[发明专利]一种实现机翼扑翼及翼面主动扭转的扑翼装置

说明书

技术领域

本发明属于仿生学扑翼飞行驱动装置领域，具体涉及一种实现机翼扑翼及翼面主动扭转的扑翼装置。

背景技术

昆虫类扑翼飞行器属于仿生学扑翼飞行器。昆虫类扑翼方式在自然界中广泛存在，从空气动力学的观点看可以同时获得较高的升力和向前的推力以实现机动飞行。昆虫扑翼方式具体是绕翼根旋转轴的周期拍动，包括绕翼根旋转轴的拍动和绕拍动翼展方向旋转轴的转动，即：翼面拍动和翼面扭转。其中向前下方的拍动称为下拍，向后上方的拍动称为上拍，每个拍动周期分为上拍和下拍两个阶段。其中上拍阶段，开始时翼面攻角为0°，上拍过程中攻角变大，到中间位置时，攻角和速度达到最大值，之后攻角逐渐变小至0°。下拍阶段，开始时机翼攻角为0°，下拍过程中攻角减小到最小值，之后再逐渐增加到0°。昆虫通过这种扑翼方法，以获得较大的升力和推力。

由于昆虫类扑翼运动方式较为复杂，现有的仿生扑翼飞行器多采用单自由度扑翼方式，即：现有扑翼装置仅能实现翼面拍动，而不能同时实现翼面扭转。而若想同时模拟昆虫类扑翼运动中的翼面扭转则往往需要为两侧的机翼安装额外的扭转驱动电机，并要增加传动装置以确保两侧机翼绕翼展方向旋转轴的转动彼此同步以及确保翼面扭转节奏与翼面拍动的节奏匹配。这种方式不仅增加了机械设计的困难，更会极大地提高扑翼装置的总体重量，导致飞行器整体设计失败。

发明内容

为了解决现有扑翼飞行器驱动装置仅能实现翼面拍动，而不能同时实现翼面扭转，若要同时实现则需要为两侧的机翼安装额外的扭转驱动电机，不仅增加了机械设计的困难，更会极大地提高扑翼装置的总体重量，导致飞行器整体设计失败的技术问题，本发明提供一种实现机翼扑翼及翼面主动扭转的扑翼装置。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

一种实现机翼扑翼及翼面主动扭转的扑翼装置，包括扑翼摇杆、两个球铰销、机翼扭转连杆、从动锥齿轮、机翼扭转曲柄、右侧扑翼连杆、右侧扑翼曲柄、右侧扑翼直齿轮、左侧扑翼直齿轮、左侧扑翼曲柄、左侧扑翼连杆、减速齿轮、电机输出齿轮、电动机、两个机翼骨架、两个旋转副和两个移动副；减速齿轮包括大直齿轮、小直齿轮和小直齿锥齿轮，其三者旋转轴相同，小直齿轮固连在大直齿轮前端面，小直齿锥齿轮固连在大直齿轮后端面；扑翼摇杆由结构对称的左侧摇杆和右侧摇杆铰接而成；

所述电机输出齿轮与电动机旋转轴固连，减速齿轮上的大直齿轮与电机输出齿轮啮合形成第一齿轮组；右侧扑翼直齿轮与小直齿轮啮合形成第二齿轮组，右侧扑翼直齿轮还与左侧扑翼直齿轮啮合形成第三齿轮组；右侧扑翼曲柄的一端与右侧扑翼直齿轮的旋转轴固连，右侧扑翼曲柄的另一端与右侧扑翼连杆的底端铰接；左侧扑翼曲柄的一端与左侧扑翼直齿轮的旋转轴固连，左侧扑翼曲柄的另一端与左侧扑翼连杆的底端铰接；扑翼摇杆的左、右两侧摇杆分别与两侧机翼骨架固连；左侧扑翼连杆的顶端通过一个旋转副与扑翼摇杆的左侧摇杆的中段铰接，右侧扑翼连杆的顶端通过另一个旋转副与扑翼摇杆的右侧摇杆的中段铰接；

所述从动锥齿轮与小直齿锥齿轮啮合形成第四齿轮组，机翼扭转曲柄的一端与从动锥齿轮的旋转轴固连，机翼扭转曲柄的另一端与机翼扭转连杆的底端铰接，机翼扭转连杆的顶端分别通过其上设有的两个球铰与两个球铰销铰接；两个球铰销分别通过一个移动副与两个机翼骨架的尾端连接。

所述右侧扑翼连杆、右侧扑翼曲柄、右侧扑翼直齿轮和右侧摇杆共同构成了右侧翼面拍动机构，左侧扑翼直齿轮、左侧扑翼曲柄、左侧扑翼连杆和左侧摇杆共同构成了左侧翼面拍动机构，所述右侧翼面拍动机构与左侧翼面拍动机构的结构完全对称；右侧扑翼直齿轮与左侧扑翼直齿轮啮合的传动比为1：1。

本发明的有益效果是：该扑翼装置在通过减速齿轮驱动两侧机翼实现翼面拍动的同时，还通过从动锥齿轮驱动翼面产生与翼面拍动相匹配的翼面扭转运动，从而同时实现机翼扑翼及翼面主动扭转。采用该扑翼装置的扑翼飞行器不再需要为两侧的机翼安装额外的扭转驱动电机及其配套传动装置就能同时实现翅翼的翼面拍动和扭转飞行，实现了驱动装置总体的设计简单和轻量化，使得扑翼飞行器能够获得更大的升力和推力，还在一定程度上提高了飞行器的机动性。

附图说明

图1是本发明实现机翼扑翼及翼面主动扭转的扑翼装置的应用示意图；

图2是本发明实现机翼扑翼及翼面主动扭转的扑翼装置的立体结构图；

图3是图2的主视图；

图4是图2的右视图；

图5是图2的后视图；

图6是图2的左视图；