[实用新型]一种两级平行齿轮减速的扑翼驱动机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种扑翼驱动机构。

背景技术

微型扑翼飞行器是一种模仿鸟类飞行的新概念飞行器，它具有体积小、重量轻、使用灵活、效率高等优势。由于扑翼飞行器的升力、推力均由上下扑动的扑翼提供，因此，驱动扑翼使扑翼飞行器获得良好的气动效率，同时具备较高的可靠性和良好的载荷特性就成为了影响微型扑翼飞行器整体性能好坏的重要环节。这就使得扑翼驱动机构设计成为了微型扑翼飞行器研制过程中的关键环节。

目前的扑翼驱动机构主要有以下几种技术途径：

中国专利授权公告号CN201354146Y，名称为机械鸟的扑动机构的实用新型专利公开了一种模拟飞鸟展翅飞行的具有三自由度的扑动装置。该装置采用三个电机分别驱动曲柄摇杆机构、齿轮齿环机构和齿轮组实现了模仿飞鸟展翅飞行的拍打、扭转和摆动的三自由度运动。其不足之处是机构的组成比较复杂，难以轻量化、小型化，在微型扑翼飞行器上应用受限；整个机构由三个电机及其对应的传动机构分别独立，需要复杂的控制系统控制三个电机使整个机构的扑动协调，增加了飞控系统的设计难度，降低了可靠性。

中国专利授权公告号CN101508343A，名称为扑翼轨迹呈8字形的仿生微型飞行器的发明专利给出了一种单自由度四连杆拍翼驱动机构，通过两级齿轮减速器驱动曲柄连杆机构带动拍翼上下拍动，并借由拍翼的弹性变形能力和特定的扑动频率产生的气动特性实现拍翼轨迹呈8字形的拍动。其不足之处是由于机架的设计，两级齿轮减速器的安装难以保证同轴性，两个齿轮轴前伸距离较长，在扑动频率较高的情况下，易造成机构运行不稳定，抖动幅度大的现象，影响机构的可靠性和使用寿命。

综合看来，现有扑翼驱动机构主要问题在于结构复杂、重量大，难以应用与微小型扑翼飞行器，可靠性差、使用寿命短等。

发明内容

为了克服现有技术结构复杂、重量大，难以应用与微小型扑翼飞行器，可靠性差、使用寿命短等不足，本发明提供一种两级平行齿轮减速的扑翼驱动机构，能够简单可靠的实现扑翼对称扑动，并且具有较高结构效率和较大输出功率，可靠性高，使用寿命长，适合微型扑翼飞行器应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包含机架、电机、两级平行齿轮减速器和四连杆机构。

所述机架为左右对称的整体结构，以面向机头方向为前面，在机架底面和前面上部分别有固定孔，固定孔的轴线垂直于其所在表面，机架通过所述固定孔与扑翼飞行器机身进行螺纹连接或销接。机架上有前后方向贯通的电机安装孔、传动轴孔和曲柄轴孔，三者轴线互相平行且依次位于前者下方，均位于机架对称平面内。曲柄轴孔上方有左右对称的两个摇臂轴孔，其轴线与前述三孔的轴线平行。

所述电机为机长不超过60mm的直流无刷电机，在机架后侧固定于电机安装孔，电机枢轴穿过机架与两级平行齿轮减速器的一级主动齿轮固接，传动轴穿过传动轴孔，两端分别与一级从动齿轮和二级主动齿轮固接，曲柄轴穿过曲柄轴孔，一端与二级从动齿轮固接，另一端与曲柄固接。传动轴孔和曲柄轴孔中分别依次安装轴承、限位套筒和轴承与相应轴配合，轴孔的长度至少是轴径的3倍。所述齿轮在传动轴和曲柄轴上的安装位置使得一级主动齿轮与一级从动齿轮啮合，二级主动齿轮与二级从动齿轮啮合，形成所述两级平行齿轮减速器，减速比为45-65。

所述四连杆机构有两个摇臂左右对称分布，每个摇臂中部分别与固接于机架摇臂轴孔的摇臂轴铰接，摇臂以其与摇臂轴铰接位置为界，内侧横截面小于外侧横截面，使两个摇臂内侧轴线距离大于外侧轴线距离。摇臂外侧有盲孔，与扑翼翼梁插接。摇臂内侧分别与两个连杆一端铰接，连杆另一端与曲柄端头的短轴铰接，连杆和摇臂的连接点位于左右摇臂轴连线之间的位置。连杆靠近摇臂的一端有两处垂直轴线方向的弯折，使连杆在所述弯折以上和以下的部分位于两个平行但不重合的平面内；弯折的方向使两个连杆在靠近摇臂的一端互相远离。摇臂横截面变化和连杆弯折的作用是，在四连杆进行转动时振动较大的位置额外留出一定空间，使四连杆机构组装时可以在前后方向尽量紧凑，而不必考虑因零件制造和安装误差造成的运动干涉。

所述四连杆机构的尺寸关系是，若以曲柄长度为基准长度1.0，连杆长度为5.0-5.5，摇臂轴线间距为2.7-2.9，摇臂轴连线与曲柄轴轴线间距为5.2-5.3。

所述四连杆机构在机架前后方向与两级平行齿轮减速器在不发生运动干涉的前提下尽量靠近。

所述机架的尺寸由所述四连杆机构确定，高度为四连杆机构确定的摇臂轴连线与曲柄轴轴线的距离，最大宽度为两个摇臂轴孔的距离。