[發明專利]仿蜂鳥撲翼微飛行器

有效

• 申請號: 201210282453.9
• 申請日: 2012-08-09
• 公開（公告）號: CN102815399A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 張衛平;楊宋淵;柯希俊;譚小波;陳文元;劉武;崔峰;吳校生
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B64C33/00
• 分類號: B64C33/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及一種仿生微飛行器的技術領域，具體地說，涉及的是一種仿蜂鳥撲翼微飛行器。

背景技術

微飛行器是一種能夠在任何方向的尺度均不大于15cm的一類飛行器，其在軍事、工業和民用領域具有十分廣泛的用途——它可以去完成搜救、偵查、監視等諸多任務。隨著科技的進步，微飛行器也在向更加穩定、更加靈活、更加節能的方向發展。

對于微飛行器而言，最常見的幾種飛行方式莫過于固定翼式飛行、旋翼飛行和撲翼飛行。利用前兩種飛行機理的微飛行器已經面世，但是不能否認，這兩種飛行方式在微飛行器領域有著與生俱來的局限。例如，固定翼微飛行器面臨著在風速下的失穩問題，旋翼微飛行器面臨著品質因子降低的問題。與這兩種飛行方式相比，撲翼飛行在微飛行器領域有著無與倫比的優點；利用這種飛行機理的鳥類和昆蟲則為撲翼微飛行器的研究提供了典范。撲翼微飛行器不僅可微性好、機動性高，而且兼有固定翼微飛行器的高速特點和旋翼微飛行器的懸停功能，現在已經成為世界上各個開發小組的研究熱點。

經過對現有技術的檢索發現，西北工業大學在2008年設計出了一種基于“曲柄-搖桿”結構的新型仿生撲翼微飛行器，并且該飛行器實現了自由飛行（具體內容可以參考Liu,L.&?Z.Fang?&?Z.He.Optimization?Designof?Flapping?Mechanism?and?Wings?for?Flapping-Wing?MAVs[J].Lecture?Notes?in?Computer?Science,2008,5314:245-255）。但是該撲翼微飛行器的兩只翅膀的拍打運動并不完全對稱，給尺寸優化和后續控制都帶來了很大的問題，進而嚴重影響了飛行器的性能。此外，該飛行器的結構也難以進行進一步的改進，從而就很難完成未來的各種復雜任務。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術中的上述不足，提供一種仿蜂鳥撲翼微飛行器，該飛行器結構緊湊、尺寸合理，整個結構互換性高，易于裝配、維修、改進，便于大批量生產從而降低生產成本。

為實現上述的目的，本發明所述的一種仿蜂鳥撲翼微飛行器，包括機架、減速齒輪組、電機、傳動機構、平行軸結構以及一對翅膀，其中：機架為整臺微飛行器提供了一個整體框架；減速齒輪組直接安裝在機架上面；電機通過過盈配合與機架形成一個統一的整體；平行軸結構通過幾何關系的限制以及軸承的作用與機架裝配在一起；傳動機構的兩端分別與減速齒輪組的大齒輪和平行軸結構相連接，一對翅膀通過翅膀連接件而與平行軸結構相連接。

所述的機架由多個零件粘結而成，或者通過三維打印的方法制作而成。通過粘結方式制作機架的加工方式比較簡單，便于實施；通過三維打印的方法制作機架，可以進一步提高精度。

所述的減速齒輪組及電機均安裝在機架上面。電機采用空心杯電機，通過過盈配合安裝在底座上面有著最大直徑的孔處；大齒輪為普通的塑料齒輪，安裝在底座上面有著最小直徑的孔處，可以自由旋轉；同時，作為與傳動機構的接口，大齒輪上面鉆有小孔，這使得大齒輪起到了曲柄的作用；小齒輪也是塑料齒輪，安裝在電機的輸出軸上面，作為主軸齒輪。

所述的減速齒輪組由塑料齒輪構成，并且輸出端的大齒輪與作為傳動機構的連桿結構相連。

所述的傳動機構由一種“曲柄-滑塊”加“滑塊-搖桿”的連桿結構組成，且用的材料為樹脂。第一連桿一端與大齒輪相連，另一端與第二連桿相連，在“曲柄-滑塊”結構中起著連桿的作用；第二連桿一端與第一連桿相連，一端與機架連接件相連，另一端與第三連桿相連，在“曲柄-滑塊”與“滑塊搖桿”結構中都起著滑塊的作用，不同點在于，在前者中屬于輸出元件，在后者中屬于輸入元件；第三連桿一端與第二連桿相連，另一端與第四連桿相連，在“滑塊搖桿”結構中起著連桿的作用；第四連桿一端與第三連桿相連，另一端通過過盈配合與平行軸結構中的平行軸相連，帶動平行軸實現往復的轉動。

所述的平行軸結構由一對階梯軸組成，且該平行軸結構一端通過軸承連接在機架底部，另一端通過間隙配合連接在機架頂部，從而能夠繞著自身的軸線進行自由的旋轉。

所述的一對翅膀形狀完全對稱，且均由碳纖維材料的翅脈與聚酰亞胺材料的薄膜組成，這里的翅脈包括翅膀前緣的主脈、翅膀根部的輔脈和翅膀表面的輔脈，通過調節這三根翅脈的長度與直徑，就能夠對翅膀的性能進行優化。