[發明專利]一種角度差方式工作的雙擺桿撲翼機構

有效

• 申請號: 201110431186.2
• 申請日: 2011-12-21
• 公開（公告）號: CN102424109A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 魏榛
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: B64C33/02
• 分類號: B64C33/02
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 郭吉安

技術領域

本發明屬于仿生飛行器，具體涉及一種角度差方式工作的雙擺桿撲翼機構。

背景技術

撲翼仿生飛行器依靠模擬昆蟲的撲翼運動方式來獲得升力。相比于固定翼和旋翼方式，撲翼方式能夠獲得更佳的升力、機動性和飛行效率。因此在軍事和民用領域中，撲翼仿生飛行器都得到了極大的關注，且有不少技術方案被報道。

昆蟲飛行的撲翼運動主要由兩個基本運動構成：揮拍運動和攻角運動。揮拍運動實現昆蟲翼面的大角度拍打；攻角運動即翼面同時發生的翻轉運動。單一的揮拍運動或攻角運動都無法使撲翼飛行獲得最優的氣動性能；只有當揮拍運動和攻角運動恰當配合后，撲翼運動才可能獲得最佳的效果。能夠模擬撲翼運動的機械機構有很多的實現方式，但這些方式大多都無法同時控制揮拍運動和攻角運動，或者機構過于復雜不易于實現，因此也就無法充分的發揮撲翼方式的高性能。CN101049858中公開了一種微型撲翼飛機機翼的驅動機構，該裝置使用渦輪蝸桿減速機構，并用兩套曲柄、連桿和搖臂共同構成了對稱于渦輪蝸桿的空間四連桿機構。該裝置雖容易微型化，但卻只能控制撲翼運動中的揮拍運動，所以仍難以獲得撲翼飛行的最佳氣動性能。

發明內容

本發明的目的在于，針對現有撲翼機構的不足，提供一種能夠同時控制揮拍運動和攻角運動，且容易實現的撲翼機構。

本發明的目的通過以下方式實現。

本發明的角度差方式工作的雙擺桿撲翼機構，包括一組或一組以上的翼面運動機構和用于安裝翼面運動機構的主體框架，其特征在于，所述的每組翼面運動機構由一個主轉軸桿、一個輔轉軸桿、一個L型翼桿和一個滑槽桿構成，主、輔兩個轉軸桿上一端均有垂直于其軸線的開孔，其對向安裝于主體框架的兩個轉軸桿安裝孔內且布置為開孔靠近的方向，兩個轉軸桿軸線重合，在安裝孔內只能發生繞軸線的轉動，?L型翼桿其一端插入主轉軸桿上的垂直開孔內且在開孔內只能發生繞開孔軸線的轉動，插入開孔之后外伸部分的L型翼桿上開有垂直于其軸線的翼面安裝孔，L型翼桿的另一端為光滑桿，光滑段置于靠近主體框架的支撐板一側，滑槽桿一端插入輔轉軸桿上的開孔內且在開孔內只能發生繞開孔軸線的轉動，滑槽桿的另一端開有平直的滑槽且滑槽寬度等于L型翼桿的光滑段直徑，L型翼桿的光滑段插入滑槽桿的滑槽中并在撲翼機構運動過程中保持滑槽對L型翼桿光滑段的約束；所述的主體框架由上、下兩部分安裝板和用于固定安裝板位置的支撐板構成，在安裝板上開有轉軸桿安裝孔，且上下安裝板上的轉軸桿安裝孔布置為共軸心線。

所述的翼面運動機構可以有一組或一組以上，多組翼面運動機構的布置可以沿圓周排列，也可以在一個平面內排列。每組翼面運動機構中的主、輔兩個轉軸桿可以采用各自獨立驅動的方式，也可以采用統一驅動的方式。

所述每組翼面運動機構主轉軸桿直接與L型翼桿相連，輔轉軸桿直接與滑槽桿相連，而?L型翼桿與滑槽桿通過滑槽相連，翼面則直接與L型翼桿外伸的一端相連。

所述每一個轉軸桿的運動方式都為小于等于180°幅度的往復擺動，擺動頻率為0-100赫茲：每組翼面運動機構的兩個轉軸桿其擺動的初始角度和“角速度-時間”曲線不同，但擺動頻率相同，任意時刻同一組內的兩個轉軸桿的擺動角度之差不大于保持滑槽桿對L型翼桿光滑段約束時所允許的最大角度差；不同組翼面運動機構之間的轉軸桿擺動初始角度和“角速度-時間”曲線可相同也可不同。

本發明的角度差方式工作的雙擺桿撲翼機構包括一組或一組以上的翼面運動機構，每組翼面運動機構由主、輔兩個轉軸桿、一個L型翼桿和一個滑槽桿構成，翼面運動機構能夠同時控制撲翼仿生飛行器翼面的揮拍運動和攻角運動。在同一組翼面運動機構內，?L型翼桿繞著主轉軸桿軸線的擺動即為該組翼面獲得的揮拍運動；滑槽桿繞著輔轉軸桿軸線的擺動與L型翼桿的擺動具有角度差，此角度差將使仿生翼面繞主轉軸桿上開孔的軸線發生轉動即為攻角運動。設L型翼桿光滑段的軸線到其相連的主轉軸桿軸線的垂直距離為d,同一組翼面運動機構內兩個轉軸桿上開孔的軸線間垂直距離為w,?當前時刻滑槽桿與L型翼桿的擺動角度差為φ，那么當前時刻該翼面運動機構所獲得的攻角α可以由如下公式計算得到：

本發明的角度差方式工作的雙擺桿撲翼機構，通過控制雙擺桿機構在擺動過程中的角度差來實現同時模擬撲翼飛行中的揮拍運動和攻角運動。與現有撲翼機構相比，有如下優點：

(1)???能夠同時模擬揮拍運動和攻角運動，發揮撲翼飛行的高性能。

(2)???零部件簡潔，機械結構合理而可靠，利于實現和微型化。