CN212099336U - 变面积扑翼驱动机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于扑翼飞行器技术领域，尤其涉及一种变面积扑翼驱动机构，包括摆杆驱动机构、左翅膀和右翅膀，所述左翅膀和右翅膀的结构相同，所述左翅膀和右翅膀均呈伞状，所述左翅膀和右翅膀呈左右对称设置在摆杆驱动机构的输出端，所述摆杆驱动机构用于驱动左翅膀和右翅膀同步上下摆动；当所述摆杆驱动机构驱动左翅膀和右翅膀下拍时，所述左翅膀和右翅膀均逐渐展开、面积变大，当所述摆杆驱动机构驱动左翅膀和右翅膀上扬时，所述左翅膀和右翅膀均逐渐收拢、面积变小。有益效果：本实用新型的一种变面积扑翼驱动机构，与现有的扑翼驱动机构相比，具有结构简单易行、提高浮力、降低阻力、增大高升力和推动力的优点。

Description

变面积扑翼驱动机构

技术领域

本实用新型属于扑翼飞行器技术领域，尤其涉及一种变面积扑翼驱动机构。

背景技术

鸟类只所以能在天空中自由翱翔，必须具有一定的高升力和推动力。高升力和推动力的大小与鸟的翅膀在下拍和上扬时的展开面积有关；如果下拍时翅膀的展开面积愈大，上扬时翅膀的展开面积愈小，则高升力和推动力就愈大。

扑翼飞行器是一种模仿鸟类、昆虫等生物能展翅飞行的特殊飞行器。扑翼驱动机构是扑翼飞行器的动力源，其不仅决定了扑动翼的运动形式，而且还最终影响到扑翼飞行器飞行性能的优劣。考虑到扑翼飞行器具有成本低、隐身性好、易操作等优点，在国防和民用领域具有广阔的应用前景。目前国内外对扑翼飞行器开展了大量的研究，但是，仍存在着一定的不足之处。

现有专利201110154948.9披露了一种无级变速扑翼驱动机构，其具体公开了一种无级变速扑翼驱动机构，包含机架、电机、无级变速减速器、齿轮减速器和曲柄摇杆机构，由摩擦轮组和齿轮组完成减速，由曲柄摇杆机构将转动变为摇臂的上下扑动以驱动扑翼。该机构能通过改变摩擦轮的接触位置方便地改变减速比，还具有扑动严格对称，对反向载荷自锁，能够实现扑翼-滑翔飞行模式等优点，适合应用于微型扑翼飞行器本体和相关地面测试试验。但不足之处在于该发明没有涉及到扑翼面积的变化问题，其高升力和推动力不佳。

鉴于此，本申请提出了一种变面积扑翼驱动机构，其结构简单，可提高浮力、降低阻力、增大高升力和推动力。

实用新型内容

为解决现有技术存在的扑翼飞行器没有涉及扑翼面积的变化，导致现有扑翼飞行器高升力和推动力不佳的问题，本实用新型提供一种变面积扑翼驱动机构。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下，一种变面积扑翼驱动机构，包括摆杆驱动机构、左翅膀和右翅膀，所述左翅膀和右翅膀的结构相同，所述左翅膀和右翅膀均呈伞状，所述左翅膀和右翅膀呈左右对称设置在摆杆驱动机构的输出端，所述摆杆驱动机构用于驱动左翅膀和右翅膀同步上下摆动；当所述摆杆驱动机构驱动左翅膀和右翅膀下拍时，所述左翅膀和右翅膀均逐渐展开、面积变大，当所述摆杆驱动机构驱动左翅膀和右翅膀上扬时，所述左翅膀和右翅膀均逐渐收拢、面积变小。

作为优选，所述左翅膀和右翅膀均包括支撑杆、支撑滑块、若干第一连杆和若干第一摇杆，所述支撑杆与摆杆驱动机构的输出端固定连接，所述支撑滑块滑动套在支撑杆上，所述第一连杆的一端与支撑滑块铰接，所述第一连杆的另一端与对应的第一摇杆铰接，所述第一摇杆的一端与支撑杆的顶端铰接，若干所述第一连杆绕支撑杆的周向均匀分布，若干所述第一摇杆上贴覆有一层聚酯薄膜。当左摆杆逆时针转动时，即为左翅膀的下拍运动，随着左翅膀的下拍，覆盖在第一摇杆上的聚酯薄膜在空气浮力的作用下，驱动第一摇杆绕着其与支撑杆的铰接点远离支撑滑块摆动，同时支撑滑块在第一连杆的作用下沿支撑杆向上滑动，伞状的左翅膀逐渐打开，从而形成较大的左翅膀展开面积；当左摆杆顺时针转动时，即为左翅膀的上扬运动，随着左翅膀的上扬，覆盖在第一摇杆上的聚酯薄膜在空气阻力的作用下，驱动第一摇杆绕着其与支撑杆的铰接点靠近支撑滑块摆动，同时支撑滑块在第一连杆的作用下沿支撑杆向下滑动，伞状的左翅膀逐渐收缩，从而形成较小的翅膀展开面积；扑翼下拍时翅膀展开面积愈大，上扬时翅膀展开面积愈小，则扑翼飞行器的动力性能就愈好；左翅膀和右翅膀的结构简单，展开和收缩功能稳定，便于操作，成本较低。

作为优选，所述支撑杆上固定设置有限位块，当所述支撑滑块与限位块接触时，所述左翅膀的展开面积最大。限位块是支撑滑块的终止点，这是为了确保左翅膀和右翅膀获得有效的展开面积和较大的空气浮力，要求伞状的左翅膀和右翅膀在展开时必须始终呈“下大上小”的喇叭状而设定的限位点，提高该变面积扑翼驱动机构的功能稳定性。

作为优选，所述摆杆驱动机构包括驱动件、导杆、第一滑块、第二滑块、左摆杆和右摆杆，所述左摆杆和右摆杆呈左右对称摆动设置，所述左翅膀设置在左摆杆上，所述左翅膀的轴线与左摆杆垂直设置，所述右翅膀设置在右摆杆上，所述右翅膀的轴线与右摆杆垂直设置，所述第一滑块沿左摆杆滑动设置，所述第二滑块沿右摆杆滑动设置，所述导杆上下移动设置，所述导杆的一端与第一滑块和第二滑块铰接在一起，所述驱动件用于驱动导杆上下移动。摆杆驱动机构结构简单可靠，承载能力大、体积小、可靠性高。

进一步地，所述驱动件包括第一曲柄、第三滑块和移动杆，所述移动杆与导杆固定连接，且所述移动杆和导杆垂直设置，所述第三滑块沿移动杆滑动设置，所述第一曲柄转动设置，所述第一曲柄与第三滑块铰接。

进一步地，所述驱动件包括第二曲柄和第二连杆，所述第二曲柄、第二连杆和导杆依次铰接，所述第二曲柄转动设置，所述第二曲柄与第二连杆铰接。

进一步地，所述驱动件包括凸轮和从动杆，所述从动杆与导杆固定连接，且所述从动杆和导杆垂直设置，所述凸轮转动设置，所述凸轮与从动杆接触用于驱动从动杆带动导杆上下移动。

有益效果：本实用新型的变面积扑翼驱动机构，左翅膀和右翅膀均呈伞状，所述左翅膀和右翅膀呈左右对称设置在摆杆驱动机构的输出端，通过摆杆驱动机构驱动左翅膀和右翅膀同步上下摆动，当所述摆杆驱动机构驱动左翅膀和右翅膀下拍时，所述左翅膀和右翅膀均逐渐展开、面积变大，当所述摆杆驱动机构驱动左翅膀和右翅膀上扬时，所述左翅膀和右翅膀均逐渐收拢、面积变小，本发明模拟鸟类的翅膀在下拍和上扬时，翅膀展开面积大小的变化规律，满足了鸟类飞行时必须具备的高升力和推动力，扑翼下拍时翅膀展开面积愈大，上扬时翅膀展开面积愈小，高升力和推动力就愈大，则扑翼飞行器的动力性能就愈好，与现有的扑翼驱动机构相比，本发明具有结构简单易行、提高浮力、降低阻力、增大高升力和推动力的优点。本实用新型的变面积扑翼驱动机构，进一步丰富了扑翼飞行器的理论体系，拓宽了扑翼飞行器的研究思路。

附图说明

图1是本实用新型变面积扑翼驱动机构的实施例1的原理示意图；

图2是本实用新型变面积扑翼驱动机构的左翅膀的立体结构示意图；

图3是本实用新型变面积扑翼驱动机构的支撑杆与支撑滑块配合的立体结构示意图；

图4是本实用新型变面积扑翼驱动机构的实施例2的原理示意图；

图5是本实用新型变面积扑翼驱动机构的实施例3的原理示意图；

图中：100、摆杆驱动机构，1、导杆，2、第一滑块，3、第二滑块、4、左摆杆，5、右摆杆，6、驱动件，6-1、第一曲柄，6-2、第三滑块，6-3、移动杆，6-4、第二曲柄，6-5、第二连杆，6-6、凸轮，6-7、从动杆，200、左翅膀，7、支撑杆，8、限位块，9、支撑滑块，10、第一连杆，11、第一摇杆，12、聚酯薄膜，300、右翅膀；第一曲柄的转动中心为O1点，左摆杆的转动中心为O2点，右摆杆的转动中心为O3点，左翅膀的第一摇杆的转动中心为E1点，右翅膀的第一摇杆的转动中心为E2点。

具体实施方式

实施例1

如图1～3所示，一种变面积扑翼驱动机构，包括摆杆驱动机构100、左翅膀200和右翅膀300，所述左翅膀200和右翅膀300的结构相同，所述左翅膀200和右翅膀300均呈伞状，所述左翅膀200和右翅膀300呈左右对称设置在摆杆驱动机构100的输出端，所述摆杆驱动机构100用于驱动左翅膀200和右翅膀300同步上下摆动；当所述摆杆驱动机构100驱动左翅膀200和右翅膀300下拍时，所述左翅膀200和右翅膀300均逐渐展开、面积变大，当所述摆杆驱动机构100驱动左翅膀200和右翅膀300上扬时，所述左翅膀200和右翅膀300均逐渐收拢、面积变小；

具体地，如图1～3所示，所述左翅膀200和右翅膀300均包括支撑杆7、支撑滑块9、若干第一连杆10和若干第一摇杆11，所述支撑杆7与摆杆驱动机构100的输出端固定连接，所述支撑滑块9滑动套在支撑杆7上，本实施例的所述第一连杆10和第一摇杆11的数量均为十根，所述第一连杆10的一端与支撑滑块9铰接，所述第一连杆10的另一端与对应的第一摇杆11铰接，所述第一摇杆11的一端与支撑杆7的顶端铰接，若干所述第一连杆10绕支撑杆7的周向均匀分布，若干所述第一摇杆11上贴覆有一层聚酯薄膜12；为了确保获得有效的展开面积和较大的空气浮力，要求伞状的左翅膀200和右翅膀300在展开时必须始终呈“下大上小”的喇叭状，所述支撑杆7上固定设置有限位块8，当所述支撑滑块9与限位块8接触时，所述左翅膀200的展开面积最大；

如图3所示，为了便于第一连杆10和第一摇杆11的装配，沿支撑滑块9的周向均匀开设有十个凹槽，凹槽内放置钢丝绳以实现支撑滑块9与十根第一连杆10的铰接，同样地，沿支撑杆7的顶端周向也均匀开设有十个凹槽，凹槽内放置钢丝绳以实现支撑杆7的顶端与十根第一摇杆11的铰接；

如图1和图2所示，所述摆杆驱动机构100包括驱动件6、导杆1、第一滑块2、第二滑块3、左摆杆4和右摆杆5，所述左摆杆4和右摆杆5呈左右对称摆动设置，所述左翅膀200设置在左摆杆4上，所述左翅膀200的轴线与左摆杆4垂直设置，具体地，左翅膀200的支撑杆7通过焊接垂直固定在左摆杆4上，所述右翅膀300设置在右摆杆5上，所述右翅膀300的轴线与右摆杆5垂直设置，具体地，右翅膀300的支撑杆7通过焊接垂直固定在右摆杆5上，所述第一滑块2沿左摆杆4滑动设置，所述第二滑块3沿右摆杆5滑动设置，所述导杆1上下移动设置，所述导杆1的一端与第一滑块2和第二滑块3铰接在一起，所述驱动件6用于驱动导杆1上下移动；本实施例，所述驱动件6包括第一曲柄6-1、第三滑块6-2和移动杆6-3，所述移动杆6-3与导杆1固定连接，且所述移动杆6-3和导杆1垂直设置，所述第三滑块6-2沿移动杆6-3滑动设置，所述第一曲柄6-1由电机驱动转动设置，所述第一曲柄6-1与第三滑块6-2铰接。

为了便于说明该变面积扑翼驱动机构的实施步骤，标记：第一曲柄6-1的转动中心为O1点、左摆杆4的转动中心为O2点、右摆杆5的转动中心为O3点、左翅膀200的第一摇杆11的转动中心为E1点和右翅膀300的第一摇杆11的转动中心为E2点。

该变面积扑翼驱动机构的实施步骤如下：

1)、电机带动第一曲柄6-1绕O1点顺时针转动；

2)、第一曲柄6-1通过第三滑块6-2和移动杆6-3配合推动导杆1上下移动，导杆1与第一滑块2和第二滑块3铰接在一起，左摆杆4与第一滑块2，以及右摆杆5与第二滑块3分别构成移动副；导杆1将运动和动力分别传递给左摆杆4和右摆杆5，促使左摆杆4绕O2点转动，右摆杆5绕O3点转动，从而实现左翅膀200和右翅膀300的下拍和上扬运动。其中，为保证左翅膀200和右翅膀300的对称，取O2点和O3点的高度一致，且导杆1在

的垂直平分线上；

3)、左翅膀200和右翅膀300的下拍和上扬运动：因左翅膀200和右翅膀300的结构相同，且左翅膀200和右翅膀300呈左右对称设置，左翅膀200和右翅膀300同步上下摆动，以下以左翅膀200的工作原理为例说明，右翅膀300的工作原理同左翅膀200的工作原理，不再赘述；

首先，左翅膀200的下拍运动：当左摆杆4绕O2点逆时针转动时，即为左翅膀200的下拍运动；随着左翅膀200的下拍，覆盖在左翅膀200的第一摇杆11上的聚酯薄膜12受到空气浮力的作用，驱动第一摇杆11绕E1点远离支撑滑块9摆动，同时支撑滑块9在第一连杆10的作用下沿支撑杆7向上滑动，伞状的左翅膀200逐渐打开，从而形成较大的左翅膀200展开面积；当支撑滑块9运行到与限位块8接触时终止将不再继续滑动，此时，左翅膀200展开到最大位置，左翅膀200展开面积最大，左翅膀200展开面积愈大，扑翼飞行器的浮力也就愈大；

其次，左翅膀200的上扬运动：当左摆杆4绕O2点顺时针转动时，即为左翅膀200的上扬运动；随着左翅膀200的上扬，覆盖在左翅膀200的第一摇杆11上的聚酯薄膜12受到空气阻力的作用，驱动第一摇杆11绕E1点靠近支撑滑块9摆动，同时支撑滑块9在第一连杆10的作用下沿支撑杆7向下滑动，伞状的左翅膀200逐渐收缩，从而形成较小的左翅膀200展开面积；当支撑滑块9沿支撑杆7下滑到最低位置时将不再继续滑动，此时，左翅膀200收缩到最小位置，左翅膀200展开面积最小，翅膀展开面积愈小，扑翼飞行器的阻力也就愈小；

下拍时左翅膀200和右翅膀300展开面积愈大，上扬时左翅膀200和右翅膀300展开面积愈小，则扑翼飞行器的高升力和推动力就愈大，动力性能就愈好。

实施例2

如图4所示，在本实施例中，与实施例1的区别在于，所述驱动件6包括第二曲柄6-4和第二连杆6-5，所述第二曲柄6-4、第二连杆6-5和导杆1依次铰接，所述第二曲柄6-4转动设置，所述第二曲柄6-4与第二连杆6-5铰接。

电机带动第二曲柄6-4绕O1点顺时针转动；第二曲柄6-4通过第二连杆6-5推动导杆1上下移动。

实施例3

如图5所示，在本实施例中，与实施例1的区别在于，所述驱动件6包括凸轮6-6和从动杆6-7，所述从动杆6-7与导杆1通过焊接固定连接，且所述从动杆6-7和导杆1垂直设置，所述凸轮6-6转动设置，所述凸轮6-6与从动杆6-7接触用于驱动从动杆6-7带动导杆1上下移动。

电机带动凸轮6-6绕O1点顺时针转动；凸轮6-6与从动杆6-7高副接触，随着凸轮6-6的转动，推动从动杆6-7上下移动，从动杆6-7再带动导杆1上下移动。

Claims (7)

1.一种变面积扑翼驱动机构，其特征在于：包括摆杆驱动机构(100)、左翅膀(200)和右翅膀(300)，所述左翅膀(200)和右翅膀(300)的结构相同，所述左翅膀(200)和右翅膀(300)均呈伞状，所述左翅膀(200)和右翅膀(300)呈左右对称设置在摆杆驱动机构(100)的输出端，所述摆杆驱动机构(100)用于驱动左翅膀(200)和右翅膀(300)同步上下摆动；当所述摆杆驱动机构(100)驱动左翅膀(200)和右翅膀(300)下拍时，所述左翅膀(200)和右翅膀(300)均逐渐展开、面积变大，当所述摆杆驱动机构(100)驱动左翅膀(200)和右翅膀(300)上扬时，所述左翅膀(200)和右翅膀(300)均逐渐收拢、面积变小。

2.根据权利要求1所述的变面积扑翼驱动机构，其特征在于：所述左翅膀(200)和右翅膀(300)均包括支撑杆(7)、支撑滑块(9)、若干第一连杆(10)和若干第一摇杆(11)，所述支撑杆(7)与摆杆驱动机构(100)的输出端固定连接，所述支撑滑块(9)滑动套在支撑杆(7)上，所述第一连杆(10)的一端与支撑滑块(9)铰接，所述第一连杆(10)的另一端与对应的第一摇杆(11)铰接，所述第一摇杆(11)的一端与支撑杆(7)的顶端铰接，若干所述第一连杆(10)绕支撑杆(7)的周向均匀分布，若干所述第一摇杆(11)上贴覆有一层聚酯薄膜(12)。

3.根据权利要求2所述的变面积扑翼驱动机构，其特征在于：所述支撑杆(7)上固定设置有限位块(8)，当所述支撑滑块(9)与限位块(8)接触时，所述左翅膀(200)的展开面积最大。

4.根据权利要求1、2或3所述的变面积扑翼驱动机构，其特征在于：所述摆杆驱动机构(100)包括驱动件(6)、导杆(1)、第一滑块(2)、第二滑块(3)、左摆杆(4)和右摆杆(5)，所述左摆杆(4)和右摆杆(5)呈左右对称摆动设置，所述左翅膀(200)设置在左摆杆(4)上，所述左翅膀(200)的轴线与左摆杆(4)垂直设置，所述右翅膀(300)设置在右摆杆(5)上，所述右翅膀(300)的轴线与右摆杆(5)垂直设置，所述第一滑块(2)沿左摆杆(4)滑动设置，所述第二滑块(3)沿右摆杆(5)滑动设置，所述导杆(1)上下移动设置，所述导杆(1)的一端与第一滑块(2)和第二滑块(3)铰接在一起，所述驱动件(6)用于驱动导杆(1)上下移动。

5.根据权利要求4所述的变面积扑翼驱动机构，其特征在于：所述驱动件(6)包括第一曲柄(6-1)、第三滑块(6-2)和移动杆(6-3)，所述移动杆(6-3)与导杆(1)固定连接，且所述移动杆(6-3)和导杆(1)垂直设置，所述第三滑块(6-2)沿移动杆(6-3)滑动设置，所述第一曲柄(6-1)转动设置，所述第一曲柄(6-1)与第三滑块(6-2)铰接。

6.根据权利要求4所述的变面积扑翼驱动机构，其特征在于：所述驱动件(6)包括第二曲柄(6-4)和第二连杆(6-5)，所述第二曲柄(6-4)、第二连杆(6-5)和导杆(1)依次铰接，所述第二曲柄(6-4)转动设置，所述第二曲柄(6-4)与第二连杆(6-5)铰接。

7.根据权利要求4所述的变面积扑翼驱动机构，其特征在于：所述驱动件(6)包括凸轮(6-6)和从动杆(6-7)，所述从动杆(6-7)与导杆(1)固定连接，且所述从动杆(6-7)和导杆(1)垂直设置，所述凸轮(6-6)转动设置，所述凸轮(6-6)与从动杆(6-7)接触用于驱动从动杆(6-7)带动导杆(1)上下移动。

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