[發明專利]一種仿昆蟲翅拍動的位置控制機構

有效

• 申請號: 201710106420.1
• 申請日: 2017-02-27
• 公開（公告）號: CN106828922B
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 吳江浩;谷滿倉;張艷來;孫茂
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B64C33/02
• 分類號: B64C33/02
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 趙文利

1.一種仿昆蟲翅拍動的位置控制機構，其特征在于，包括機架，拍動驅動機構，兩套對稱的拍動翼機構和兩套對稱的拍動控制機構；

其中，機架位于整個仿昆蟲翅拍動的位置控制機構的中心，機架上設定三個較大的柱型空腔，分別位于倒立三角形的三個頂點位置；中間柱型空腔配合安裝拍動驅動機構中的電機，兩端的柱型空腔對稱設置，用來安裝拍動控制機構的舵機；中間位置的柱型空腔正上方中央有一溝槽，用來約束拍動驅動機構中的連桿傳動機構運動；

拍動驅動機構包括電機，齒輪減速機構和連桿傳動機構；

齒輪減速機構包括三個能自由轉動的齒輪，齒輪a、齒輪b和齒輪c；齒輪c固定在電機的轉軸上，齒輪a和齒輪b垂直固定在機架上；齒輪c嚙合齒輪b，齒輪b嚙合齒輪a；

連桿傳動機構包括五個連桿，兩個對稱的連桿a、兩個對稱的連桿b和一個連桿c；

齒輪a鉚釘鉸接連桿c的一端，連桿c的另一端與機架的溝槽連通；連桿b鉸接固定在機架上，同時在連桿b上設有條形溝槽；兩個對稱的條形溝槽重疊在一起，與連桿c另一端中間貫通一鉚釘固定在機架上的溝槽上；每個連桿b同時與一個連桿a相連，每個連桿a均與拍動翼機構鉸接；

齒輪a轉動，帶動連桿c在溝槽內上下運動，同時帶動連桿b的條形溝槽端上下運動，連桿b的另一端繞固定在機架上的位置轉動，從而帶動連桿a運動，進一步帶動拍動翼機構拍動；

兩套拍動翼機構分別對稱安裝在機架兩側，每套拍動翼機構均包括搖臂與拍動翼；搖臂一端留有柱型空腔，與拍動翼的主梁固定連接；中間與連桿a鉸接，另一端是轉動中心端與拍動控制機構的曲柄鉸接；

兩套拍動控制機構分別安裝于機架兩側，每套均包括舵機，基座和曲柄；舵機輸出軸固接曲柄一端，曲柄另一端與搖臂轉動中心端鉸接；兩個舵機分別通過曲柄獨立控制搖臂轉動中心的位置，改變拍動翼的拍動平均位置，進而產生足夠的控制力和力矩。

2.如權利要求1所述的一種仿昆蟲翅拍動的位置控制機構，其特征在于，所述的機架采用樹脂材料或者聚乳酸，通過3D打印整體成型，左右對稱；機架上同時設有較小的柱型空腔，鉸接其余零件。

3.如權利要求1所述的一種仿昆蟲翅拍動的位置控制機構，其特征在于，所述的齒輪a和齒輪b通過鉚釘垂直固定在機架上較小的柱型空腔上，能自由轉動。

4.如權利要求1所述的一種仿昆蟲翅拍動的位置控制機構，其特征在于，所述的連桿a為近似圓弧型結構；連桿b上預留有兩個安裝孔和一個條形溝槽；除去連桿b一端通過安裝孔與連桿a相連外，連桿b通過中間的另一個安裝孔鉸接固定在機架上；條形溝槽兩端為半圓形，圓的半徑與鉚釘直徑一致。

5.如權利要求1所述的一種仿昆蟲翅拍動的位置控制機構，其特征在于，所述的拍動翼由主梁，輔梁和膜翼組成；翼梁材料為碳桿，翼膜材料選用厚度為0.04mm的雙向拉伸聚丙烯薄膜或聚酯薄膜。

6.如權利要求1所述的一種仿昆蟲翅拍動的位置控制機構，其特征在于，所述的舵機固定在機架一側的柱型空腔內的圓環形基座上；基座與機架固定在一起；當曲柄固定不動時，搖臂帶動拍動翼拍動產生機構需要的升力和控制力矩。

7.如權利要求1所述的一種仿昆蟲翅拍動的位置控制機構，其特征在于，對所述的拍動翼改變拍動的平均位置過程如下：

操縱者發出無線電控制信號，給予舵機偏轉指令，舵機根據偏轉指令輸出特定的角位移，帶動舵機輸出軸的曲柄轉動特定的角度；由于曲柄的末端與搖臂轉動中心端鉸接，因此搖臂的轉動中心端改變，帶動拍動翼進行轉動，也就是拍動翼上下拍動過程中同時繞搖臂轉動中心端擺動，使得拍動翼往復拍動的平均位置發生改變；拍動翼機構的氣動力和氣動力矩均發生改變，實現拍動翼機構的位置控制。

8.如權利要求1所述的一種仿昆蟲翅拍動的位置控制機構，其特征在于，操縱左右兩個不同的舵機，讓左右兩個拍動翼以不同的拍動平均位置拍動時，左右兩個拍動翼產生豎直方向內的不同氣動力矩，驅動飛行器實現不同的偏航姿態控制。