[發明專利]一種多層微型仿生撲翼飛行器

有效

• 申請號: 201711227838.4
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN108001680B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 鄧慧超;肖勝杰
• 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;B64C33/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 冀學軍

本發明公開了一種多層微型仿生撲翼飛行器，屬于機械設計領域。所述的多層微型仿生撲翼飛行器包括雙層雙曲柄搖桿機構、驅動機構和柔性翼機構；驅動機構產生驅動力并傳遞給雙層雙曲柄搖桿機構，雙層雙曲柄搖桿機構產生相應的撲動軌跡以及主動翻轉，帶動與雙層雙曲柄搖桿機構相連的柔性翼機構，實現同時撲動和翻轉運動的功能。通過設置上下兩層機構的搖桿長度，曲柄長度，連桿長度等參數來改變兩層雙曲柄搖桿機構運動時的相位差，從而使柔性翼在撲動的同時進行旋轉，產生攻角，同時柔性翼產生大變形，形成被動翻轉，保證產生較大升力。該機構具有同時實現撲動和扭轉翅膀等功能，具有結構緊湊、體積小巧、質量極輕、機構靈活等特點。

技術領域

本發明屬于機械設計領域，具體是一種多層微型仿生撲翼飛行器。

背景技術

目前，仿生微型撲翼飛行器已經引起了廣泛關注，由于小巧的體積和高效的飛行機理使其在軍事等方面的領域發揮著重要的作用。

雖然目前關于微型仿生撲翼飛行器的研究中，已經有很多機構設計被提出，比如單曲柄搖桿機構，雙曲柄搖桿機構等等，但這些機構大部分僅能實現撲動動作，很難同時進行撲動和扭轉；如只能驅動翅膀做單自由度運動，并不能實現像昆蟲或鳥類那樣在撲動的同時翻轉翅膀，不能利用翻轉效應來產生升力和推力，因此很難達到昆蟲或者鳥類的飛行方式，導致飛行效率低下。

發明內容

本發明針對現有的仿生微型撲翼飛行器機構在飛行運動過程中存在的問題和不足，提出了一種多層微型仿生撲翼飛行器，該機構能同時實現撲動和扭轉翅膀等功能，具有結構緊湊、體積小巧、質量極輕以及機構靈活等特點。

所述的多層微型仿生撲翼飛行器，包括雙層雙曲柄搖桿機構、驅動機構和柔性翼機構。驅動機構產生驅動力并傳遞給雙層雙曲柄搖桿機構，雙層雙曲柄搖桿機構產生相應的撲動軌跡以及主動翻轉，帶動與雙層雙曲柄搖桿機構相連的柔性翼機構，實現同時撲動和翻轉運動。

所述的雙層曲柄搖桿機構包括機架、偏置齒輪、上部連桿、下部連桿、左下搖桿、左上搖桿、右上搖桿和右下搖桿。

機架呈三角形框架結構，在三角形的底邊框架上分別連接四個偏置齒輪，四個偏置齒輪分為上下兩層；三角形的頂點位置通過機架中間孔連接上下兩層搖桿；兩層搖桿分別為左上搖桿、左下搖桿、右上搖桿和右下搖桿。每個搖桿通過銷釘分別連接一個連桿；四個連桿分為上部連桿和下部連桿；每個連桿同時通過銷釘連接一個偏置齒輪；其中左上的偏置齒輪嚙合右上的偏置齒輪；左下的偏置齒輪嚙合右下的偏置齒輪；同時，上層的偏置齒輪通過銷釘連接下層的偏置齒輪；

每層互相嚙合的兩個偏置齒輪構成了一個曲柄。每個搖桿與連桿的連接采取過盈配合，連桿與偏置齒輪的連接采取間隙配合，保證傳動平穩性。

所述的驅動機構包括空心杯電機、電機齒輪、傳動軸和兩個傳動齒輪。

空心杯電機安裝在機架的中心位置，電機軸與電機齒輪連接，輸出動力；電機齒輪嚙合一個傳動齒輪，兩個傳動齒輪分別固連在傳動軸的兩端，傳動軸垂直布置在機架上；每個傳動齒輪分別嚙合一個偏置齒輪，且兩個偏置齒輪位于同側；

所述的柔性翼機構包括對稱的兩個翅根和兩個柔性翼；每個柔性翼固定在翅根的一側。每個翅根另一側與雙層曲柄搖桿機構的上下兩層搖桿相連接，翅根上部通過銷釘連接搖桿構成轉動副，使柔性翼能夠自由轉動，翅根下部開有凹槽，下層搖桿在凹槽內來回移動構成滑動副，使柔性翼的攻角發生變化。

所述的多層微型仿生撲翼飛行器的工作原理如下：

飛行器在運動過程中，空心杯電機產生動力，電機齒輪進行動力輸出，接著傳動軸和傳動齒輪將動力分別傳送到每層的雙曲柄搖桿機構上，驅動偏置齒輪運動，分別帶動上部連桿和下部連桿運動，從而帶動四個搖桿的運動，進而導致翅根帶動柔性翼的運動；