[发明专利]一种仿鸟翅膀骨骼的机翼多自由度变体机构

说明书

一种仿鸟翅膀骨骼的机翼多自由度变体机构，属于飞行器机翼结构设计技术领域。它包括依次连接的机身、第一旋臂、第二旋臂及第三旋臂，第二旋臂包括第二旋臂a及第二旋臂b；所述机身与第一旋臂之间通过球关节机构活动连接实现第一旋臂的变体活动；所述第一旋臂与第二旋臂a、第一旋臂与第二旋臂b之间均活动连接并通过第三驱动模块实现第二旋臂的后掠变体活动；所述第二旋臂a与第三旋臂之间、第二旋臂b第三旋臂之间均活动连接实现第三旋臂的协同后掠运动。本发明通过对鸟类翅膀进行仿真模拟出的多自由度变体机翼结构，实现了对机翼的面积、上反角、后掠角和扭转角的变化控制，对于仿鸟类无人机的机动性能有了进一步的提高。

技术领域

本发明属于飞行器机翼结构设计技术领域，具体涉及一种仿鸟翅膀骨骼的机翼多自由度变体机构。

背景技术

如今人类的飞行器以固定翼和旋翼形式，而自然界中的鸟类能够灵活利用空气中的能量，花费较小的生物能量进行长时间的盘旋飞行;还可以实现各种姿态的飞行动作。其依靠的是自身独特的骨骼和肌肉系统完成多关节联动的多自由度动作，实现翅膀的变体飞行，具有极高的灵活性和机动性。

通过研究鸟类翅膀的生理构造，进行变体机翼的仿生设计将会是实现人类飞行器变体飞行的有效手段。

为解决机翼变体问题，提出了一种仿生多自由度的变体机构。变形机翼的仿生变体机构将使机翼具有类似鸟类大幅度改变机翼平面形状、上反角、后掠角、扭转角分布等能力。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种仿鸟翅膀骨骼的机翼多自由度变体机构，其运动状态能够逼近鸟类翅膀。

本发明提供如下技术方案：

一种仿鸟翅膀骨骼的机翼多自由度变体机构，包括依次连接的机身、第一旋臂、第二旋臂及第三旋臂，第二旋臂包括第二旋臂a及第二旋臂b；所述机身与第一旋臂之间通过球关节机构活动连接实现第一旋臂的变体活动；所述第一旋臂与第二旋臂a、第一旋臂与第二旋臂b之间均活动连接并通过第三驱动模块实现第二旋臂的后掠变体活动；所述第二旋臂a与第三旋臂之间、第二旋臂b第三旋臂之间均活动连接实现第三旋臂的协同后掠运动。

进一步的，所述第一旋臂相对于机身做扭转角为ω1、上反角为φ1、后掠角为Ψ1以及围绕以第一旋臂与机身之间的连接点为圆心的空间直角坐标系中任一坐标轴的转动运动；所述第二旋臂相对于第一旋臂做后掠角为Ψ2的运动；所述第三旋臂与第二旋臂协同做后掠运动，后掠角为Ψ3。

进一步的，所述球关节机构设置在机身上，其包括第一驱动模块、第二驱动模块及球面齿轮；所述第一驱动模包括第一单极齿轮、控制第一单极齿轮旋转的第二电机及控制第二电机扭转的第一电机；所述第二驱动模块包括第二单极齿轮、控制第二单极齿轮旋转的第四电机及控制第四电机扭转的第三电机；所述第一单极齿轮、第二单极齿轮分别与球面齿轮相啮合，所述球面齿轮与第一旋臂相连接。

进一步的，所述第一旋臂分别通过第一铰链、球铰与第二旋臂a、第二旋臂b活动连接；所述第一旋臂内设有直线电机及弹簧，直线电机、弹簧及第二旋臂b通过绳索相连接；通过直线电机的拉拽实现第二旋臂和第三旋臂相对于第一旋臂的伸缩运动。

进一步的，所述第一铰链为单自由度机构，球铰为三自由度机构。

进一步的，所述第三旋臂分别通过第二铰链、万向节与第二旋臂a、第二旋臂b相连接形成具有一个自由端的四杆机构，实现第三旋臂协同第二旋臂做后掠的伸缩运动。

进一步的，所述第二铰链为单自由度机构，万向节为二自由度机构。

通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1）本发明通过对鸟类翅膀进行仿真模拟出的多自由度变体机翼结构，实现了对机翼的面积、上反角、后掠角和扭转角的变化控制，对于仿鸟类无人机的机动性能有了进一步的提高；