CN206528636U - 一种曲柄连杆滑块弹簧式仿生扑翼装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种曲柄连杆滑块弹簧式仿生扑翼装置，属于仿生扑翼机器人领域，包括支架和并排设于支架内侧的若干转轴、羽片，羽片可绕转轴转动，每片羽片下方设有一滑块，滑块与羽片的底部设有一弹簧转动连接，滑块之间由一固定杆固定连接，所有滑块均可沿其下方设有的滑轨滑动，滑块与步进电机配合设置，步进电机输出轴上固定有曲柄，曲柄与任一滑块之间通过一连杆联动连接。本实用新型采用步进电机与曲柄连杆滑块弹簧机构的相应运动调节羽片打开的角度，实现扑翼在上、下摆动过程中的排风、兜风。本装置结构简单，便于加工、装配及控制，特别适用于大风、强风等恶劣环境中中型、大型仿生扑翼机器人的持续飞行。

Description

一种曲柄连杆滑块弹簧式仿生扑翼装置

技术领域

本实用新型涉及仿生扑翼机器人领域，具体地讲是一种曲柄连杆滑块弹簧式仿生扑翼装置。

背景技术

鸟类在飞行时通过控制其扑翼上羽毛的张开或收拢进行排风或兜风，即将空气从羽毛张开的排风口中排出，或将扑翼下方的空气兜住，从而减小空气对鸟类飞行的阻力或增大鸟类飞行的浮力，提高其工作效率，进而实现高空、长距离的持续飞行。现有的大部分仿生扑翼仅实现了上、下摆动，并没有充分考虑兜风、排风原理，因此工作效率比较低。

发明内容

本实用新型提供了一种曲柄连杆滑块弹簧式仿生扑翼装置，其目的是通过控制羽片的张合，克服现有仿生扑翼工作效率低的问题，利于实现仿生扑翼机器人高空、远距离的飞行。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：一种曲柄连杆滑块弹簧式仿生扑翼装置，包括支架、转轴和若干羽片，所述转轴固定插设于支架内侧，所述羽片并排设于支架内侧，且可绕转轴转动，每片羽片下方设有一滑块，滑块与羽片的底部设有一弹簧转动连接。所有滑块之间由一固定杆固定连接；所有滑块均可沿其下方设有的滑轨滑动，滑轨固定在支架上。所述滑轨底部固定连接一电机座，所述电机座上设有一步进电机，并与滑块配合设置。所述步进电机的输出轴上固定连接有一曲柄，所述曲柄与任一滑块通过一连杆联动连接。

进一步地，所述支架为U形支架，所述羽片为与U形支架相适应的弧形片，所述羽片为向上隆起的。弧形的支架、羽片能减小其上方受到的阻力，增大其下方受到的浮力，从而有利于增强仿生扑翼机器人的飞行能力。

进一步地，所述羽片的四侧侧边和支架的内侧边沿上均设有密封条，用以减小羽片闭合时羽片之间、羽片与支架间的间隙，从而增强兜风效果。

进一步地，所述羽片上表面、羽片下表面各设有一风速传感器。所述风速传感器用于监测羽片上、下表面的风速，利用风速数据能够判断扑翼上、下摆动的状态，以便控制步进电机运动。

进一步地，所述转轴为中空轴，以降低扑翼的重量。

进一步地，所述固定架的形状为U形。

进一步地，所述弹簧一端与羽片转动连接，其另一端与滑块转动连接，所述弹簧具有足够的刚度，推动或拉动羽片运动。

进一步地，所述与连杆相连的滑块侧面、曲柄表面均设有棍轴，所述连杆的两端分别与滑块侧面、曲柄表面上的棍轴转动连接。

进一步地，所述电机座的形状为U形。

本实用新型的工作原理及有益效果如下：本实用新型采用兜风、排风原理，在支架上设有羽片，由步进电机提供驱动力，通过曲柄连杆滑块弹簧机构带动羽片转动，实现羽片的张开或收拢，从而减小飞行的阻力，增加飞行的浮力，提高其工作效率，进而利于实现仿生扑翼机器人高空、远距离的飞行。

具体地讲，扑翼从最下端摆动至最上端包括三个部分：第一部分为扑翼从最下端向上摆动时，羽片受弹簧拉力作用向下转动，相邻羽片之间的排风口逐渐增大，扑翼上方的空气从排风口中排出，从而减小扑翼上方的空气阻力；第二部分为当扑翼摆动至水平位置时，羽片受弹簧推力作用向上转动，相邻羽片之间的排风口逐渐减小；第三部分为当扑翼摆动至最上端时，相邻羽片之间无缝隙贴合。当扑翼从最上端向下摆动时，步进电机不转动，保持相邻羽片之间紧闭、贴合的状态，将扑翼下方的空气兜住，从而增加扑翼的空气浮力，以利于实现仿生扑翼机器人的上升。

本实用新型结合风速传感器监测扑翼上表面和下表面的风速变化，判断扑翼上、下摆动的状态，通过步进电机的相应运动，调节羽片打开的角度，以满足飞行要求。本实用新型采用曲柄连杆滑块弹簧机构实现了所有羽片的联动动作，提高了羽片的同步性和稳定性，降低了结构的复杂性，便于加工、装配及控制，尤其适用于大风、强风等恶劣环境中中型、大型仿生扑翼机器人的持续飞行。

附图说明

图1为本实用新型具体实施例整体示意图；

图2为本实用新型具体实施例底部结构图；

图3为本实用新型具体实施例兜风状态图；

图4为本实用新型具体实施例排风状态图。

图中所示：支架1、羽片2、固定架3、弹簧4、滑轨5、滑块6、步进电机7、固定杆8、连杆9、曲柄10、风速传感器11、排风口12、转轴13、密封条14、电机座15。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实施例主要由支架1、羽片2、弹簧4、滑块6、滑轨5、连杆9、曲柄10和步进电机7等零部件组成。羽片2并排平铺设于支架1中，相邻羽片2之间互不重叠，其四侧侧边以及支架1内侧边沿上设有密封条14，用于减小羽片2闭合时羽片2之间、羽片2与支架1之间的间隙，降低扑翼兜风状态下漏风、跑风情况。支架1为U形支架1，羽片2为与U形支架1相适应的弧形片。羽片2的左半侧通过转轴13转动固定于支架1上，羽片2右侧底部与滑块6之间通过弹簧4连接。滑块6设于其下方的滑轨5上，并可在滑轨5上来回滑动，滑轨5通过固定架3固定在支架1上。滑块6之间通过固定杆8连接为一体，最右端的滑块6与步进电机7输出轴之间通过曲柄10、连杆9传动连接。步进电机7安装在电机座15上，电机座15固定在滑轨5底部。曲柄10垂直于步进电机7的输出轴，且固定安装于步进电机7的输出轴上。曲柄10的远离步进电机7的外表面上垂直设有棍轴一，最右端的滑块6与步进电机7输出轴同侧的侧面上垂直设有棍轴二，棍轴一与棍轴二末端位于同一竖直平面上，连杆9位于该竖直平面中，且其两端分别与棍轴一、棍轴二转动连接。羽片2的上表面、下表面各设有一风速传感器11，风速传感器11用于监测羽片2上、下表面的风速变化，其监测数据用于控制步进电机7。

结合图3所示，扑翼在整个下摆过程中，所有羽片2始终相互贴合，弹簧4处于自然状态，滑块6位于弹簧4正下方，整个过程中扑翼上、下表面的空气无法经过扑翼流动，利用扑翼本身的弧形结构将下方的空气兜住，增加其下方受到的空气浮力，从而实现仿生扑翼机器人的上升。结合图4所示，当扑翼下摆至最低端需要再次上摆时，步进电机7带动曲柄10一起转动，然后通过连杆9带动最右端的滑块6向左移动；由于相邻滑块6之间通过固定杆8联动，因此其他滑块6跟随最右端滑块6一同移动；各滑块6向左移动过程中拉动弹簧4，弹簧4受到拉力产生形变，向下拉动羽片2右半侧的侧边使其顺时针转动，相邻羽片2之间出现排风口12，扑翼上表面的空气通过排风口12排出至扑翼下表面，从而减小扑翼上表面的空气阻力；当扑翼摆动至水平位置继续向上摆动时，步进电机7开始反转，连杆9带动滑块6右移，羽片2在弹簧4的推力作用下缓慢闭合；当扑翼摆动至最上端时，步进电机7反转至起始点，羽片2通过曲柄10连杆9滑块6弹簧4机构完全闭合。

本实用新型采用兜风、排风原理，结合风速传感器11监测扑翼的摆动状态，控制步进电机7的转动，通过曲柄10连杆9滑块6弹簧4机构控制羽片2的闭合与张开，调节仿生扑翼上、下表面的受力，提高仿生扑翼的工作效率，从而利于实现仿生扑翼机器人高空、长距离的飞行。本实用新型结构简单、便于加工装配与维修、控制方便、稳定性好，特别适用于大风、强风等恶劣环境下中型或大型仿生扑翼机器人的持续飞行。

Claims (9)

1.一种曲柄连杆滑块弹簧式仿生扑翼装置，包括支架、转轴和若干羽片，所述转轴固定插设于支架内侧，所述羽片并排设于支架内侧，且可绕转轴转动，其特征在于：每片羽片下方设有一滑块，滑块与羽片的底部设有一弹簧转动连接；滑块之间由一固定杆固定连接；所有滑块均可沿其下方设有的滑轨滑动，滑轨固定在支架上；所述滑轨底部固定连接一电机座，所述电机座上设有一步进电机，并与滑块配合设置；所述步进电机的输出轴上固定连接有一曲柄，所述曲柄与任一滑块通过一连杆联动连接。

2.根据权利要求1所述的一种曲柄连杆滑块弹簧式仿生扑翼装置，其特征在于：所述支架为U形支架，所述羽片为与U形支架相适应的弧形片，所述羽片为向上隆起的。

3.根据权利要求1所述的一种曲柄连杆滑块弹簧式仿生扑翼装置，其特征在于：所述羽片的四侧侧边和支架的内侧边沿上均设有密封条。

4.根据权利要求1所述的一种曲柄连杆滑块弹簧式仿生扑翼装置，其特征在于：所述羽片上表面、羽片下表面各设有一个风速传感器。

5.根据权利要求1所述的一种曲柄连杆滑块弹簧式仿生扑翼装置，其特征在于：所述转轴为中空轴。

6.根据权利要求1所述的一种曲柄连杆滑块弹簧式仿生扑翼装置，其特征在于：所述固定架的形状为U形。

7.根据权利要求1所述的一种曲柄连杆滑块弹簧式仿生扑翼装置，其特征在于：所述弹簧一端与羽片转动连接，其另一端与滑块转动连接，所述弹簧具有足够的刚度，推动或拉动羽片运动。

8.根据权利要求1所述的一种曲柄连杆滑块弹簧式仿生扑翼装置，其特征在于：所述与连杆相连的滑块侧面、曲柄表面均设有棍轴，所述连杆的两端分别与滑块侧面、曲柄表面上的棍轴转动连接。

9.根据权利要求1所述的一种曲柄连杆滑块弹簧式仿生扑翼装置，其特征在于：所述电机座的形状为U形。