CN215205358U - 一种翅翼挥拍角可调节的微型扑翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种翅翼挥拍角可调节的微型扑翼飞行器，属于微型仿生飞行器领域，包括机架部分、传动装置、扑动装置以及调节装置。机架部分包括机身、头部、尾翼和配重平衡块，头部、尾翼与机身固定连接；传动装置包括电机、减速齿轮组和传动齿轮，两个大齿轮相互啮合实现两侧翅翼同步对称运动；扑动装置包括曲柄、齿条、翅翼，曲柄一端与大齿轮固连，和齿条一起构成偏心曲柄摇杆机构；调节装置包括限位滑块、扇形滚轮；通过更改扇形滚轮的半径大小或者其与支撑板连接的位置，即可调节翅翼上下挥拍角度。通过本实用新型的结构设计，能够根据使用环境对扑翼飞行器翅翼上下挥拍角进行调节，从而获得更大的飞行升力，提高飞行效率。

Description

一种翅翼挥拍角可调节的微型扑翼飞行器

技术领域

本实用新型属于微型仿生飞行器，具体涉及一种翅翼挥拍角可调节的微型扑翼飞行器。

背景技术

随着对空气动力学理论及仿生飞行方式深入地研究，人们发现扑翼飞行较其他飞行方式有着诸多的优势。模仿鸟类或者飞行类昆虫运动方式，人们对扑翼式飞行器展开了大量的研究，对微型扑翼飞行器的研究是其中的重点之一。由于其飞行原理的独特性，并且具有体积小、效率高、隐蔽性强、机动性好等特点，所以在侦察、通讯、勘探等作业中有很大的优势，从而决定了微型扑翼飞行器无论在军事领域，还是民用领域都具有广阔的应用前景和较高的应用价值。

微型扑翼飞行器由于尺寸限制，升阻比较小，升力面积也比较小，所以难以提供足够的升力，导致飞行效率低下，机动性能差。翅翼上下挥拍角对飞行过程中产生的升力大小具有重要作用，起飞时需要较大的挥拍角度以提供起飞所需的升力，而飞行器如果只有固定的挥拍角在有的环境下则达不到起飞所需的升力，因此，有必要提供一种结构简单且可适应多种飞行条件，同时具有较高飞行效率的微型扑翼飞行器。

发明内容

本实用新型的主要目的是提出一种翅翼挥拍角可调节的微型扑翼飞行器，旨在使飞行器能够根据不同飞行环境调整翅翼扑动幅度以增加升力，进而提高飞行效率。

为实现上述目的，本实用新型提出一种翅翼挥拍角可调节的微型扑翼飞行器，包括：机架部分、传动装置、扑动装置和调节装置。

所述机架部分包括。

机身，最前端为所述传动装置、扑动装置、调节装置的支撑结构，有头部安装槽，支撑板安装滑槽，中后部为四根中空的圆柱形杆架。

支撑板，镶嵌在机身前端滑槽中，厚度薄，重量轻，上面开有电机安装孔、大齿轮定位安装孔和扇形滚轮定位孔。

头部，由四根弧形杆架和一块中空结构的面板组成，面板壁厚0.1mm，极大的减轻了其重量，面板截面和机身最前端镂空结构具有相同的形状，头部可嵌入其中。

配重平衡块，为矩形环状结构，数量为3，通过四个角上的小孔安装于机身杆架上，可以手动调节其在杆架上的位置，根据不同的飞行条件使整个系统保持重心平衡。

尾翼，前端是一块薄面板，后端尾翼通过一矩形块和面板固定连接，通过薄面板四个角上的小孔安装于机身末端。

传动装置，所述传动装置包括。

电机，选用小功率无刷电机，安装于所述机架部分支撑板的电机定位孔中。

减速小齿轮，与电机输出轴固定连接，选用小模数、小齿数的齿轮。

减速大齿轮，通过销轴安装在所述机架部分支撑板的大齿轮定位孔中，销轴两端安装轴套对齿轮位置进行固定，保证在运动过程中齿轮不会脱落，与减速小齿轮相互啮合，选用同模数、大齿数的齿轮，以达到较大的传动比。

大齿轮，选用与减速大齿轮同种规格参数的大齿轮，两者相互啮合，通过销轴安装在所述机架部分支撑板的另一大齿轮定位孔中，以使两端扑动机构能够达到同步对称运动。

所述减速大齿轮与大齿轮齿面偏心位置开有带键轴孔，用来与曲柄进行连接。

所述扑动装置，包括。

曲柄，一端通过带键轴与大齿轮进行连接，带键轴在齿轮背面的末端装有轴套，以保证曲柄和齿轮在运动过程中不会分离或者脱落，曲柄长度要保证在绕齿轮中心转动的过程中两曲柄不会产生干涉，另一端与齿条进行连接。

齿条，齿条末端是带有通孔的圆环结构，与曲柄相连接，曲柄在转动过程中驱动齿条运动，齿条另一端是一个扁长形的T型块，朝外的一节宽度较大，用来与翅翼进行连接，齿面留有矩形凹槽，用作限位滑块的滑轨。

翅翼，为三段式结构，第一段使用刚性翼结构，开有矩形槽，用来与齿条的T型块进行连接，矩形槽外部宽度较窄，内部宽度大，两者形成槽口配合，T形块和矩形槽的长度等于曲柄两个极限位置的水平方向位移差，以保证翅翼随齿条运动过程中在水平方向上不会产生位移，从而保证翅翼仅存在上下扑动。

翅翼第二段和第三段采用柔性翼结构，将塑料薄膜粘在碳性维材料制成的翅脉结构上，柔性变形可以更好地产生升力。

翅翼前缘位置较厚，用来与齿条连接，后缘较薄，中间逐渐过渡，以保证前飞过程中能够更好地克服空气阻力。

所述调节装置，包括。

扇形滚轮，由圆柱形滚销、轴承以及扇形面板组成，滚销可以进行滚动，轴承可以减小滚销滚动过程中产生的阻力，扇形面板圆心位置开有通孔，通过销轴与所述机架部分支撑板上的扇形滚轮定位孔相连接，销轴两端安装轴套对其位置进行固定，保证在运动过程中不会产生多余的运动。

扇形滚轮与齿条相互啮合，构成滚轮齿条传动，具有高精度、高效率、低噪音，不会影响齿条运动的连贯性。

扇形滚轮可作为齿条运动的支撑结构，采用滚轮设计，避免了齿轮啮合存在背隙和根切的情况，阻力非常小，提高系统稳定性。

扇形面板上开有大面积通孔，一方面可以减轻零件重量，另一方面可以保证扇形滚轮运动过程中重心位置的稳定，不会因为自身重力的原因使齿条运动产生多余的阻力。

限位滑块下端是圆环结构，与扇形滚轮通过同一销轴安装在支撑板上，上端是滑块，与齿条齿面凹槽始终接触连接，滑块上表面与齿条上表面始终平行，达到限位的目的，保证齿条在运动过程中不会脱离与扇形滚轮的接触。

滑块与齿条齿面凹槽接触部分倒圆角，不产生卡顿，以保证该部分结构的平稳运行。

本实用新型的优点在于。

所述调节装置中扇形滚轮滚销与扇形面板上的孔之间装有轴承，可以极大的减小滚销在回转过程中产生的阻力，造成卡顿。

所述调节装置中选用滚轮齿条传动方式，无论正向还是反向运动，都不存在齿背间隙，具有非常高的传动精度；滚销在次摆线齿面上圆滚滑动，运行过程高效平稳，无明显的运行噪音，同时能够极大的减少振动，不会影响齿条运动过程中的连贯性。

所述调节装置中通过限位滑块来控制齿条可以始终与扇形滚轮接触，抑制了不希望产生的振动，从而可以改善扑翼飞行器的飞行性能。

所述扑动装置中选择较大面积的翅翼，能够允许产生更大的空气升力。

所述扑动装置中翅翼前缘厚、后缘薄，可以减小前飞时的空气阻力。

所述传动装置中选择小模数、小齿数的减速小齿轮和同模数、大齿数的减速大齿轮，以达到较大的传动比，可以在搭载较大翅翼的情况下降低翅翼的拍打频率，从而减小了机械负载对整个系统的影响。

附图说明：

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的机架部分爆炸图；

图3为本实用新型的传动装置结构示意图；

图4为本实用新型的扑动装置结构示意图；

图5为本实用新型的齿条与翅翼装配细节展示图；

图6为本实用新型的曲柄与齿条位于同一直线时翅翼和齿条位置细节图（位置一）；

图7实用新型的曲柄与齿条位于同一直线时翅翼和齿条位置细节图（位置二）；

图8为本实用新型中调节装置结构正视图；

图9为本实用新型中调节装置结构俯视图；

图10为本实用新型整个工作部分结构示意图。

附图标号说明：

1—机架部分，2—传动装置部分，3—扑动装置部分，4—调节装置部分；

101—头部，102—支撑板，103—机身，104—配重平衡块，105—尾翼；

201—电机，202—减速小齿轮，203—齿轮与支撑板连接销，204—减速大齿轮，205—固定轴套，206—传动大齿轮；

301—翅翼，302—齿条，303—曲柄；

401—扇形滚轮，402—固定轴套，403—扇形滚轮与机身连接销轴，404—限位滑块；

102A—大齿轮定位孔，102B—扇形滚轮定位孔，102C—电机定位孔；

302A—限位滑块滑轨；

401A—扇形滚轮减重孔。

具体实施方式：

下面将结合附图对本实用新型实施方案作进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型为一种翅翼挥拍角可调节的微型扑翼飞行器，包括机架部分1，传动装置2，扑动装置3和调节装置4。

如图2所示，所述机架部分由头部101，支撑板102，机身103，配重平衡块104及尾翼105组成；机身103上有支撑板102的安装卡槽，支撑板102可以直接固定在卡槽中；支撑板102上开有电机定位孔102C，大齿轮定位孔102A，扇形滚轮定位孔102B，两个大齿轮定位孔102A与两个扇形滚轮定位孔102B分别关于支撑板102中轴线对称分布；机身103前端留有与头部101后截面形状相同的孔，头部101可嵌入孔中；尾翼105前端竖板四个角留有与机身103杆架截面相同的小孔，尾翼105可插在杆架上；配重平衡块104厚度很小，可以极大的减小飞行器起飞时的空气阻力，为矩形环状结构，中间留有大面积通孔，减小飞行器前飞过程中的空气阻力，四个角留有与机身103杆架截面相同的小孔，可安装在杆架上，并且可以手动调节其位置，以根据不同使用环境和使用条件调整飞行器重心位置，使整机平衡。

如图3所示，所述传动装置由电机201，减速小齿轮202，齿轮与支撑板之间的连接销203，减速大齿轮204，固定轴套205以及传动大齿轮206组成；其中电机201固定安装在支撑板102的电机定位孔中；减速小齿轮202固定在电机201的输出轴上，由电机轴带动转动；减速大齿轮204与传动大齿轮206通过两个连接销203安装于支撑板102上的大齿轮定位孔中，固定轴套205套在销轴203外端，用来对齿轮位置进行限定，避免齿轮在运动过程中脱落；右侧减速大齿轮204与减速小齿轮202相互啮合，左侧传动大齿轮206与减速大齿轮204相互啮合；整个装置通过电机输出轴的转动带动小齿轮202转动，进而驱动大齿轮204转动，同时带动大齿轮206作同步转动。

如图4所示，所述扑动装置由翅翼301，齿条302，曲柄303组成；大齿轮204上偏心位置开有带键轴孔，通过带键轴将曲柄301一端与大齿轮204连接，使曲柄可以通过大齿轮204的转动实现被动转动；齿条302左端与曲柄303另一端通过孔轴配合连接，通过曲柄的转动带动齿条运动；翅翼301与齿条302连接，可以随着齿条302的运动上下扑动。

如图4所示，所述扑动装置中齿条302的齿面开有矩形凹槽，用作限位滑块的运动轨道。

如图5所示，所述扑动装置中齿条与翅翼配合细节展示图，齿条302右端设计有扁长形T形块，外端宽度较大，翅翼301末端开有矩形槽，外部宽度较窄，内部宽度大，T形块和矩形孔的长度等于曲柄两个极限位置的水平方向位移差，以保证翅翼随齿条运动过程中在水平方向上不会产生位移，从而保证翅翼仅存在上下扑动。

如图6所示，所述扑动装置中曲柄运动到最左端与齿条位于同一直线时翅翼301与齿条302相对位置示意图，此时翅翼根部与齿条外端相切。

如图7所示，所述扑动装置中曲柄运动到最右端与齿条位于同一直线时翅翼301与齿条302相对位置示意图，此时翅翼根部距离齿条外端最远。

如图8所示，所述调节装置由扇形滚轮401，固定轴套402，连接销轴403和限位滑块404组成；扇形滚轮401和限位滑块404通过同一销轴403固定在支撑板102和机身103上；扇形滚轮401与齿条302相互啮合，齿条302的运动驱动扇形滚轮401绕销轴403作往复半圆运动；限位滑块404上端刚好卡在齿条302齿面凹槽中，上表面与齿条302上表面始终平行，以此来保证齿条302在运动过程中不会脱离与扇形滚轮401的接触，达到限位的效果。

如图8所示，扇形滚轮401扇形盘面留有大面积通孔，在减轻其重量的同时，可以保证其重心在一个合适的位置，不会因为其自身重力的原因自行向左或者向右转动。

如图9所示，所述调节装置俯视示意图，其中套筒405一端面与支撑板重合，另一端面与限位滑块重合，保证限位滑块不会在销轴所在的方向上发生多余的运动。

整体运动过程：

如图10所示，本实用新型主要工作结构示意图，当电机201工作时，减速小齿轮202随电机输出轴转动，同时驱动与之啮合的减速大齿轮204转动，以此达到减速的效果；减速大齿轮204驱动传动大齿轮206与之同步转动；通过带键轴的作用带动两个曲柄绕大齿轮中心轴转动，进而使齿条以扇形滚轮为支点实现竖直方向和水平方向的交错运动，以此驱动翅翼在平面内作上下扑动，从而产生升力，实现飞行功能。

如图10所示，在整个结构中，通过调整扇形滚轮401的半径大小或者调整其与支撑板102连接的位置，即可改变翅翼上下扑动的幅度。

Claims (10)

1.一种翅翼挥拍角可调节的微型扑翼飞行器，其特征在于，包括机架部分、传动装置、扑动装置、调节装置；

所述机架部分包括机身、头部、支撑板、尾翼、配重平衡块；机身前端部分留有与头部截面相同的凹槽，头部通过嵌入的方式与机身相连；机身前端设有宽度与支撑板厚度相同的滑槽，支撑板下端可以嵌入该滑槽中，中部两端与机身通过销轴固定连接；尾翼前端竖直面板的四个角设有与机身杆架截面相同规格的孔，通过孔轴配合相互连接；配重平衡块为矩形环状结构，中间挖空，四个角同样设有与机身杆架截面相同规格的孔，通过孔轴配合实现连接；

所述传动装置包括一个电机、一个小齿轮、两个大齿轮，电机固定安装在支撑板的电机定位安装孔；小齿轮安装在电机输出轴上，两者固定连接；其中一个大齿轮与小齿轮相互啮合，与支撑板通过销轴连接，达到减速的效果，销轴两端安装有防脱轴套；两个大齿轮相互啮合，关于机身中轴线呈对称分布，实现两侧对称同步运动；大齿轮齿面偏心位置开有带键轴孔；

所述扑动装置包括两个曲柄、两个齿条、两个翅翼，分别关于机身中轴线对称分布；曲柄一端开有带键轴孔，与大齿轮齿面偏心孔通过带键轴相连接，另一端与齿条端部的孔铰接，形成偏心曲柄摇杆机构；齿条另一端的扁长形T形块与翅翼连接，将齿轮的圆周运动转化为翅翼的上下扑动；

所述调节装置包括限位滑块、扇形滚轮，扇形滚轮通过孔轴配合方式安装在支撑板上，限位滑块一端为圆环，与扇形滚轮同轴安装，另一端为滑块，嵌在齿条齿面凹槽内，可保证齿条与滚轮始终啮合。

2.如权利要求1所述的一种翅翼挥拍角可调节的微型扑翼飞行器，其特征在于，机架部分结构是：可以手动调整配重平衡块在机身杆架上的位置。

3.如权利要求1所述的一种翅翼挥拍角可调节的微型扑翼飞行器，其特征在于，机架部分结构是：机身前端搭载有支撑板，上面有一个电机安装孔、两个齿轮安装孔和两个扇形滚轮安装孔。

4.如权利要求1所述的一种翅翼挥拍角可调节的微型扑翼飞行器，其特征在于，机架部分结构是：头部为中空结构，外壳壁厚为0.1mm，采用光敏树脂材料，通过3D打印整体成型。

5.如权利要求1所述的一种翅翼挥拍角可调节的微型扑翼飞行器，其特征在于，传动装置结构是：大齿轮偏心位置开有带键轴孔，通过带键轴与曲柄一端固连。

6.如权利要求1所述的一种翅翼挥拍角可调节的微型扑翼飞行器，其特征在于，扑动装置结构是：齿条一端加有扁长形T形块，外端部分较宽，用作与翅翼连接；齿面偏上位置开有矩形槽口，用来与限位滑块进行连接。

7.如权利要求1所述的一种翅翼挥拍角可调节的微型扑翼飞行器，其特征在于，扑动装置结构是：翅翼分为三段结构，第一段使用刚性翼结构，开有矩形槽，外端部分较窄，齿条的T形块可以插入翅翼矩形槽中，实现沿齿条方向的滑动，T形块和矩形槽的长度等于曲柄水平方向两个极限位置的位移差，以保证翅翼不会随齿条运动在水平方向产生位移；翅翼第二段和第三段采用柔性翼结构，将塑料薄膜粘在碳性维材料制成的翅脉结构上；翅翼前缘位置稍厚，后缘较薄。

8.如权利要求1所述的一种翅翼挥拍角可调节的微型扑翼飞行器，其特征在于，调节装置结构是：扇形滚轮盘面去掉一部分，减轻零件重量，同时重心下移，维持转动过程中的平衡。

9.如权利要求1所述的一种翅翼挥拍角可调节的微型扑翼飞行器，其特征在于，调节装置结构是：扇形滚轮可作为齿条运动的支撑结构，采用滚轮设计，减少阻力，提高系统稳定性。

10.如权利要求1所述的一种翅翼挥拍角可调节的微型扑翼飞行器，其特征在于，调节装置结构是：限位滑块与扇形滚轮通过同一销轴安装在机身上，在限位滑块与支撑板之间的销轴部分安装有轴套，防止限位滑块沿销轴方向发生偏移。

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