[發明專利]一種實現機翼撲翼及翼面主動扭轉的撲翼裝置

有效

• 申請號: 201310180160.4
• 申請日: 2013-05-16
• 公開（公告）號: CN103241379A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 孫輝;關永亮;賈宏光
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: B64C33/02
• 分類號: B64C33/02
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 田春梅

技術領域

本發明屬于仿生學撲翼飛行驅動裝置領域，具體涉及一種實現機翼撲翼及翼面主動扭轉的撲翼裝置。

背景技術

昆蟲類撲翼飛行器屬于仿生學撲翼飛行器。昆蟲類撲翼方式在自然界中廣泛存在，從空氣動力學的觀點看可以同時獲得較高的升力和向前的推力以實現機動飛行。昆蟲撲翼方式具體是繞翼根旋轉軸的周期拍動，包括繞翼根旋轉軸的拍動和繞拍動翼展方向旋轉軸的轉動，即：翼面拍動和翼面扭轉。其中向前下方的拍動稱為下拍，向后上方的拍動稱為上拍，每個拍動周期分為上拍和下拍兩個階段。其中上拍階段，開始時翼面攻角為0°，上拍過程中攻角變大，到中間位置時，攻角和速度達到最大值，之后攻角逐漸變小至0°。下拍階段，開始時機翼攻角為0°，下拍過程中攻角減小到最小值，之后再逐漸增加到0°。昆蟲通過這種撲翼方法，以獲得較大的升力和推力。

由于昆蟲類撲翼運動方式較為復雜，現有的仿生撲翼飛行器多采用單自由度撲翼方式，即：現有撲翼裝置僅能實現翼面拍動，而不能同時實現翼面扭轉。而若想同時模擬昆蟲類撲翼運動中的翼面扭轉則往往需要為兩側的機翼安裝額外的扭轉驅動電機，并要增加傳動裝置以確保兩側機翼繞翼展方向旋轉軸的轉動彼此同步以及確保翼面扭轉節奏與翼面拍動的節奏匹配。這種方式不僅增加了機械設計的困難，更會極大地提高撲翼裝置的總體重量，導致飛行器整體設計失敗。

發明內容

為了解決現有撲翼飛行器驅動裝置僅能實現翼面拍動，而不能同時實現翼面扭轉，若要同時實現則需要為兩側的機翼安裝額外的扭轉驅動電機，不僅增加了機械設計的困難，更會極大地提高撲翼裝置的總體重量，導致飛行器整體設計失敗的技術問題，本發明提供一種實現機翼撲翼及翼面主動扭轉的撲翼裝置。

本發明解決技術問題所采取的技術方案如下：

一種實現機翼撲翼及翼面主動扭轉的撲翼裝置，包括撲翼搖桿、兩個球鉸銷、機翼扭轉連桿、從動錐齒輪、機翼扭轉曲柄、右側撲翼連桿、右側撲翼曲柄、右側撲翼直齒輪、左側撲翼直齒輪、左側撲翼曲柄、左側撲翼連桿、減速齒輪、電機輸出齒輪、電動機、兩個機翼骨架、兩個旋轉副和兩個移動副；減速齒輪包括大直齒輪、小直齒輪和小直齒錐齒輪，其三者旋轉軸相同，小直齒輪固連在大直齒輪前端面，小直齒錐齒輪固連在大直齒輪后端面；撲翼搖桿由結構對稱的左側搖桿和右側搖桿鉸接而成；

所述電機輸出齒輪與電動機旋轉軸固連，減速齒輪上的大直齒輪與電機輸出齒輪嚙合形成第一齒輪組；右側撲翼直齒輪與小直齒輪嚙合形成第二齒輪組，右側撲翼直齒輪還與左側撲翼直齒輪嚙合形成第三齒輪組；右側撲翼曲柄的一端與右側撲翼直齒輪的旋轉軸固連，右側撲翼曲柄的另一端與右側撲翼連桿的底端鉸接；左側撲翼曲柄的一端與左側撲翼直齒輪的旋轉軸固連，左側撲翼曲柄的另一端與左側撲翼連桿的底端鉸接；撲翼搖桿的左、右兩側搖桿分別與兩側機翼骨架固連；左側撲翼連桿的頂端通過一個旋轉副與撲翼搖桿的左側搖桿的中段鉸接，右側撲翼連桿的頂端通過另一個旋轉副與撲翼搖桿的右側搖桿的中段鉸接；

所述從動錐齒輪與小直齒錐齒輪嚙合形成第四齒輪組，機翼扭轉曲柄的一端與從動錐齒輪的旋轉軸固連，機翼扭轉曲柄的另一端與機翼扭轉連桿的底端鉸接，機翼扭轉連桿的頂端分別通過其上設有的兩個球鉸與兩個球鉸銷鉸接；兩個球鉸銷分別通過一個移動副與兩個機翼骨架的尾端連接。

所述右側撲翼連桿、右側撲翼曲柄、右側撲翼直齒輪和右側搖桿共同構成了右側翼面拍動機構，左側撲翼直齒輪、左側撲翼曲柄、左側撲翼連桿和左側搖桿共同構成了左側翼面拍動機構，所述右側翼面拍動機構與左側翼面拍動機構的結構完全對稱；右側撲翼直齒輪與左側撲翼直齒輪嚙合的傳動比為1：1。

本發明的有益效果是：該撲翼裝置在通過減速齒輪驅動兩側機翼實現翼面拍動的同時，還通過從動錐齒輪驅動翼面產生與翼面拍動相匹配的翼面扭轉運動，從而同時實現機翼撲翼及翼面主動扭轉。采用該撲翼裝置的撲翼飛行器不再需要為兩側的機翼安裝額外的扭轉驅動電機及其配套傳動裝置就能同時實現翅翼的翼面拍動和扭轉飛行，實現了驅動裝置總體的設計簡單和輕量化，使得撲翼飛行器能夠獲得更大的升力和推力，還在一定程度上提高了飛行器的機動性。

附圖說明

圖1是本發明實現機翼撲翼及翼面主動扭轉的撲翼裝置的應用示意圖；

圖2是本發明實現機翼撲翼及翼面主動扭轉的撲翼裝置的立體結構圖；

圖3是圖2的主視圖；

圖4是圖2的右視圖；

圖5是圖2的后視圖；

圖6是圖2的左視圖；