[发明专利]一种基于电磁致动器驱动的微型扑翼机构

说明书

本发明公开了一种基于电磁致动器驱动的微型扑翼机构，属于机器人领域，包括基座、电磁线圈、摇动磁铁、回中辅助磁铁、扑动铰链、攻角辅助磁铁、攻角偏转铰链、翅翼。其中，基座用于固定其他组分，电磁线圈通电后产生磁场，摇动磁铁固定在扑动铰链之上与线圈产生因电磁力相互作用，回中辅助磁铁用于确定扑动铰链的中心位置并储存及释放能量，扑动铰链用于驱动翅翼的扑动角，攻角辅助磁铁用于确定攻角偏转铰链的中心位置并储存及释放能量，而攻角偏转铰链用于改变翅翼的偏转角，翅翼则用于和空气作用产生升力。本发明中两个翼可以独立控制，使机体更加灵活。储能结构的设计增加了机构的效率，减少了机构的刚性碰撞，增加了机构可靠性和使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种仿生的基于电磁致动器的仿昆虫式微型扑翼飞行机构，一般用于机器人领域。

背景技术

扑翼飞行器是一种模仿自然界鸟类和昆虫的飞行、通过扑动翅翼产生升力和拉力进行飞行的一种飞行器。相比常见的旋翼和固定翼飞行器，其兼顾高效性、灵活性、安全性、隐蔽性。随着昆虫飞行动力学研究的深入、3D打印技术的进步和机械电子技术的发展，小型仿昆虫类扑翼飞行器的实现成为可能。同时，昆虫式微型扑翼飞行器具有广泛的应用，在安装了相应传感器之后，利用其高效性和灵活性可以进行拥挤复杂环境的探索，比如：地震之后废墟缝隙的探索，微型管道的探索，危险区域的探索等；利用其安全性可以进行更多的与人直接交互的任务，比如：家庭娱乐设施，教育科研设备等；利用其隐蔽性可以进行某些特种工作，比如：侦察工作，生态监视工作等。

现阶段仿昆虫式微型扑翼机构就驱动类型方面，大体可以分为三类：1)微型电机驱动，2)压电陶瓷驱动，3)电磁致动器驱动。国内外研究现状如下所述。国内基于电磁致动器的仿昆虫式扑翼研究与本发明相似的已公开专利包括：东南大学的微型飞行器的仿生电磁驱动扑翼装置，其申请号为03112944.7、公开号为CN 1553185A；中国科学技术大学的一种电磁驱动翼面的扑翼系统，其申请号为200510095549.4、公开号为CN 1765702A；上海交通大学的电磁驱动式扑翼微飞行器，其申请号为201010503002.4、公开号为CN101947388A；上海交通大学的双电磁驱动式微扑翼飞行器，其申请号为201410719467.7、公开号为CN103708032A。国外的相似的研究例举如下，主要研究团队包括普渡大学的JARoll,Xingyan Deng等人，法国北部里尔大学的T Dargent等人。

现有研究和发明都依赖于精密的加工工艺和比较复杂的机械结构，同时并没有高效的储能机构，缺乏容易制作的高效的仿昆虫式扑翼机构。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种高效的、结构紧凑牢固的的扑翼机构。两个电磁致动器的设计，使得两个翼可以独立控制，使得机体的控制更加灵活。储能结构的设计则大大增加的机构的效率，同时减少了机构的刚性碰撞，间接地增加了机构地可靠性和使用寿命。

本发明采用的技术方案是：

一种基于电磁致动器驱动的微型扑翼机构，包括基座和基座两端对称的设置的两个子机构，所述的子机构包括与基座胶连的电磁线圈，电磁线圈的两侧用瞬干胶胶连回中辅助磁铁；包括与基座通过转动槽相连接的扑动铰链，扑动铰链上设有攻角转轴，设有的攻角偏转铰链与扑动铰链上的攻角转轴相胶连；包括翅翼，胶连于攻角偏转铰链上；包括摇动磁铁，胶连于扑动铰链上，并使摇动磁铁置于电磁线圈内；所述的攻角偏转铰链上设有攻角辅助磁铁。

所述磁铁均为永磁钕铁硼强磁铁，其具有强磁性和不易退磁等优良特性。

所述基座、扑动铰链、攻角偏转铰链由尼龙粉末采用MJF多射流熔融3D打印技术制备而成，具有耐高温，高强度，高复用率等特性，同时具有一定弹性和可延展性。

所述翅翼包括翼脉和翼膜两部分组成，其中翼脉使用CNC对碳纤维板进行切割加工制成，翼膜采用聚酰亚胺膜，在与翅翼同形状模具辅助下，切割制作而成。

所述攻角转轴采用碳纤维杆制作。