别对称开设有左舵机安装孔(1B)和右舵机安装孔(1B’)；通过所述左舵机安装孔(1B)，将所述左舵机(6A)安装到所述机架(1)；通过所述右舵机安装孔(1B’)，将所述右舵机(6B)安装到所述机架(1)；

所述机架(1)的左右两侧还分别对称开设有左调幅摇臂安装孔(1D)和右调幅摇臂安装孔(1D’)；通过所述左调幅摇臂安装孔(1D)，将所述左调幅摇臂(5A)铰接到所述机架(1)；通过所述右调幅摇臂安装孔(1D’)，将所述右调幅摇臂(5A’)铰接到所述机架(1)；

所述机架(1)的下部开设有一级传动轴孔(1E)，通过所述一级传动轴孔(1E)安装所述传动轴(3E)；

在所述一级传动轴孔(1E)下方的左右两侧，分别开设有二级左安装轴孔(1F)和二级右安装轴孔(1F’)；所述二级左安装轴孔(1F)用于将所述二级左从动齿轮(3D)安装到所述机架(1)；所述二级右安装轴孔(1F’)用于将所述二级右从动齿轮(3D’)安装到所述机架(1)。

3.根据权利要求2所述的差动变幅扑翼驱动机构，其特征在于，所述机构固定孔(1A)、所述电机安装孔(1C)、所述摇臂轴孔(1G)、所述左舵机安装孔(1B)、所述右舵机安装孔(1B’)、所述左调幅摇臂安装孔(1D)、所述右调幅摇臂安装孔(1D’)、所述一级传动轴孔(1E)、所述二级左安装轴孔(1F)和所述二级右安装轴孔(1F’)的轴线相互平行且为通孔。

4.根据权利要求1所述的差动变幅扑翼驱动机构，其特征在于，所述减速齿轮组(3)的总减速比为21～22。

5.根据权利要求4所述的差动变幅扑翼驱动机构，其特征在于，所述减速齿轮组(3)的总减速比为21.6。

6.根据权利要求1所述的差动变幅扑翼驱动机构，其特征在于，对于所述扑动杆组(4)，以等效曲柄长度为基准长度1.0，则：所述左连杆(4A)的连杆长度和所述右连杆(4A’)的长度相等，均为9.0，所述左摇臂(4B)的摇臂长度和所述右摇臂(4B’)的摇臂长度相等，均为9.5；其中，所述等效曲柄长度为：将所述左连杆(4A)底端用于与所述左连杆轴(4E)铰接的轴孔记为第1轴孔，所述第1轴孔与所述二级左从动齿轮(3D)轴孔之间的圆心距即为所述等效曲柄长度。

7.根据权利要求1所述的差动变幅扑翼驱动机构，其特征在于，对于所述调幅杆组(5)，以左舵盘(5D)或右舵盘(5D’)长度为基准长度1.0，则：所述左短连杆(5C)和所述右短连杆(5C’)的长度相等，均为0.5～0.6；所述左调幅摇臂(5A)和所述左调幅摇臂(5A)的长度相等，均为1.3～1.4。