[發明專利]基于十字軸鉸鏈的仿生三維撲動撲翼飛行器及驅動方法

有效

• 申請號: 201810813699.1
• 申請日: 2018-07-23
• 公開（公告）號: CN108945432B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 陳昂;宋筆鋒;楊文青;年鵬;梁少然;薛棟;宣建林
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B64C33/02
• 分類號: B64C33/02
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務所 11337
• 代理人: 席小東

1.一種基于十字軸鉸鏈的仿生三維撲動撲翼飛行器，其特征在于，包括機架(1)、撲動驅動機構(2)、左撲動翼(4)、右撲動翼(5)、折疊控制機構和尾翼(6)；

所述機架(1)的左右兩側對稱安裝左撲動翼(4)和右撲動翼(5)；所述撲動驅動機構(2)包括撲動電機以及同時與所述撲動電機的輸出軸聯動的并且對稱設置的左撲動驅動單元和右撲動驅動單元；所述左撲動驅動單元的輸出端與所述左撲動翼(4)連接，所述右撲動驅動單元的輸出端與所述右撲動翼(5)連接；所述撲動電機同時驅動所述左撲動驅動單元和右撲動驅動單元動作，進而帶動所述左撲動翼(4)和所述右撲動翼(5)同時進行撲動動作；

其中，所述左撲動驅動單元和所述右撲動驅動單元的結構相同，均包括：齒輪減速器、圓錐套筒搖臂(2.4)和十字撲動軸(2.5)；齒輪減速器安裝于所述機架(1)上，所述齒輪減速器直接與所述撲動電機連接；所述十字撲動軸(2.5)包括呈十字形交叉設置的撲動長軸(2.5.1)和撲動短軸(2.5.2)；所述圓錐套筒搖臂(2.4)為長度可自適應調節的搖臂；所述圓錐套筒搖臂(2.4)的一端與所述齒輪減速器的末級齒輪的偏心軸孔鉸接，所述圓錐套筒搖臂(2.4)的另一端具有上下兩個夾頭，上下夾頭各與所述撲動短軸(2.5.2)的上下兩端鉸接；同時，所述撲動短軸(2.5.2)的兩端與撲動翼的翼根鉸接，作為撲動翼撲動的撲動軸；當所述撲動電機帶動所述齒輪減速器旋轉時，旋轉運動使圓錐套筒搖臂(2.4)在空間中的軌跡形成一個圓錐面，其中，圓錐面的錐頂角為撲動短軸(2.5.2)所在位置，并將旋轉運動轉換為撲動短軸(2.5.2)的上下撲動運動；當所述撲動短軸(2.5.2)做上下撲動運動時，帶動撲動翼進行上下撲動運動；并且，當所述圓錐套筒搖臂(2.4)在空間中旋轉一周時，所述撲動翼完成一個周期的上下撲動運動；

所述折疊控制機構包括折疊控制器(5)、第1折疊連桿和第2折疊連桿；其中，所述折疊控制器(5)包括動力輸入滑塊(5A)、伺服輸入滑塊(5B)和折疊輸出滑塊(5C)；所述伺服輸入滑塊(5B)懸掛安裝于所述撲動長軸(2.5.1)的下方；所述折疊輸出滑塊(5C)可滑動安裝于所述伺服輸入滑塊(5B)的上面，并且，所述折疊輸出滑塊(5C)的頂部通過第1小滑塊(5C-1)與所述撲動長軸(2.5.1)滑動連接；所述第2折疊連桿的一端與所述第1小滑塊(5C-1)鉸接，所述第2折疊連桿的另一端與撲動翼的翼根位置連接，用于通過所述第2折疊連桿的動作，帶動所述撲動翼進行折疊或展開動作；

所述動力輸入滑塊(5A)的頂部通過第2小滑塊(5A-1)與所述撲動長軸(2.5.1)滑動連接，所述第1折疊連桿的一端與所述第2小滑塊(5A-1)鉸接，所述第1折疊連桿的另一端與所述圓錐套筒搖臂(2.4)鉸接；從而從圓錐套筒搖臂(2.4)的圓周運動中導出沿前后方向的往復運動；因此，當所述圓錐套筒搖臂(2.4)在空間中進行圓錐軌跡的旋轉運動時，通過所述第1折疊連桿帶動所述動力輸入滑塊(5A)進行前后方向的直線往復運動，并且，當所述圓錐套筒搖臂(2.4)旋轉一周時，所述動力輸入滑塊(5A)完成一個周期的直線往復運動；所述動力輸入滑塊(5A)完成一個周期的直線往復運動時，驅動所述折疊輸出滑塊(5C)完成一個周期的直線往復運動；當所述折疊輸出滑塊(5C)完成一個周期的直線往復運動時，帶動撲動翼進行一個周期的折疊運動，即：從初始的完全展開狀態開始，逐漸開始折疊，當達到折疊最小狀態后，再逐漸開始展開，直到恢復到完全展開狀態。

2.根據權利要求1所述的基于十字軸鉸鏈的仿生三維撲動撲翼飛行器，其特征在于，撲動翼進行折疊的周期，與撲動翼進行撲動的周期相同，相位相差90度。

3.根據權利要求1所述的基于十字軸鉸鏈的仿生三維撲動撲翼飛行器，其特征在于，所述尾翼(6)為仿鳥扇形尾翼，是全動尾翼，具有上下翻轉與沿體軸線滾轉兩個自由度，分別對應撲翼機的俯仰和偏航姿態的輔助控制。

4.根據權利要求1所述的基于十字軸鉸鏈的仿生三維撲動撲翼飛行器，其特征在于，所述尾翼(6)的扇形張角為60°～120°。