CN206520755U - 一种电磁吸合转动式仿生扑翼装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电磁吸合转动式仿生扑翼装置，属于仿生扑翼机器人领域，包括支架和铺设于支架内侧的若干羽片，羽片可绕转轴在支架内侧转动。每一羽片底部均设有一垂直连杆，垂直连杆的一端与相应羽片固定连接，另一端均与一横向连杆固定连接，横向连杆的中底部固定有上电磁铁，上电磁铁的正下方设有下电磁铁，下电磁铁通过固定杆固定于支架上。本实用新型通过上电磁铁、下电磁铁间的吸力、斥力，使羽片向下、向上转动，开启、关闭排风口，从而实现扑翼上摆排风、下摆兜风，进而调节仿生扑翼摆动过程中的阻力和浮力，提高扑翼的工作效率。本装置结构简单，便于加工、安装与控制，特别适用于微型、小型仿生扑翼机器人高空、长距离飞行。
Description
技术领域
本实用新型属于仿生扑翼机器人领域，具体地讲是一种电磁吸合转动式仿生扑翼装置。
背景技术
鸟类的扑翼在上下摆动过程中，通过控制羽毛张合进行排风或兜风。在扑翼上摆过程中，羽片会展开形成空隙，令扑翼上、下方的空气流通进行排风，从而减小空气阻力；在扑翼下摆过程中，羽毛会闭合，以便扑翼将下方的空气兜住，增加扑翼的浮力。目前由于大部分扑翼没有考虑其上下摆动过程中的排风或兜风，因此飞行阻力较大、工作效率较低。
发明内容
为克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种电磁吸合转动式仿生扑翼装置，采用电磁吸合的方式控制羽片的转动，实现扑翼上、下摆动时的排风、兜风，提高仿生扑翼的工作效率，以利于实现仿生扑翼机器人高空、长距离的持续飞行。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：一种电磁吸合转动式仿生扑翼装置，包括具有对称结构的支架，所述支架内侧并排平铺设有若干羽片，相邻羽片之间、羽片与支架之间均可无间隙贴合，所述羽片可绕转轴在支架内侧转动，所述转轴设于支架的两个相对侧边上。所述羽片可转动设于支架上，每一羽片底部均设有一垂直连杆，所述垂直连杆的一端与相应的羽片可转动固定连接，另一端均与一横向连杆固定连接。所述横向连杆的中底部固定一上电磁铁；所述上电磁铁的正下方设有下电磁铁，下电磁铁通过固定杆固定于支架上，所述下电磁铁的大小大于上电磁铁的大小。
进一步地，所述支架为U形支架，所述羽片为与U形支架相适应的向上隆起的弧形片。羽片弧形片的设置能够减小扑翼的阻力，增大扑翼的浮力，从而有利于仿生扑翼机器人的飞行。
进一步地，为避免羽片转动幅度过大，所述任意一个或多个羽片的上方配合设有上限位块，所述上限位块固定于支架上，且其底面与支架顶部表面为同一水平面。
进一步地，所述任意一个或多个羽片的下方配合设有下限位块，下限位块固定于支架上。
进一步地，所述任一羽片与垂直连杆连接的一侧，位于与其相邻的羽片设有转轴的一侧下方；或任一羽片的弧面与其相邻羽片的弧面均在同一光滑弧面上。
进一步地，所述羽片上、下方均设有风压传感器，所述风压传感器固定于支架或羽片上。风压传感器能够实时监测扑翼上、下方的风压变化，以判断扑翼为向上摆动或向下摆动。
进一步地，为避免上电磁铁、下电磁铁相撞，所述上电磁铁底面或下电磁铁上表面设有采用橡胶或硅胶制成的缓冲垫。
本实用新型的工作原理及有益效果如下：本实用新型是采用排风、兜风原理设计的，通过上电磁铁、下电磁铁之间的作用力实现羽片转动，打开或关闭排风口，实现扑翼上、下摆时排风、兜风。具体地讲，扑翼向上摆动时，扑翼上方的空气从排风口中排出，从而减小其上方的空气阻力，扑翼向上摆动的过程包括三种状态：第一种状态为从最下端向上摆动时，羽片在上电磁铁、下电磁铁之间的吸力作用下向下转动，打开排风口；第二种状态为当扑翼即将摆动至最上端时，羽片在上电磁铁、下电磁铁之间的斥力作用下向上转动，排风口被逐渐关闭；第三种状态为当扑翼摆动至最上端时，羽片转动至顶点，排风口被完全关闭。在扑翼向下摆动的过程中，上电磁铁、下电磁铁之间始终保持为斥力，排风口始终处于闭合状态，扑翼能够将其下方的空气兜住增加所受的浮力，从而提升仿生扑翼的工作效率，有利于仿生扑翼机器人的上升。
本实用新型采用风压传感器监测扑翼上、下方的风压数据，以根据扑翼的状态，打开或关闭排风口进行排风或兜风。本实用新型结构简单、便于控制、重量较轻，特别适用于小型、微型仿生扑翼机器人。
附图说明
图1为本实用新型具体实施例一整体示意图；
图2为本实用新型具体实施例一侧剖图；
图3为本实用新型具体实施例二正面示意图；
图4为本实用新型具体实施例二侧剖图;
图5为本实用新型具体实施例二排风状态侧面图
图中所示：支架1、羽片2、垂直连杆3、下电磁铁4、上电磁铁5、固定杆6、上限位块7、下限位块8、缓冲垫9、风压传感器10、横向连杆11、转轴12、排风口13。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例主要由支架1、上电磁铁5、下电磁铁4和若干羽片2等零部件组成。支架1为U形支架，羽片2平铺设于支架1内侧，每一羽片2均为与支架1相适应的向上隆起的弧形片。每一羽片2均可绕转轴12在支架1内侧转动，转轴12设于支架1的两个相对侧边上。每一羽片2的左侧均转动固定在支架1上，右侧底部固定设有一垂直连杆3，所有垂直连杆3均与一横向连杆11固定连接。左边羽片2的右侧边位于与其相邻的右边羽片2的左侧边下方，以避免左边羽片2过度向上转动。
结合图2所示，上电磁铁5固定在横向连杆11的中底部，下电磁铁4位于上电磁铁5正下方，下电磁铁4的大小约为上电磁铁5的2倍，下电磁铁4通过两根固定杆6固定在支架1底部。其中一根固定杆6上固定有下限位块8，下限位块8位于羽片2下方，且与羽片2存在一定距离。下电磁铁4、上电磁铁5之间的距离与通电后的磁力有关。上电磁铁5的底面设有均匀分布的橡胶制成的缓冲垫9，以减缓下电磁铁4、上电磁铁5相吸时的运动冲击。羽片2的上、下方各设有一个风压传感器10，风压传感器10固定在支架1中部的羽片表面上，用于对扑翼上、下方的风压进行监测。
本实施例采用风压传感器10监测扑翼上、下方的风压，据此判断扑翼的上、下摆动状态，通过控制上电磁铁5与下电磁铁4中电流的大小与方向，改变上电磁铁5受力的大小与方向，从而使上电磁铁5向上或向下运动，进而通过垂直连杆3、横向连杆11带动羽片2的转动。
具体地讲，扑翼从最低端到最高端的摆动过程中，存在三种状态：第一种状态为扑翼从最低端向上摆动时，上电磁铁5、下电磁铁4中电流的方向相反，上电磁铁5、下电磁铁4之间产生吸力，受横向连杆11、垂直连杆3的拉动，羽片2向下转动，从而打开排风口13；第二种状态为扑翼即将摆动至最上端时，上电磁铁5、下电磁铁4中电流的方向变为相同，从而产生斥力，通过横向连杆11、垂直连杆3推动羽片2向上转动，排风口13被逐渐关闭；第三种状态为扑翼摆动至最上端时，上电磁铁5、下电磁铁4中电流的方向仍然相同，此时羽片2转动至顶端，排风口13被完全关闭。在扑翼上摆过程中，扑翼上方的空气从排风口13中流出，减小了空气阻力。
在扑翼向下摆动的整个过程中，上电磁铁5、下电磁铁4始终保持相反的电流方向，排风口13被关闭，扑翼将其下方的空气兜住，增加扑翼的浮力，从而提高扑翼的工作效率。
实施例2
如图3、图4、图5所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施例中，所有相邻羽片2之间无重叠或交错贴合；羽片2的上方配合设有上限位块7，上限位块7固定于支架1上，且其底面与支架1顶部表面保持齐平，以限制羽片2向上转动的角度。本实施例中的下限位块8同样固定设于固定杆6的内侧侧边上，与羽片2之间存在一定距离，用以限制羽片2向下转动的角度。上限位块7、下限位块8保证羽片2始终在一个安全的角度范围内转动。
本实用新型采用风压传感器10监测扑翼摆动状态，通过上电磁铁5、下电磁铁4的吸力、斥力作用，使羽片2向下、向上转动，开启、关闭排风口13，从而实现扑翼上、下摆时的排风、兜风。本实用新型通过调节仿生扑翼摆动过程中的阻力和浮力，提高扑翼的工作效率，其结构简单、轻巧，便于加工、安装与控制，利于实现强风、大风等环境下仿生扑翼机器人的高空、长距离飞行，特别适用于微型、小型仿生扑翼机器人。
Claims (7)
1.一种电磁吸合转动式仿生扑翼装置，包括具有对称结构的支架，所述支架内侧并排平铺设有若干羽片，相邻羽片之间、羽片与支架之间均可无间隙贴合，所述羽片可绕转轴在支架内侧转动，其特征在于：所述转轴设于支架的两个相对侧边上；每一羽片底部均设有一垂直连杆，所述每一垂直连杆的一端与相应的羽片可转动固定连接，另一端均与一横向连杆固定连接；所述横向连杆的中底部固定一上电磁铁；所述上电磁铁的正下方设有下电磁铁，下电磁铁通过固定杆固定于支架上，所述下电磁铁的大小大于上电磁铁的大小。
2.根据权利要求1所述的一种电磁吸合转动式仿生扑翼装置，其特征在于：所述支架为U形支架，所述羽片为与U形支架相适应的向上隆起的弧形片。
3.根据权利要求1所述的一种电磁吸合转动式仿生扑翼装置，其特征在于：所述任意一个或多个羽片的上方配合设有上限位块，所述上限位块固定于支架上，且其底面与支架顶部表面为同一水平面。
4.根据权利要求1所述的一种电磁吸合转动式仿生扑翼装置，其特征在于：所述任意一个或多个羽片的下方配合设有下限位块，下限位块固定于支架上。
5.根据权利要求1所述的一种电磁吸合转动式仿生扑翼装置，其特征在于：所述任一羽片与垂直连杆连接的一侧，位于与其相邻的羽片设有转轴的一侧下方；或任一羽片的弧面与其相邻羽片的弧面均在同一光滑弧面上。
6.根据权利要求1所述的一种电磁吸合转动式仿生扑翼装置，其特征在于：所述羽片上、下方均设有风压传感器，所述风压传感器固定于支架或羽片上。
7.根据权利要求1所述的一种电磁吸合转动式仿生扑翼装置，其特征在于：所述上电磁铁底面或下电磁铁上表面设有采用橡胶或硅胶制成的缓冲垫。
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| CN110228589A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-09-13 | 浙江大学 | 一种基于高压电场的非金属驱动扑翼飞行器 |
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