本發(fā)明涉及微型飛行器領(lǐng)域，具體來說，是一種微小型多翼仿生撲翼飛行器。

背景技術(shù)：

自二十世紀(jì)九十年代以來，隨著傳統(tǒng)飛行器設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷成熟和微電子技術(shù)的大幅進(jìn)步，微型飛行器被提出并快速發(fā)展。

微型飛行器由于具有體積小、重量輕和機(jī)動(dòng)性強(qiáng)等特征，在國家安全和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)方面具有廣泛的應(yīng)用前景，適用于復(fù)雜環(huán)境下的偵查、勘探和協(xié)助救援等工作。

同時(shí)，隨著人們對自然生物飛行的不斷探索，仿生學(xué)設(shè)計(jì)被越來越多的應(yīng)用于微型飛行器領(lǐng)域，開始出現(xiàn)模仿昆蟲飛行的撲翼微型飛行器。

現(xiàn)有撲翼微型飛行器布局的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，大多數(shù)采用單對撲翼提供升力和控制力矩，且控制方式比較簡單。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決微小型飛行器在有限空間內(nèi)不能提供足夠的升力問題，受蜻蜓等多翅昆蟲啟發(fā)提出了一種微小型多翼仿生撲翼飛行器，以簡單的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高效的拍動(dòng)方式，能提供足夠的升力和控制力矩，可用于復(fù)雜環(huán)境的偵查救援等工作。

所述的微小型多翼仿生撲翼飛行器，包括機(jī)架、搖臂、拍動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和拍動(dòng)翼。

機(jī)架整體成型，為左右對稱結(jié)構(gòu)；中心是柱型空腔，兩側(cè)分別各預(yù)留兩個(gè)安裝孔，四個(gè)頂角位置分別預(yù)留四個(gè)安裝孔。

搖臂共四個(gè)，搖臂的中間位置鉸接在機(jī)架的四個(gè)頂角位置，一端留有柱形空腔，與拍動(dòng)翼主梁固定連接；實(shí)現(xiàn)由搖臂帶動(dòng)拍動(dòng)翼運(yùn)動(dòng)；另一端通過預(yù)留孔固定連接拍動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出端。

拍動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)有電機(jī)、齒輪減速機(jī)構(gòu)和連桿組成。

電機(jī)固定在機(jī)架上的中心柱型空腔內(nèi)；

齒輪減速機(jī)構(gòu)為二級齒輪減速機(jī)構(gòu)，包括2個(gè)齒輪a，2個(gè)齒輪b和1個(gè)齒輪c，齒輪c安裝在電機(jī)輸出軸上，齒輪a和齒輪b分別固定在機(jī)架上柱型空腔一側(cè)的安裝孔上，兩側(cè)的齒輪a和齒輪b分別關(guān)于機(jī)架對稱分布；齒輪c同時(shí)嚙合2個(gè)齒輪b，每個(gè)齒輪b各嚙合一個(gè)齒輪a，五個(gè)齒輪把電機(jī)輸出的高速轉(zhuǎn)動(dòng)減速。

連桿共有四個(gè)，對稱分布在機(jī)架左右；每個(gè)連桿的一端通過安裝孔與齒輪a鉸接，另一端作為拍動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出端固定連接搖臂。

拍動(dòng)翼包括主梁、輔梁和翼膜，共有四個(gè)，分別連接四個(gè)搖臂，對稱分布在機(jī)架兩側(cè)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、本發(fā)明一種微小型多翼仿生撲翼飛行器，采用多撲翼方式實(shí)現(xiàn)飛行，是一種新的多撲翼布局方式。

2、本發(fā)明一種微小型多翼仿生撲翼飛行器，使用齒輪和連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，制造簡單，容易獲得較高的設(shè)計(jì)精度。

3、本發(fā)明一種微小型多翼仿生撲翼飛行器，相較于單對撲翼飛行器，多撲翼之間的影響能夠增加升力，充分利用昆蟲的高升力機(jī)制，具有較高的效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種微小型多翼仿生撲翼飛行器的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明微小型多翼仿生撲翼飛行器的機(jī)架結(jié)構(gòu)局部放大圖；

圖3為本發(fā)明微小型多翼仿生撲翼飛行器的的連桿局部放大圖；

圖4為本發(fā)明微小型多翼仿生撲翼飛行器的拍動(dòng)翼結(jié)構(gòu)局部放大圖。

圖5為本發(fā)明微小型多翼仿生撲翼飛行器的搖臂結(jié)構(gòu)局部放大圖。

其中，1-拍動(dòng)翼，2-搖臂，3-連桿，4-齒輪a，5-齒輪b，6-齒輪c，7-機(jī)架；

101-輔梁，102-主梁，103-翼膜；201-預(yù)留孔，202-安裝孔，203-柱形空腔。

具體實(shí)施例

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方法進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明受蜻蜓等多對撲翼昆蟲的啟發(fā)，設(shè)計(jì)了一種微小型多翼仿生撲翼飛行器；與單對撲翼飛行器相比，在相同的條件下可以提供更大的升力，且由于設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的對稱性，機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性并沒有明顯增加。

所述的微小型多翼仿生撲翼飛行器，如圖1所示，包括拍動(dòng)翼1，搖臂2，連桿3,齒輪a4，齒輪b5，齒輪c6以及機(jī)架7；

如圖2所示，機(jī)架7采用樹脂材料或者聚乳酸(pla)，通過3d打印整體成型；為左右對稱結(jié)構(gòu)，機(jī)架7上預(yù)留一系列安裝孔，方便與其他結(jié)構(gòu)相連接。

具體為：機(jī)架7的中心位置預(yù)留有柱形空腔，其內(nèi)徑與電機(jī)直徑相同，用于固定安裝電機(jī)，柱形空腔與電機(jī)配合連接，且在電機(jī)輸出軸上安裝齒輪c6。同時(shí)，在中心柱型空腔的每側(cè)分別各預(yù)留兩個(gè)安裝孔，且兩側(cè)的安裝孔對稱分布，同側(cè)的兩個(gè)安裝孔分別固定鉸接齒輪a4和齒輪b5，各齒輪相互嚙合，齒輪c6同時(shí)嚙合2個(gè)齒輪b5，每個(gè)齒輪b5各嚙合一個(gè)齒輪a4，五個(gè)齒輪構(gòu)成齒輪減速機(jī)構(gòu)，共同把電機(jī)輸出的高速轉(zhuǎn)動(dòng)減速；機(jī)架7的四個(gè)頂角位置分別各預(yù)留一個(gè)安裝孔，用于安裝搖臂2。

搖臂2共四個(gè)，如圖5所示，結(jié)構(gòu)呈鑰匙狀，每側(cè)對稱安裝兩個(gè)，頂頭設(shè)有預(yù)留孔201，中間設(shè)有安裝孔202，端部留有柱形空腔203；通過安裝孔202將搖臂2鉸接在機(jī)架7的四個(gè)頂角；通過柱形空腔203與拍動(dòng)翼1的主梁102固定連接；實(shí)現(xiàn)由搖臂2帶動(dòng)拍動(dòng)翼1運(yùn)動(dòng)。同時(shí)通過預(yù)留孔201固定鉸接拍動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出端。

拍動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括連桿3，齒輪減速機(jī)構(gòu)和電機(jī)；

齒輪減速機(jī)構(gòu)選用二級齒輪減速機(jī)構(gòu)。

連桿3共有四個(gè)，如圖3所示，對稱分布在機(jī)架1左右；每側(cè)的兩個(gè)連桿3為一對。連桿3上兩端各預(yù)留有一個(gè)安裝孔，每個(gè)連桿3的一端通過安裝孔與齒輪a4鉸接，另一端作為拍動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出端固定連接搖臂2。

如圖4所示，拍動(dòng)翼1包括主梁102、輔梁101和翼膜103。翼梁材料為碳桿，翼膜材料選用厚度約為0.04mm的雙向拉伸聚丙烯薄膜、聚酯薄膜或其他薄膜。通過合理的初始安裝，保證四個(gè)拍動(dòng)翼對稱分布，由于拍動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為對稱分布的，所以四個(gè)拍動(dòng)翼能夠?qū)崿F(xiàn)同幅度的對稱的往復(fù)拍動(dòng)。

本發(fā)明一種微小型多翼仿生撲翼飛行器的具體使用過程為：

通過控制器驅(qū)動(dòng)該微小型多翼仿生撲翼飛行器的電機(jī)，電機(jī)輸出高速轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)齒輪c、齒輪b與齒輪a組成的齒輪減速機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)減速。齒輪a的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)與其連接的連桿3運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為搖臂2的往復(fù)擺動(dòng)。搖臂2上固定有拍動(dòng)翼1，拍動(dòng)翼1實(shí)現(xiàn)低頻往復(fù)拍動(dòng)，并產(chǎn)生豎直方向的氣動(dòng)升力。當(dāng)氣動(dòng)升力大于重力時(shí)，所述的微小型多翼仿生撲翼飛行器垂直起飛。飛行過程中，通過控制器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變拍動(dòng)翼1的升力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)垂直起降。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種微小型多翼仿生撲翼飛行器，涉及微型飛行器領(lǐng)域；具體包括機(jī)架；四個(gè)搖臂；電機(jī)；2個(gè)齒輪a，2個(gè)齒輪b，1個(gè)齒輪c；四個(gè)連桿和四個(gè)拍動(dòng)翼；電機(jī)固定在機(jī)架中心，齒輪c安裝在電機(jī)輸出軸上，同時(shí)嚙合2個(gè)齒輪b，每個(gè)齒輪b各嚙合一個(gè)齒輪a，每個(gè)齒輪a同時(shí)將兩個(gè)連桿的一端鉸接在一起，每個(gè)連桿的另一端固定連接一個(gè)搖臂；同時(shí)，每個(gè)搖臂的另一端與拍動(dòng)翼固定連接；搖臂帶動(dòng)拍動(dòng)翼實(shí)現(xiàn)低頻往復(fù)拍動(dòng)，并產(chǎn)生豎直方向的氣動(dòng)升力。本發(fā)明使用齒輪和連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，制造簡單，容易獲得較高的設(shè)計(jì)精度；相較于單對撲翼飛行器，多撲翼之間的影響能夠增加升力，充分利用昆蟲的高升力機(jī)制，具有較高的效率。

技術(shù)研發(fā)人員：吳江浩;李港;李雨生;時(shí)寒陽;楊玉騰;張艷來;孫茂
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.02.27
技術(shù)公布日：2017.07.14