一種多自由度仿鳥撲翼飛行器的制造方法
【專利摘要】一種多自由度仿鳥撲翼飛行器。其包括驅(qū)動機(jī)構(gòu)、兩個扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、尾翼機(jī)構(gòu)、兩個柔性接頭結(jié)構(gòu)、機(jī)架；本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單緊湊,可實(shí)現(xiàn)完全對稱的撲翼運(yùn)動。采用橡膠柔性開槽機(jī)構(gòu)可使撲翼飛行器更像鳥一樣飛行,撲翼彎曲折疊使撲翼上撲時(shí)受力面積減小阻力更小,下?lián)鋾r(shí)翼展面積最大,同時(shí)，外翼在飛行方向也可能夠通過空氣阻力進(jìn)行被動彎曲，從而產(chǎn)生更大的升力和推力。采用舵機(jī)控制內(nèi)撲翼?xiàng)U來改變撲翼的仰角，在空氣動力學(xué)上，符合上撲阻力小于下?lián)渖Φ男Ч岣邭鈩有?。利用兩臺舵機(jī)控制尾翼的偏轉(zhuǎn)，使撲翼飛行器飛行姿態(tài)更利于操作和控制。該多自由度仿鳥撲翼式微型仿生撲翼機(jī)飛行器可在模型、航拍監(jiān)控、情報(bào)搜集、災(zāi)難搜救、機(jī)場驅(qū)鳥等領(lǐng)域使用。
【專利說明】
一種多自由度仿鳥撲翼飛行器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種撲翼飛行器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種多自由度仿鳥撲翼飛行器。
【背景技術(shù)】
[0002]仿鳥撲翼飛行器是一種模仿鳥類撲翼飛行的新型飛行器，與傳統(tǒng)固定翼、旋翼飛機(jī)飛行器相比，可以實(shí)現(xiàn)快速起飛、加速和懸停，具有高度的機(jī)動性、隱蔽性和靈活性，在國防領(lǐng)域和民用方面都有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]自然界中鳥的撲翼飛行主要由三種基本的運(yùn)動構(gòu)成:上下?lián)]拍運(yùn)動、扭轉(zhuǎn)運(yùn)動和彎曲折疊運(yùn)動。結(jié)合鳥類飛行特點(diǎn)，將上下?lián)]拍運(yùn)動與扭轉(zhuǎn)運(yùn)動、彎曲折疊運(yùn)動有機(jī)地結(jié)合在一起，使撲翼產(chǎn)生較大升力和推力，可提高氣動力效率，而單一的揮拍運(yùn)動和扭轉(zhuǎn)運(yùn)動都無法使得撲翼的氣動力效率達(dá)到最大。
[0004]仔細(xì)觀察鳥類的飛行姿態(tài)可得到，鳥類在平飛過程(不包括起飛、滑翔)主要可分為兩個階段:
[0005](I)下?lián)潆A段:鳥翼從最高點(diǎn)開始下?lián)洌岚蚧颈３终归_狀態(tài)，外翼有小幅度的彎曲折疊，其后外翼的折疊幅度繼續(xù)增大。在整個撲翼下?lián)溥^程中，撲翼的攻角從負(fù)向逐漸增大后減小，最后到正向角度。
[0006](2)抬升階段:彎曲折疊完成后，翅膀保持原有的拱形，從最低點(diǎn)開始上撲，在最高點(diǎn)處有小幅度的折疊，撲翼的攻角從正向逐漸增大后減小，最后到負(fù)向角度，然后重復(fù)第一階段。
[0007]目前國內(nèi)外已有成型的微型撲翼飛行器，大都仿生對象以昆蟲為主，且飛行的姿態(tài)只能實(shí)現(xiàn)簡單自由度的揮拍運(yùn)動。中國專利CN 103482064A采用仿鳥二段式撲翼，在內(nèi)外翼連接處采用接頭鉸接，基本實(shí)現(xiàn)上下?lián)鋭雍屯庖淼膹澢郫B，能在一定程度上模仿鳥類飛行過程中，但這種內(nèi)外翼的接頭鉸接結(jié)構(gòu)控制具有一定的難度。中國專利CN 101417708A將撲翼翼面分為內(nèi)外翼段，通過在前后兩段翼肋上設(shè)置角度限制器來控制前后翼段對折的角度，以此來實(shí)現(xiàn)撲翼撲動過程中的扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，其不足之處是，通過設(shè)置角度限制器只能將撲翼的攻角設(shè)定在某一固定值，而不能根據(jù)來流流速靈活調(diào)整。而作為大型仿鳥撲翼飛行器，撲翼的內(nèi)翼與外翼之間的彎曲折疊和撲翼扭轉(zhuǎn)對提高飛機(jī)升力是非常重要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種集合撲翼揮拍、扭轉(zhuǎn)、彎曲折疊的多自由度仿鳥撲翼飛行器。
[0009]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的多自由度仿鳥撲翼飛行器包括驅(qū)動機(jī)構(gòu)、兩個扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、尾翼機(jī)構(gòu)、兩個柔性接頭結(jié)構(gòu)、機(jī)架;其中機(jī)架包括機(jī)身?xiàng)U、半圓前機(jī)架、主機(jī)架、電機(jī)固定機(jī)架、頂孔固定桿、左右孔固定桿、兩根齒輪固定桿、下孔固定桿;機(jī)身?xiàng)U沿前后方向設(shè)置;半圓機(jī)架上形成有頂孔、左孔和右孔;主機(jī)架與電機(jī)固定機(jī)架上均形成有頂孔、左孔、右孔、中孔、兩個下部孔和下孔;機(jī)身?xiàng)U的中部依次貫穿設(shè)置在半圓前機(jī)架、主機(jī)架和電機(jī)固定機(jī)架的中孔內(nèi)，并且半圓前機(jī)架、主機(jī)架和電機(jī)固定機(jī)架平行設(shè)置;頂孔固定桿、左右孔固定桿分別貫穿設(shè)置在半圓前機(jī)架、主機(jī)架和電機(jī)固定機(jī)架的頂孔及左右孔中；兩根齒輪固定桿貫穿設(shè)置在主機(jī)架和電機(jī)固定機(jī)架的兩個下部孔中；下孔固定桿貫穿設(shè)置在主機(jī)架和電機(jī)固定機(jī)架的下孔中；
[0010]所述的驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括無刷電機(jī)、齒輪減速機(jī)構(gòu)、兩個曲柄、兩根連桿;其中無刷電機(jī)的后端固定在電機(jī)固定機(jī)架上，輸出軸向前穿過主機(jī)架上部左側(cè)部位;齒輪減速機(jī)構(gòu)由電機(jī)齒輪、第一級雙聯(lián)齒輪、第二級雙聯(lián)齒輪、右側(cè)齒輪、左側(cè)齒輪組成；電機(jī)齒輪套裝在無刷電機(jī)的輸出軸上;第一級雙聯(lián)齒輪由兩個同軸設(shè)置的大齒輪和小齒輪組成，大齒輪在前，小齒輪在后，電機(jī)齒輪與第一級雙聯(lián)齒輪中的大齒輪相嚙合;第二級雙聯(lián)齒輪設(shè)置在第一級雙聯(lián)齒輪的右側(cè)，由兩個同軸設(shè)置的大齒輪和小齒輪組成，大齒輪在后，小齒輪在前;第一級雙聯(lián)齒輪中的小齒輪與第二級雙聯(lián)齒輪中的大齒輪相嚙合，第二級雙聯(lián)齒輪中的小齒輪與右側(cè)齒輪相嚙合，右側(cè)齒輪與左側(cè)齒輪相嚙合，并且左側(cè)齒輪和右側(cè)齒輪的中心孔分別固定在兩根齒輪固定桿的前端;每個曲柄的一端固定在左側(cè)齒輪與右側(cè)齒輪的前端中心處，另一端與一根連桿的一端相鉸接，兩個曲柄一起隨左側(cè)齒輪與右側(cè)齒輪進(jìn)行圓周運(yùn)動；左側(cè)齒輪及其上的曲柄、連桿與右側(cè)齒輪及其上的曲柄、連桿相對于機(jī)身?xiàng)U左右對稱；
[0011 ]兩個扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)對稱設(shè)置在機(jī)身?xiàng)U的左右兩側(cè)，用于改變撲翼的攻角，每個扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括撲動桿、兩個扭轉(zhuǎn)軸承、舵機(jī)固定機(jī)架、舵機(jī)、舵機(jī)臂、內(nèi)撲翼?xiàng)U、內(nèi)撲翼板、扭轉(zhuǎn)接頭、扭轉(zhuǎn)連桿、中撲翼板;撲動桿沿左右方向設(shè)置，為長方體形空心結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)一端與連桿的另一端相鉸接;兩個扭轉(zhuǎn)軸承分別安裝在撲動桿的兩端位置；內(nèi)撲翼?xiàng)U包括直桿和斜桿，其中直桿的一端與撲動桿的外端通過扭轉(zhuǎn)軸承配合安裝，斜桿的一端固定在直桿的中部，后部向斜后方延伸，內(nèi)撲翼?xiàng)U繞扭轉(zhuǎn)軸承的旋轉(zhuǎn)角度即為攻角變化范圍；內(nèi)撲翼板沿前后方向垂直設(shè)置，中部同時(shí)貫穿直桿和斜桿；中撲翼板以與內(nèi)撲翼板平行的方式設(shè)置在內(nèi)撲翼板的外側(cè)，中部貫穿直桿，后部貫穿斜桿;舵機(jī)固定機(jī)架的前端焊接在撲動桿的外端邊緣部位;舵機(jī)利用螺栓固定在舵機(jī)固定機(jī)架的左側(cè)面上;舵機(jī)臂的一端套裝在舵機(jī)的輸出軸上，另一端與扭轉(zhuǎn)連桿的一端相鉸接，扭轉(zhuǎn)連桿的另一端與扭轉(zhuǎn)接頭相固定，扭轉(zhuǎn)接頭固定在內(nèi)撲翼?xiàng)U左側(cè)部位；
[0012]所述的尾翼機(jī)構(gòu)包括尾翼板、機(jī)尾板、機(jī)身中板、尾翼前舵機(jī)板、尾翼前舵機(jī)、尾翼前軸承、尾翼連桿、尾翼后軸承、尾翼后舵機(jī)板、尾翼后舵機(jī);其中機(jī)尾板與機(jī)身中板上形成有中心孔，機(jī)身?xiàng)U的后部依次從機(jī)身中板與機(jī)尾板的中心孔中穿過，由此將機(jī)身中板、機(jī)尾板固定在機(jī)身?xiàng)U上，并且機(jī)尾板與機(jī)身中板平行設(shè)置;尾翼前舵機(jī)板固定在機(jī)身中板的前端面上;尾翼后舵機(jī)板固定在機(jī)尾板的后端面上;尾翼前舵機(jī)連接在尾翼前舵機(jī)板上;尾翼后舵機(jī)連接在尾翼后舵機(jī)板上;尾翼連桿的一端通過尾翼前軸承與尾翼前舵機(jī)的舵機(jī)臂相連，另一端通過尾翼后軸承與尾翼后舵機(jī)板相連;尾翼板的前端與尾翼后舵機(jī)的舵機(jī)臂相接；
[0013]兩個柔性接頭結(jié)構(gòu)對稱設(shè)置，每個柔性接頭結(jié)構(gòu)包括柔性橡膠條、外撲翼?xiàng)U和外撲翼板;其中柔性橡膠條的兩端分別連接在內(nèi)撲翼?xiàng)U上直桿的外端和外撲翼?xiàng)U的一端;夕卜撲翼板沿前后方向垂直設(shè)置，中部貫穿外撲翼?xiàng)U。
[0014]所述的左側(cè)齒輪和右側(cè)齒輪具有相同的齒數(shù)，因此是同步齒輪。
[0015]所述的尾翼板為扇形板。
[0016]所述的柔性橡膠條為長方體形結(jié)構(gòu)，前端和上端表面形成有多條豎向溝槽。
[0017]本發(fā)明提供的多自由度仿鳥撲翼飛行器優(yōu)點(diǎn)及有益效果:結(jié)構(gòu)簡單緊湊，可以實(shí)現(xiàn)完全對稱的撲翼運(yùn)動。采用橡膠柔性開槽機(jī)構(gòu)可以使撲翼飛行器更像鳥一樣的飛行，撲翼彎曲折疊使撲翼上撲時(shí)受力面積減小阻力更小，下?lián)鋾r(shí)翼展面積最大，同時(shí)，外翼在飛行方向也可能夠通過空氣阻力進(jìn)行被動彎曲，從而產(chǎn)生更大的升力和推力。采用舵機(jī)控制內(nèi)撲翼?xiàng)U來改變撲翼的仰角，在空氣動力學(xué)上，符合上撲阻力小于下?lián)渖Φ男Ч?，提高氣動效率。此外，利用兩臺舵機(jī)控制尾翼的偏轉(zhuǎn)，使撲翼飛行器飛行姿態(tài)更利于操作和控制。該多自由度仿鳥撲翼飛行器可在模型、航拍監(jiān)控、情報(bào)搜集、災(zāi)難搜救、機(jī)場驅(qū)鳥等領(lǐng)域使用。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明提供的多自由度仿鳥撲翼飛行器總體結(jié)構(gòu)立體圖；
[0019]圖2為圖1示出的多自由度仿鳥撲翼飛行器上驅(qū)動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為圖1示出的多自由度仿鳥撲翼飛行器上扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ]圖4為圖1示出的多自由度仿鳥撲翼飛行器上尾翼機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖5為圖1示出的多自由度仿鳥撲翼飛行器上柔性橡膠接頭結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖6為圖1示出的多自由度仿鳥撲翼飛行器上機(jī)架結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明提供的多自由度仿鳥撲翼飛行器進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0025]如圖1一圖6所示，本發(fā)明提供的多自由度仿鳥撲翼飛行器包括驅(qū)動機(jī)構(gòu)1、兩個扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)2、尾翼機(jī)構(gòu)3、兩個柔性接頭結(jié)構(gòu)4、機(jī)架5;其中機(jī)架5包括機(jī)身?xiàng)U501、半圓前機(jī)架502、主機(jī)架503、電機(jī)固定機(jī)架504、頂孔固定桿505、左右孔固定桿506、兩根齒輪固定桿507、下孔固定桿508;機(jī)身?xiàng)U501沿前后方向設(shè)置;半圓機(jī)架502上形成有頂孔、左孔和右孔；主機(jī)架503與電機(jī)固定機(jī)架504上均形成有頂孔、左孔、右孔、中孔、兩個下部孔和下孔;機(jī)身?xiàng)U501的中部依次貫穿設(shè)置在半圓前機(jī)架502、主機(jī)架503和電機(jī)固定機(jī)架504的中孔內(nèi)，并且半圓前機(jī)架502、主機(jī)架503和電機(jī)固定機(jī)架504平行設(shè)置;頂孔固定桿505、左右孔固定桿506分別貫穿設(shè)置在半圓前機(jī)架502、主機(jī)架503和電機(jī)固定機(jī)架504的頂孔及左右孔中；兩根齒輪固定桿507貫穿設(shè)置在主機(jī)架503和電機(jī)固定機(jī)架504的兩個下部孔中；下孔固定桿508貫穿設(shè)置在主機(jī)架503和電機(jī)固定機(jī)架504的下孔中；
[0026]所述的驅(qū)動機(jī)構(gòu)I包括無刷電機(jī)102、齒輪減速機(jī)構(gòu)、兩個曲柄106、兩根連桿107;其中無刷電機(jī)102的后端固定在電機(jī)固定機(jī)架504上，輸出軸向前穿過主機(jī)架503上部左側(cè)部位;齒輪減速機(jī)構(gòu)由電機(jī)齒輪101、第一級雙聯(lián)齒輪103、第二級雙聯(lián)齒輪104、右側(cè)齒輪105、左側(cè)齒輪108組成；電機(jī)齒輪101套裝在無刷電機(jī)102的輸出軸上;第一級雙聯(lián)齒輪103由兩個同軸設(shè)置的大齒輪和小齒輪組成，大齒輪在前，小齒輪在后，電機(jī)齒輪101與第一級雙聯(lián)齒輪103中的大齒輪相嚙合;第二級雙聯(lián)齒輪104設(shè)置在第一級雙聯(lián)齒輪103的右側(cè)，由兩個同軸設(shè)置的大齒輪和小齒輪組成，大齒輪在后，小齒輪在前;第一級雙聯(lián)齒輪103中的小齒輪與第二級雙聯(lián)齒輪104中的大齒輪相嚙合，第二級雙聯(lián)齒輪104中的小齒輪與右側(cè)齒輪105相嚙合，右側(cè)齒輪105與左側(cè)齒輪108相嚙合，并且左側(cè)齒輪108和右側(cè)齒輪105的中心孔分別固定在兩根齒輪固定桿507的前端;每個曲柄106的一端固定在左側(cè)齒輪108與右側(cè)齒輪105的前端中心處，另一端與一根連桿107的一端相鉸接，兩個曲柄106—起隨左側(cè)齒輪108與右側(cè)齒輪105進(jìn)行圓周運(yùn)動；左側(cè)齒輪108及其上的曲柄106、連桿107與右側(cè)齒輪105及其上的曲柄106、連桿107相對于機(jī)身?xiàng)U501左右對稱；
[0027]兩個扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)2對稱設(shè)置在機(jī)身?xiàng)U501的左右兩側(cè)，用于改變撲翼的攻角，每個扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)2包括撲動桿201、兩個扭轉(zhuǎn)軸承202、舵機(jī)固定機(jī)架203、舵機(jī)204、舵機(jī)臂205、內(nèi)撲翼?xiàng)U206、內(nèi)撲翼板207、扭轉(zhuǎn)接頭208、扭轉(zhuǎn)連桿209、中撲翼板210;撲動桿201沿左右方向設(shè)置，為長方體形空心結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)一端與連桿107的另一端相鉸接;兩個扭轉(zhuǎn)軸承202分別安裝在撲動桿201的兩端位置；內(nèi)撲翼?xiàng)U206包括直桿206a和斜桿206b，其中直桿206a的一端與撲動桿201的外端通過扭轉(zhuǎn)軸承202配合安裝，斜桿206b的一端固定在直桿206a的中部，后部向斜后方延伸，內(nèi)撲翼?xiàng)U206繞扭轉(zhuǎn)軸承202的旋轉(zhuǎn)角度即為攻角變化范圍；內(nèi)撲翼板207沿前后方向垂直設(shè)置，中部同時(shí)貫穿直桿206a和斜桿206b;中撲翼板210以與內(nèi)撲翼板207平行的方式設(shè)置在內(nèi)撲翼板207的外側(cè)，中部貫穿直桿206a，后部貫穿斜桿206b;舵機(jī)固定機(jī)架203的前端焊接在撲動桿201的外端邊緣部位;舵機(jī)204利用螺栓固定在舵機(jī)固定機(jī)架203的左側(cè)面上;舵機(jī)臂205的一端套裝在舵機(jī)204的輸出軸上，另一端與扭轉(zhuǎn)連桿209的一端相鉸接，扭轉(zhuǎn)連桿209的另一端與扭轉(zhuǎn)接頭208相固定，扭轉(zhuǎn)接頭固定在內(nèi)撲翼?xiàng)U206左側(cè)部位；
[0028]所述的尾翼機(jī)構(gòu)3包括尾翼板301、機(jī)尾板302、機(jī)身中板303、尾翼前舵機(jī)板304、尾翼前舵機(jī)305、尾翼前軸承306、尾翼連桿307、尾翼后軸承308、尾翼后舵機(jī)板309、尾翼后舵機(jī)310;其中機(jī)尾板302與機(jī)身中板303上形成有中心孔，機(jī)身?xiàng)U501的后部依次從機(jī)身中板303與機(jī)尾板302的中心孔中穿過，由此將機(jī)身中板303、機(jī)尾板302固定在機(jī)身?xiàng)U501上，并且機(jī)尾板302與機(jī)身中板303平行設(shè)置;尾翼前舵機(jī)板304固定在機(jī)身中板303的前端面上；尾翼后舵機(jī)板309固定在機(jī)尾板302的后端面上；尾翼前舵機(jī)305連接在尾翼前舵機(jī)板304上;尾翼后舵機(jī)310連接在尾翼后舵機(jī)板309上;尾翼連桿307的一端通過尾翼前軸承306與尾翼前舵機(jī)305的舵機(jī)臂相連，另一端通過尾翼后軸承308與尾翼后舵機(jī)板309相連;尾翼板301的前端與尾翼后舵機(jī)310的舵機(jī)臂相接；
[0029]兩個柔性接頭結(jié)構(gòu)4對稱設(shè)置，每個柔性接頭結(jié)構(gòu)4包括柔性橡膠條401、外撲翼?xiàng)U402和外撲翼板403;其中柔性橡膠條401的兩端分別連接在內(nèi)撲翼?xiàng)U206上直桿206a的外端和外撲翼?xiàng)U402的一端;外撲翼板403沿前后方向垂直設(shè)置，中部貫穿外撲翼?xiàng)U402。
[0030]所述的左側(cè)齒輪108和右側(cè)齒輪105具有相同的齒數(shù)，因此是同步齒輪。
[0031 ]所述的尾翼板301為扇形板。
[0032]所述的柔性橡膠條401為長方體形結(jié)構(gòu)，前端和上端表面形成有多條豎向溝槽。
[0033]現(xiàn)將本發(fā)明提供的多自由度仿鳥撲翼飛行器工作原理闡述如下:
[0034]首先啟動無刷電機(jī)102，由此通過電機(jī)齒輪101帶動第一級雙聯(lián)齒輪103中的大齒輪轉(zhuǎn)動；由于第一級雙聯(lián)齒輪103中的大齒輪與小齒輪同軸，因此大齒輪將帶動小齒輪同步轉(zhuǎn)動。由于第一級雙聯(lián)齒輪103中的小齒輪與第二級雙聯(lián)齒輪104中的大齒輪相嚙合，第二級雙聯(lián)齒輪104中的大齒輪與小齒輪同軸，第二級雙聯(lián)齒輪104中的小齒輪與右側(cè)齒輪105相嚙合，右側(cè)齒輪105與左側(cè)齒輪108相嚙合，這時(shí)兩個曲柄106將隨著左側(cè)齒輪108和右側(cè)齒輪105—起進(jìn)行圓周運(yùn)動，并分別通過兩根連桿107帶動兩個撲動桿201的內(nèi)端上下?lián)鋭?。在飛行過程中，舵機(jī)204工作，由此帶動舵機(jī)臂205及扭轉(zhuǎn)連桿209轉(zhuǎn)動，扭轉(zhuǎn)連桿209再帶動扭轉(zhuǎn)接頭208轉(zhuǎn)動，使內(nèi)撲翼?xiàng)U206繞扭轉(zhuǎn)軸承202轉(zhuǎn)過一定角度，以改變撲翼攻角。
[0035]在尾翼機(jī)構(gòu)3中，當(dāng)尾翼前舵機(jī)305工作時(shí)，經(jīng)尾翼連桿307傳動，帶動尾翼板301上下擺動，以調(diào)整飛行器飛行俯仰姿態(tài);尾翼后舵機(jī)310工作時(shí)，帶動與其相連的尾翼板301左右偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了仿生撲翼飛行器的俯仰和偏轉(zhuǎn)。
[0036]在柔性接頭結(jié)構(gòu)4中，柔性橡膠條401上形成有溝槽，撲翼飛行器在飛行過程中，向上撲動時(shí)，外撲翼?xiàng)U402在向下氣流和柔性橡膠條401上端溝槽的作用下會有小幅度的向下彎曲折疊，從而減小了撲翼的面積，達(dá)到了減小負(fù)升力及阻力的目的；撲翼向下?lián)鋭訒r(shí)，夕卜撲翼?xiàng)U402在上升氣流的作用下會有小幅度的向上彎曲折疊，達(dá)到增加升力的目的。當(dāng)平行于撲翼飛行器飛行方向上的來流速度變大時(shí)，在柔性橡膠條401前端溝槽的作用下，外撲翼?xiàng)U402被動地向后偏轉(zhuǎn)一定角度，進(jìn)一步提高了撲翼飛行器的推力。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多自由度仿鳥撲翼飛行器，其特征在于:所述的多自由度仿鳥撲翼飛行器包括驅(qū)動機(jī)構(gòu)(I)、兩個扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(2)、尾翼機(jī)構(gòu)(3)、兩個柔性接頭結(jié)構(gòu)(4)、機(jī)架(5);其中機(jī)架(5)包括機(jī)身?xiàng)U(501)、半圓前機(jī)架(502)、主機(jī)架(503)、電機(jī)固定機(jī)架(504)、頂孔固定桿(505)、左右孔固定桿(506)、兩根齒輪固定桿(507)、下孔固定桿(508);機(jī)身?xiàng)U(501)沿前后方向設(shè)置;半圓機(jī)架(502)上形成有頂孔、左孔和右孔;主機(jī)架(503)與電機(jī)固定機(jī)架(504)上均形成有頂孔、左孔、右孔、中孔、兩個下部孔和下孔;機(jī)身?xiàng)U(501)的中部依次貫穿設(shè)置在半圓前機(jī)架(502)、主機(jī)架(503)和電機(jī)固定機(jī)架(504)的中孔內(nèi)，并且半圓前機(jī)架(502)、主機(jī)架(503)和電機(jī)固定機(jī)架(504)平行設(shè)置;頂孔固定桿(505)、左右孔固定桿(506)分別貫穿設(shè)置在半圓前機(jī)架(502)、主機(jī)架(503)和電機(jī)固定機(jī)架(504)的頂孔及左右孔中；兩根齒輪固定桿(507)貫穿設(shè)置在主機(jī)架(503)和電機(jī)固定機(jī)架(504)的兩個下部孔中；下孔固定桿(508)貫穿設(shè)置在主機(jī)架(503)和電機(jī)固定機(jī)架(504)的下孔中； 所述的驅(qū)動機(jī)構(gòu)(I)包括無刷電機(jī)(102)、齒輪減速機(jī)構(gòu)、兩個曲柄(106)、兩根連桿(107);其中無刷電機(jī)(102)的后端固定在電機(jī)固定機(jī)架(504)上，輸出軸向前穿過主機(jī)架(503)上部左側(cè)部位;齒輪減速機(jī)構(gòu)由電機(jī)齒輪(101)、第一級雙聯(lián)齒輪(103)、第二級雙聯(lián)齒輪(104)、右側(cè)齒輪(105)、左側(cè)齒輪(108)組成；電機(jī)齒輪(101)套裝在無刷電機(jī)(102)的輸出軸上;第一級雙聯(lián)齒輪(103)由兩個同軸設(shè)置的大齒輪和小齒輪組成，大齒輪在前，小齒輪在后，電機(jī)齒輪(101)與第一級雙聯(lián)齒輪(103)中的大齒輪相嚙合；第二級雙聯(lián)齒輪(104)設(shè)置在第一級雙聯(lián)齒輪(103)的右側(cè)，由兩個同軸設(shè)置的大齒輪和小齒輪組成，大齒輪在后，小齒輪在前;第一級雙聯(lián)齒輪(103)中的小齒輪與第二級雙聯(lián)齒輪(104)中的大齒輪相嚙合，第二級雙聯(lián)齒輪(104)中的小齒輪與右側(cè)齒輪(105)相嚙合，右側(cè)齒輪(105)與左側(cè)齒輪(108)相嚙合，并且左側(cè)齒輪(108)和右側(cè)齒輪(105)的中心孔分別固定在兩根齒輪固定桿(507)的前端;每個曲柄(106)的一端固定在左側(cè)齒輪(108)與右側(cè)齒輪(105)的前端中心處，另一端與一根連桿(107)的一端相鉸接，兩個曲柄(106)—起隨左側(cè)齒輪(108)與右側(cè)齒輪(105)進(jìn)行圓周運(yùn)動；左側(cè)齒輪(108)及其上的曲柄(106)、連桿(107)與右側(cè)齒輪(105)及其上的曲柄(106)、連桿(107)相對于機(jī)身?xiàng)U(501)左右對稱； 兩個扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(2)對稱設(shè)置在機(jī)身?xiàng)U(501)的左右兩側(cè)，用于改變撲翼的攻角，每個扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(2)包括撲動桿(201)、兩個扭轉(zhuǎn)軸承(202)、舵機(jī)固定機(jī)架(203)、舵機(jī)(204)、舵機(jī)臂(205)、內(nèi)撲翼?xiàng)U(206)、內(nèi)撲翼板(207)、扭轉(zhuǎn)接頭(208)、扭轉(zhuǎn)連桿(209)、中撲翼板(210);撲動桿(201)沿左右方向設(shè)置，為長方體形空心結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)一端與連桿(107)的另一端相鉸接；兩個扭轉(zhuǎn)軸承(202)分別安裝在撲動桿(201)的兩端位置；內(nèi)撲翼?xiàng)U(206)包括直桿(206a)和斜桿(206b)，其中直桿(206a)的一端與撲動桿(201)的外端通過扭轉(zhuǎn)軸承(202)配合安裝，斜桿(206b)的一端固定在直桿(206a)的中部，后部向斜后方延伸，內(nèi)撲翼?xiàng)U(206)繞扭轉(zhuǎn)軸承(202)的旋轉(zhuǎn)角度即為攻角變化范圍；內(nèi)撲翼板(207)沿前后方向垂直設(shè)置，中部同時(shí)貫穿直桿(206a)和斜桿(206b);中撲翼板(210)以與內(nèi)撲翼板(207)平行的方式設(shè)置在內(nèi)撲翼板(207)的外側(cè)，中部貫穿直桿(206a)，后部貫穿斜桿(206b);舵機(jī)固定機(jī)架(203)的前端焊接在撲動桿(201)的外端邊緣部位；舵機(jī)(204)利用螺栓固定在舵機(jī)固定機(jī)架(203)的左側(cè)面上；舵機(jī)臂(205)的一端套裝在舵機(jī)(204)的輸出軸上，另一端與扭轉(zhuǎn)連桿(209)的一端相鉸接，扭轉(zhuǎn)連桿(209)的另一端與扭轉(zhuǎn)接頭(208)相固定，扭轉(zhuǎn)接頭固定在內(nèi)撲翼?xiàng)U(206)左側(cè)部位； 所述的尾翼機(jī)構(gòu)(3)包括尾翼板(301)、機(jī)尾板(302)、機(jī)身中板(303)、尾翼前舵機(jī)板(304)、尾翼前舵機(jī)(305)、尾翼前軸承(306)、尾翼連桿(307)、尾翼后軸承(308)、尾翼后舵機(jī)板(309)、尾翼后舵機(jī)(310);其中機(jī)尾板(302)與機(jī)身中板(303)上形成有中心孔，機(jī)身?xiàng)U(501)的后部依次從機(jī)身中板(303)與機(jī)尾板(302)的中心孔中穿過，由此將機(jī)身中板(303)、機(jī)尾板(302)固定在機(jī)身?xiàng)U(501)上，并且機(jī)尾板(302)與機(jī)身中板(303)平行設(shè)置；尾翼前舵機(jī)板(304)固定在機(jī)身中板(303)的前端面上;尾翼后舵機(jī)板(309)固定在機(jī)尾板(302)的后端面上;尾翼前舵機(jī)(305)連接在尾翼前舵機(jī)板(304)上;尾翼后舵機(jī)(310)連接在尾翼后舵機(jī)板(309)上;尾翼連桿(307)的一端通過尾翼前軸承(306)與尾翼前舵機(jī)(305)的舵機(jī)臂相連，另一端通過尾翼后軸承(308)與尾翼后舵機(jī)板(309)相連;尾翼板(301)的前端與尾翼后舵機(jī)(310)的舵機(jī)臂相接； 兩個柔性接頭結(jié)構(gòu)(4)對稱設(shè)置，每個柔性接頭結(jié)構(gòu)(4)包括柔性橡膠條(401)、外撲翼?xiàng)U(402)和外撲翼板(403);其中柔性橡膠條(401)的兩端分別連接在內(nèi)撲翼?xiàng)U(206)上直桿(206a)的外端和外撲翼?xiàng)U(402)的一端;外撲翼板(403)沿前后方向垂直設(shè)置，中部貫穿外撲翼?xiàng)U(402)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多自由度仿鳥撲翼飛行器，其特征在于:所述的左側(cè)齒輪(108)和右側(cè)齒輪(105)具有相同的齒數(shù)，因此是同步齒輪。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多自由度仿鳥撲翼飛行器，其特征在于:所述的尾翼板(301)為扇形板。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多自由度仿鳥撲翼飛行器，其特征在于:所述的柔性橡膠條(401)為長方體形結(jié)構(gòu)，前端和上端表面形成有多條豎向溝槽。
【文檔編號】B64C33/02GK106043692SQ201610408704
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】楊永剛, 蘇漢平, 顧新冬
【申請人】中國民航大學(xué)