專利名稱：一種實現(xiàn)機翼撲翼及翼面主動扭轉(zhuǎn)的撲翼裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于仿生學(xué)撲翼飛行驅(qū)動裝置領(lǐng)域，具體涉及一種實現(xiàn)機翼撲翼及翼面主動扭轉(zhuǎn)的撲翼裝置。
背景技術(shù)：
昆蟲類撲翼飛行器屬于仿生學(xué)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(xué)的觀點看可以同時獲得較高的升力和向前的推力以實現(xiàn)機動飛行。昆蟲撲翼方式具體是繞翼根旋轉(zhuǎn)軸的周期拍動，包括繞翼根旋轉(zhuǎn)軸的拍動和繞拍動翼展方向旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動，即:翼面拍動和翼面扭轉(zhuǎn)。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(fù)雜，現(xiàn)有的仿生撲翼飛行器多采用單自由度撲翼方式，即:現(xiàn)有撲翼裝置僅能實現(xiàn)翼面拍動，而不能同時實現(xiàn)翼面扭轉(zhuǎn)。而若想同時模擬昆蟲類撲翼運動中的翼面扭轉(zhuǎn)則往往需要為兩側(cè)的機翼安裝額外的扭轉(zhuǎn)驅(qū)動電機，并要增加傳動裝置以確保兩側(cè)機翼繞翼展方向旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動彼此同步以及確保翼面扭轉(zhuǎn)節(jié)奏與翼面拍動的節(jié)奏匹配。這種方式不僅增加了機械設(shè)計的困難，更會極大地提高撲翼裝置的總體重量，導(dǎo)致飛行器整體設(shè)計失敗。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有撲翼飛行器驅(qū)動裝置僅能實現(xiàn)翼面拍動，而不能同時實現(xiàn)翼面扭轉(zhuǎn)，若要同時實現(xiàn)則需要為兩側(cè)的機翼安裝額外的扭轉(zhuǎn)驅(qū)動電機，不僅增加了機械設(shè)計的困難，更會極大地提高撲翼·裝置的總體重量，導(dǎo)致飛行器整體設(shè)計失敗的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種實現(xiàn)機翼撲翼及翼面主動扭轉(zhuǎn)的撲翼裝置。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下:—種實現(xiàn)機翼撲翼及翼面主動扭轉(zhuǎn)的撲翼裝置，包括撲翼搖桿、兩個球鉸銷、機翼扭轉(zhuǎn)連桿、從動錐齒輪、機翼扭轉(zhuǎn)曲柄、右側(cè)撲翼連桿、右側(cè)撲翼曲柄、右側(cè)撲翼直齒輪、左側(cè)撲翼直齒輪、左側(cè)撲翼曲柄、左側(cè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)對稱的左側(cè)搖桿和右側(cè)搖桿鉸接而成；所述電機輸出齒輪與電動機旋轉(zhuǎn)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(cè)撲翼直齒輪與小直齒輪嚙合形成第二齒輪組，右側(cè)撲翼直齒輪還與左側(cè)撲翼直齒輪嚙合形成第三齒輪組；右側(cè)撲翼曲柄的一端與右側(cè)撲翼直齒輪的旋轉(zhuǎn)軸固連，右側(cè)撲翼曲柄的另一端與右側(cè)撲翼連桿的底端鉸接；左側(cè)撲翼曲柄的一端與左側(cè)撲翼直齒輪的旋轉(zhuǎn)軸固連，左側(cè)撲翼曲柄的另一端與左側(cè)撲翼連桿的底端鉸接；撲翼搖桿的左、右兩側(cè)搖桿分別與兩側(cè)機翼骨架固連；左側(cè)撲翼連桿的頂端通過一個旋轉(zhuǎn)副與撲翼搖桿的左側(cè)搖桿的中段鉸接，右側(cè)撲翼連桿的頂端通過另一個旋轉(zhuǎn)副與撲翼搖桿的右側(cè)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(zhuǎn)曲柄的一端與從動錐齒輪的旋轉(zhuǎn)軸固連，機翼扭轉(zhuǎn)曲柄的另一端與機翼扭轉(zhuǎn)連桿的底端鉸接，機翼扭轉(zhuǎn)連桿的頂端分別通過其上設(shè)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(cè)撲翼連桿、右側(cè)撲翼曲柄、右側(cè)撲翼直齒輪和右側(cè)搖桿共同構(gòu)成了右側(cè)翼面拍動機構(gòu)，左側(cè)撲翼直齒輪、左側(cè)撲翼曲柄、左側(cè)撲翼連桿和左側(cè)搖桿共同構(gòu)成了左側(cè)翼面拍動機構(gòu)，所述右側(cè)翼面拍動機構(gòu)與左側(cè)翼面拍動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)完全對稱；右側(cè)撲翼直齒輪與左側(cè)撲翼直齒輪嚙合的傳動比為1:1。本發(fā)明的有益效果是:該撲翼裝置在通過減速齒輪驅(qū)動兩側(cè)機翼實現(xiàn)翼面拍動的同時，還通過從動錐齒輪驅(qū)動翼面產(chǎn)生與翼面拍動相匹配的翼面扭轉(zhuǎn)運動，從而同時實現(xiàn)機翼撲翼及翼面主動扭轉(zhuǎn)。采用該撲翼裝置的撲翼飛行器不再需要為兩側(cè)的機翼安裝額外的扭轉(zhuǎn)驅(qū)動電機及其配套傳動裝置就能同時實現(xiàn)翅翼的翼面拍動和扭轉(zhuǎn)飛行，實現(xiàn)了驅(qū)動裝置總體的設(shè)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。


圖1是本發(fā)明實現(xiàn)機翼撲翼及翼面主動扭轉(zhuǎn)的撲翼裝置的應(yīng)用示意
圖2是本發(fā)明實現(xiàn)機翼撲翼及翼面主動扭轉(zhuǎn)的撲翼裝置的立體結(jié)構(gòu)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；圖7是本發(fā)明右側(cè)曲柄搖桿機構(gòu)急回特性示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。如圖2至圖6所示，本發(fā)明實現(xiàn)機翼撲翼及翼面主動扭轉(zhuǎn)的撲翼裝置包括:撲翼搖桿2、兩個球鉸銷3、機翼扭轉(zhuǎn)連桿4、從動錐齒輪5、機翼扭轉(zhuǎn)曲柄6、右側(cè)撲翼連桿7、右側(cè)撲翼曲柄8、右側(cè)撲翼直齒輪9、左側(cè)撲翼直齒輪10、左側(cè)撲翼曲柄11、左側(cè)撲翼連桿12、減速齒輪13、電機輸出齒輪14、電動機15、兩個機翼骨架16、兩個旋轉(zhuǎn)副17和兩個移動副18。減速齒輪13包括大直齒輪13-2、小直齒輪13-1和小直齒錐齒輪13-3，其三者旋轉(zhuǎn)軸相同，小直齒輪13-1固連在大直齒輪13-2前端面，小直齒錐齒輪13-3固連在大直齒輪13_2后端面。撲翼搖桿2由結(jié)構(gòu)對稱的左側(cè)搖桿和右側(cè)搖桿鉸接而成。電機輸出齒輪14與電動機15旋轉(zhuǎn)軸固連，減速齒輪13上的大直齒輪13_2與電機輸出齒輪14哨合形成第一齒輪組。右側(cè)撲翼直齒輪9與小直齒輪13-1哨合形成第二齒輪組，右側(cè)撲翼直齒輪9還與左側(cè)撲翼直齒輪10嚙合形成第三齒輪組。右側(cè)撲翼曲柄8的一端與右側(cè)撲翼直齒輪9的旋轉(zhuǎn)軸固連，右側(cè)撲翼曲柄8的另一端與右側(cè)撲翼連桿7的底端鉸接。左側(cè)撲翼曲柄11的一端與左側(cè)撲翼直齒輪10的旋轉(zhuǎn)軸固連，左側(cè)撲翼曲柄11的另一端與左側(cè)撲翼連桿12的底端鉸接。撲翼搖桿2的左、右兩側(cè)搖桿分別與兩側(cè)機翼骨架16固連。左側(cè)撲翼連桿12的頂端通過一個旋轉(zhuǎn)副17與撲翼搖桿2的左側(cè)搖桿的中段鉸接，右側(cè)撲翼連桿7的頂端通過另一個旋轉(zhuǎn)副17與撲翼搖桿2的右側(cè)搖桿的中段鉸接。從動錐齒輪5與小直齒錐齒輪13-3嚙合形成第四齒輪組，機翼扭轉(zhuǎn)曲柄6的一端與從動錐齒輪5的旋轉(zhuǎn)軸固連，機翼扭轉(zhuǎn)曲柄6的另一端與機翼扭轉(zhuǎn)連桿4的底端鉸接，機翼扭轉(zhuǎn)連桿4的頂端分別通過其上設(shè)有的兩個球鉸與兩個球鉸銷3鉸接。兩個球鉸銷3分別通過一個移動副18與兩個機翼骨架16的尾端連接。右側(cè)撲翼連桿7、右側(cè)撲翼曲柄8、右側(cè)撲翼直齒輪9和右側(cè)搖桿共同構(gòu)成了右側(cè)翼面拍動機構(gòu)，左側(cè)撲翼直齒輪10、左側(cè)撲翼曲柄11、左側(cè)撲翼連桿12和左側(cè)搖桿共同構(gòu)成了左側(cè)翼面拍動機構(gòu)，所述右側(cè)翼面拍動機構(gòu)與左側(cè)翼面拍動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)完全對稱。右側(cè)撲翼直齒輪9與左側(cè)撲翼直齒輪10嚙合的傳動比為1:1。表I給出了嚙合的各齒輪組中的主要參數(shù)，具體如下:表一
權(quán)利要求
1.一種實現(xiàn)機翼撲翼及翼面主動扭轉(zhuǎn)的撲翼裝置，其特征在于，該撲翼裝置包括撲翼搖桿(2)、兩個球鉸銷(3)、機翼扭轉(zhuǎn)連桿(4)、從動錐齒輪(5)、機翼扭轉(zhuǎn)曲柄(6)、右側(cè)撲翼連桿(7)、右側(cè)撲翼曲柄(8)、右側(cè)撲翼直齒輪(9)、左側(cè)撲翼直齒輪(10)、左側(cè)撲翼曲柄(11)、左側(cè)撲翼連桿(12)、減速齒輪(13)、電機輸出齒輪(14)、電動機(15)、兩個機翼骨架(16)、兩個旋轉(zhuǎn)副(17)和兩個移動副(18);減速齒輪(13)包括大直齒輪、小直齒輪和小直齒錐齒輪，其三者旋轉(zhuǎn)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(2)由結(jié)構(gòu)對稱的左側(cè)搖桿和右側(cè)搖桿鉸接而成； 所述電機輸出齒輪(14)與電動機(15)旋轉(zhuǎn)軸固連，減速齒輪(13)上的大直齒輪與電機輸出齒輪(14)嚙合形成第一齒輪組；右側(cè)撲翼直齒輪(9)與小直齒輪嚙合形成第二齒輪組，右側(cè)撲翼直齒輪(9)還與左側(cè)撲翼直齒輪(10)嚙合形成第三齒輪組；右側(cè)撲翼曲柄(8)的一端與右側(cè)撲翼直齒輪(9)的旋轉(zhuǎn)軸固連，右側(cè)撲翼曲柄(8)的另一端與右側(cè)撲翼連桿(7)的底端鉸接；左側(cè)撲翼曲柄(11)的一端與左側(cè)撲翼直齒輪(10)的旋轉(zhuǎn)軸固連，左側(cè)撲翼曲柄(11)的另一端與左側(cè)撲翼連桿(12)的底端鉸接；撲翼搖桿(2)的左、右兩側(cè)搖桿分別與兩側(cè)機翼骨架固連；左側(cè)撲翼連桿(12)的頂端通過一個旋轉(zhuǎn)副與撲翼搖桿(2)的左側(cè)搖桿的中段鉸接，右側(cè)撲翼連桿(7 )的頂端通過另一個旋轉(zhuǎn)副與撲翼搖桿(2 )的右側(cè)搖桿的中段鉸接； 所述從動錐齒輪(5)與小直齒錐齒輪嚙合形成第四齒輪組，機翼扭轉(zhuǎn)曲柄(6)的一端與從動錐齒輪(5)的旋轉(zhuǎn)軸固連，機翼扭轉(zhuǎn)曲柄(6)的另一端與機翼扭轉(zhuǎn)連桿(4)的底端鉸接，機翼扭轉(zhuǎn)連桿(4)的頂端分別通過其上設(shè)有的兩個球鉸與兩個球鉸銷(3)鉸接；兩個球鉸銷(3)分別通過一個移動副與兩個機翼骨架(16)的尾端連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種實現(xiàn)機翼撲翼及翼面主動扭轉(zhuǎn)的撲翼裝置，其特征在于，所述右側(cè)撲翼連桿(7)、右 側(cè)撲翼曲柄(8)、右側(cè)撲翼直齒輪(9)和右側(cè)搖桿共同構(gòu)成了右側(cè)翼面拍動機構(gòu)，左側(cè)撲翼直齒輪(10 )、左側(cè)撲翼曲柄(11 )、左側(cè)撲翼連桿(12 )和左側(cè)搖桿共同構(gòu)成了左側(cè)翼面拍動機構(gòu)，所述右側(cè)翼面拍動機構(gòu)與左側(cè)翼面拍動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)完全對稱；右側(cè)撲翼直齒輪(9)與左側(cè)撲翼直齒輪(10)嚙合的傳動比為1:1。
全文摘要
本發(fā)明的一種實現(xiàn)機翼撲翼及翼面主動扭轉(zhuǎn)的撲翼裝置屬于仿生學(xué)撲翼飛行驅(qū)動裝置領(lǐng)域，包括撲翼搖桿、兩個球鉸銷、機翼扭轉(zhuǎn)連桿、從動錐齒輪、機翼扭轉(zhuǎn)曲柄、右側(cè)撲翼連桿、右側(cè)撲翼曲柄、右側(cè)撲翼直齒輪、左側(cè)撲翼直齒輪、左側(cè)撲翼曲柄、左側(cè)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(zhuǎn)副和兩個移動副。采用該撲翼裝置的撲翼飛行器不再需要為兩側(cè)的機翼安裝額外的扭轉(zhuǎn)驅(qū)動電機及其配套傳動裝置就能同時實現(xiàn)翅翼的翼面拍動和扭轉(zhuǎn)飛行，實現(xiàn)了驅(qū)動裝置總體的設(shè)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。
文檔編號B64C33/02GK103241379SQ201310180160
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月16日
發(fā)明者孫輝, 關(guān)永亮, 賈宏光 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所