專利名稱：一種微型撲翼飛行器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種撲翼飛行器，尤其是涉及一種微型撲翼飛行器。
背景技術：
撲翼的飛行方式廣泛存在于自然界飛行生物的飛行之中，撲翼飛行囊括了固定翼飛行和旋翼飛行的優點，可以快速的起飛、加速和懸停，具有高度機動性和靈活性。飛行生物的飛行方式大致可以分為三類低頻率的撲動飛行，如許多大型鳥類(鷹、鷲、大雁、海鷗、天鵝等)，翼展較長較大，撲動頻率較低，從零到數十赫茲不等，采用低頻率的撲動和滑翔相結合的撲動形式；中頻的撲動飛行，主要為體形中等的鳥類(如燕子、麻雀、鴿子等)， 翅膀不太大，撲動頻率相對較高，極少采用滑翔方式；高頻的撲動飛行，這種飛行方式是采用頻率極高、翅膀的運動規律復雜的撲翼形式，如蜂鳥及體形更小的鳥類和大多數昆蟲，撲動頻率約為60 80赫茲，能夠在空中實現前進、后退、懸停和其它一些高難度的機動飛行。微型仿生撲翼飛行器(一般IOcm以內)，在應用技術上它超出了傳統的飛行器設計和空氣動力學的研究范疇，同時開創了微機電系統技術(MEMS)在航空領域的應用。設計和制造具有良好動力學特性的高效微型仿生撲翼飛行器是目前非常富有挑戰性的研究難題。微型撲翼飛行器最常用的撲翼驅動機構的動力為微型直流電動機，該類電動機的額定工作轉速通常在300-400轉/秒左右，而微型撲翼行器飛行時所需的撲翼撲動頻率在 10次/秒左右，因此減速比大約為30-40。目前，微型撲翼飛行器撲翼驅動機構常采用兩級或三級減速圓柱齒輪減速機構。這種機構一方面結構不緊湊，尺寸較大，不適合微型化方向。另一方面，這類機構通常采用兩套獨立的平面四連桿機構以實現左、右撲翼的上下撲動。受到減速機構的限制，左右兩套平面四連桿機構的曲柄會以相同的轉動方向轉動，這樣就造成了左右四連桿機構運動的不對稱運動，因而使左右撲翼撲動不對稱。也就是說，在同一時刻，左右撲翼由于撲動角度和撲動角速度不同而產生的升力和推力不同，因此不能實現穩定的飛行。專利CN 100430297C中提出了一套采用渦輪蝸桿減速機構，并用兩套曲柄、連桿和搖臂，共同構成對稱于渦輪蝸桿的空間四連桿機構。該機構雖然只有一級傳動，并且具有自鎖性，但是渦輪蝸桿傳動效率太低，勢必造成耗費大量能量，從而大大增加電池重量，不利于撲翼飛行器的微型化。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種以簡單緊湊高效的圓柱圓錐二級嚙合結構實現左右撲翼對稱撲動的微型撲翼飛行器。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現微型撲翼飛行器主要由機架、左撲翼系統、右撲翼系統組成；所述的機架主要由Y型前支架14、支撐底板12、Y型后支架13、 外型主支架15組成；所述的左撲翼系統主要由電機4、小齒輪17、大齒輪16、傳動軸27、小圓錐齒輪28、大圓錐齒輪a24、銷軸d25、銷軸e26、連桿a23、銷軸c22、銷軸al8、左主動搖桿19、銷軸g32、左從動搖桿31、左撲翼7以及控制模塊5、電池3組成；所述的右撲翼系統主要由電機4、小齒輪17、大齒輪16、傳動軸27、小圓錐齒輪28、大圓錐齒輪b35、銷軸i36、 銷軸j37、連桿b34、銷軸h33、銷軸f29、右主動搖桿30、銷軸b21、右從動搖桿20、右撲翼6 以及控制模塊5、電池3組成。所述的機架的外型主支架15分別和Y型前支架14、Y型后支架13固定連接，支撐底板12分別和Y型前支架14、Y型后支架13、外型主支架15固定連接。所述的傳動軸27分別 與大齒輪16、小圓錐齒輪28固定連接，所述的支撐底板12 通過轉動副連接傳動軸27，所述的小齒輪17和大齒輪16嚙合傳動，所述的小圓錐齒輪28 分別與大圓錐齒輪a24、大圓錐齒輪b35嚙合傳動。所述的左撲翼系統的大圓錐齒輪a24和Y型前支架14通過銷軸d25以轉動副連接，連桿a23和大圓錐齒輪a24通過銷軸e26以轉動副連接，連桿a23和左主動搖桿19通過銷軸c22以轉動副連接，左主動搖桿19和Y型前支架14通過銷軸al8以轉動副連接，左從動搖桿31和Y型后支架13通過銷軸g32以轉動副連接，左撲翼7分別與左主動搖桿19、 左從動搖桿31固定連接。所述的右撲翼系統的大圓錐齒輪b35和Y型后支架13通過銷軸i36以轉動副連接，連桿b34和大圓錐齒輪b35通過銷軸j37以轉動副連接，連桿b34和右主動搖桿30通過銷軸h33以轉動副連接，右主動搖桿30和Y型后支架13通過銷軸f29以轉動副連接，右從動搖桿20和Y型前支架14通過銷軸b21以轉動副連接，右撲翼6分別與右主動搖桿30、 右從動搖桿20固定連接。所述的銷軸e26固定連接在大圓錐齒輪a24上，所述的銷軸j37固定連接在大圓錐齒輪b35上，所述的銷軸e26、銷軸j37的連線和銷軸d25、銷軸i36的連線共面，且銷軸 e26、銷軸j37分別到銷軸d25、銷軸i36的連線距離相等，大圓錐齒輪a24和大圓錐齒輪b35
參數完全一致，使左右撲翼的撲動一致。與現有技術相比，本發明最顯著特點是克服了現有技術中采用純圓柱齒輪減速機構體積大，左右撲翼撲動不對稱以及采用渦輪蝸桿傳動效率太低的缺陷，以簡單緊湊高效的圓柱圓錐二級嚙合結構實現左右撲翼對稱撲動，符合微型化方向。小齒輪17和大齒輪 16嚙合組成第一級傳動，小圓錐齒輪28分別和大圓錐齒輪a24、大圓錐齒輪b35嚙合組成第二級傳動，分別通過連桿a23、連桿b34驅動左主動搖桿19、右主動搖桿30，實現左右撲翼系統的對稱撲動。
圖1為本發明微型撲翼飛行器整體結構示意圖；圖2為本發明微型撲翼飛行器機架結構示意圖；圖3為本發明微型撲翼飛行器左撲翼系統示意圖；圖4為本發明微型撲翼飛行器右撲翼系統示意圖；圖5為本發明微型撲翼飛行器左右撲翼對稱撲動安裝要點示意圖。圖1中，標號表示內容如下方向舵機1、升降舵機2、電池3、電機4、控制模塊5、 右撲翼6、左撲翼7、垂直安定面8、方向舵9、水平安定面10、升降舵11 ；
圖2中，標號表示內容如下支撐底板12、Y型后支架13、Υ型前支架14、外型主支架15 ；圖3中，標號表示內容如下大齒輪16、小齒輪17、銷軸al8、左主動搖桿19、右從動搖桿20、銷軸b21、銷軸c22、連桿a23、大圓錐齒輪a24、銷軸d25、銷軸e26、傳動軸27、小圓錐齒輪28 ；圖4中，標號表示內容如下銷軸f29、右主動搖桿30、左從動搖桿31、銷軸g32、銷軸h33、連桿b34、大圓錐齒輪b35、銷軸i36、銷軸j37 ；
圖5中，標號表示內容如下銷軸e26固定連接在大圓錐齒輪a24上，銷軸j37固定連接在大圓錐齒輪b35上，銷軸e26、銷軸j37關于銷軸d25、銷軸i36的連線對稱布置， 大圓錐齒輪a24和大圓錐齒輪b35參數完全一致，使左右撲翼的撲動一致。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。實施例本發明主要由機架、左撲翼系統、右撲翼系統和尾翼系統組成。機架主要由Y型前支架14、支撐底板12、Y型后支架13、外型主支架15組成；左撲翼系統主要由電機4、小齒輪17、大齒輪16、傳動軸27、小圓錐齒輪28、大圓錐齒輪a24、銷軸d25、銷軸e26、連桿a23、 銷軸c22、銷軸al8、左主動搖桿19、銷軸g32、左從動搖桿31、左撲翼7以及控制模塊5、電池3組成；右撲翼系統主要由電機4、小齒輪17、大齒輪16、傳動軸27、小圓錐齒輪28、大圓錐齒輪b35、銷軸i36、銷軸j37、連桿b34、銷軸h33、銷軸f29、右主動搖桿30、銷軸b21、右從動搖桿20、右撲翼6以及控制模塊5、電池3組成；尾部系統主要由方向舵機1、垂直安定面8、方向舵9組成的轉向系統和由升降舵機2、水平安定面10、升降舵11組成的升降系統組成。所述的機架的外型主支架15分別和Y型前支架14、Y型后支架13固定連接，支撐底板12分別和Y型前支架14、Y型后支架13、外型主支架15固定連接。所述的傳動軸27分別與大齒輪16、小圓錐齒輪28固定連接，所述的支撐底板12 通過轉動副連接傳動軸27，所述的小齒輪17和大齒輪16嚙合傳動，所述的小圓錐齒輪28 分別與大圓錐齒輪a24、大圓錐齒輪b35嚙合傳動。所述的左撲翼系統的大圓錐齒輪a24和Y型前支架14通過銷軸d25以轉動副連接，連桿a23和大圓錐齒輪a24通過銷軸e26以轉動副連接，連桿a23和左主動搖桿19通過銷軸c22以轉動副連接，左主動搖桿19和Y型前支架14通過銷軸al8以轉動副連接，左從動搖桿31和Y型后支架13通過銷軸g32以轉動副連接，左撲翼7分別與左主動搖桿19、 左從動搖桿31固定連接。所述的右撲翼系統的大圓錐齒輪b35和Y型后支架13通過銷軸i36以轉動副連接，連桿b34和大圓錐齒輪b35通過銷軸j37以轉動副連接，連桿b34和右主動搖桿30通過銷軸h33以轉動副連接，右主動搖桿30和Y型后支架13通過銷軸f29以轉動副連接，右從動搖桿20和Y型前支架14通過銷軸b21以轉動副連接，右撲翼6分別與右主動搖桿30、 右從動搖桿20固定連接。所述的銷軸e26固定連接在大圓錐齒輪a24上，所述的銷軸j37固定連接在大圓錐齒輪b35上，所述的銷軸e26、銷軸j37的連線和銷軸d25、銷軸i36的連線共面，且銷軸 e26、銷軸j37分別到銷軸d25、銷軸i36的連線距離相等，大圓錐齒輪a24和大圓錐齒輪b35
參數完全一致，使左右撲翼的撲動一致。 本發明的一個優選實施例如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，微型撲翼飛行器，主要由機架、左撲翼系統、右撲翼系統和尾翼系統組成，可以構成左右撲翼對稱撲動和飛行器的轉向和俯仰飛行。左右撲翼對稱撲動和飛行器的轉向和俯仰飛行如下左右撲翼對稱撲動電機4通過小齒輪17、大齒輪16、傳動軸27、小圓錐齒輪28、 大圓錐齒輪a24、銷軸d25、銷軸e26、連桿a23、銷軸c22、銷軸al8、左主動搖桿19、銷軸g32、 左從動搖桿31驅動左撲翼7撲動；其中，小齒輪17和大齒輪16嚙合傳動，大齒輪16通過傳動軸27把運動傳給小圓錐齒輪28，小圓錐齒輪28和大圓錐齒輪a24嚙合傳動，銷軸d25、 大圓錐齒輪a24、銷軸e26、連桿a23、銷軸c22、左主動搖桿19、銷軸al8、Y型前支架14組成曲柄搖桿機構傳動。電機4通過小齒輪17、大齒輪16、傳動軸27、小圓錐齒輪28、大圓錐齒輪b35、銷軸i36、銷軸j37、連桿b34、銷軸h33、銷軸f29、右主動搖桿30、銷軸b21、右從動搖桿20驅動右撲翼6撲動；其中，小齒輪17和大齒輪16嚙合傳動，大齒輪16通過傳動軸27把運動傳給小圓錐齒輪28，小圓錐齒輪28和大圓錐齒輪b35嚙合傳動，銷軸i36、大圓錐齒輪b35、銷軸j37、連桿b34、銷軸h33、右主動搖桿30、銷軸t29、Y型后支架13組成曲柄搖桿機構傳動。飛行器的轉向和俯仰飛行通過方向舵機1控制方向舵9實現飛行器的轉向，通過升降舵2控制升降舵11實現飛行器的升降。
權利要求
1.一種微型撲翼飛行器，其特征在于，微型撲翼飛行器主要由機架、左撲翼系統、右撲翼系統組成；所述的機架主要由Y型前支架(14)、支撐底板(12)、Y型后支架(13)、外型主支架(15)組成；所述的左撲翼系統主要由電機(4)、小齒輪(17)、大齒輪(16)、傳動軸(27)、小圓錐齒輪(28)、大圓錐齒輪a (24)、銷軸d (25)、銷軸e (26)、連桿a (23)、銷軸 c(22)、銷軸a(18)、左主動搖桿(19)、銷軸g(32)、左從動搖桿(31)、左撲翼(7)以及控制模塊(5)、電池(3)組成；所述的右撲翼系統主要由電機(4)、小齒輪(17)、大齒輪(16)、傳動軸(27)、小圓錐齒輪(28)、大圓錐齒輪b (35)、銷軸i (36)、銷軸j (37)、連桿b (34)、銷軸 h (33)、銷軸f (29)、右主動搖桿(30)、銷軸b (21)、右從動搖桿(20)、右撲翼(6)以及控制模塊(5)、電池(3)組成。
2.根據權利要求1所述的一種微型撲翼飛行器，其特征在于，所述的機架的外型主支架(15)分別和Y型前支架(14)、Y型后支架(13)固定連接，支撐底板(12)分別和Y型前支架(14)、Y型后支架(13)、外型主支架(15)固定連接。
3.根據權利要求1所述的微型撲翼飛行器，其特征在于，所述的傳動軸(27)分別與大齒輪(16)、小圓錐齒輪(28)固定連接，所述的支撐底板(12)通過轉動副連接傳動軸(27)， 所述的小齒輪(17)和大齒輪(16)嚙合傳動，所述的小圓錐齒輪(28)分別與大圓錐齒輪 a (24)、大圓錐齒輪b (35)嚙合傳動。
4.根據權利要求1所述的微型撲翼飛行器，其特征在于，所述的左撲翼系統的大圓錐齒輪a(24)和Y型前支架(14)通過銷軸d(25)以轉動副連接，連桿a(23)和大圓錐齒輪 a (24)通過銷軸e(26)以轉動副連接，連桿a (23)和左主動搖桿(19)通過銷軸c (22)以轉動副連接，左主動搖桿(19)和Y型前支架(14)通過銷軸a(18)以轉動副連接，左從動搖桿(31)和Y型后支架(13)通過銷軸g(32)以轉動副連接，左撲翼(7)分別與左主動搖桿 (19)、左從動搖桿(31)固定連接。
5.根據權利要求1所述的微型撲翼飛行器，其特征在于，所述的右撲翼系統的大圓錐齒輪b(35)和Y型后支架(13)通過銷軸i (36)以轉動副連接，連桿b (34)和大圓錐齒輪 b(35)通過銷軸j(37)以轉動副連接，連桿b (34)和右主動搖桿(30)通過銷軸h (33)以轉動副連接，右主動搖桿(30)和Y型后支架(13)通過銷軸f(29)以轉動副連接，右從動搖桿(20)和Y型前支架(14)通過銷軸b(21)以轉動副連接，右撲翼(6)分別與右主動搖桿 (30)、右從動搖桿(20)固定連接。
6.根據權利要求1所述的微型撲翼飛行器，其特征在于，所述的銷軸e(26)固定連接在大圓錐齒輪a(24)上，所述的銷軸j(37)固定連接在大圓錐齒輪b (35)上，所述的銷軸 e (26)、銷軸j (37)的連線和銷軸d (25)、銷軸i (36)的連線共面，且銷軸e (26)、銷軸j (37) 分別到銷軸d(25)、銷軸i(36)的連線距離相等，大圓錐齒輪a(24)和大圓錐齒輪b(35)參數完全一致，使左右撲翼的撲動一致。
全文摘要
本發明涉及一種微型撲翼飛行器。它主要由機架、左撲翼系統、右撲翼系統組成。小齒輪(17)和大齒輪(16)嚙合組成第一級傳動，小圓錐齒輪(28)分別和大圓錐齒輪a(24)、大圓錐齒輪b(35)嚙合組成第二級傳動，分別通過連桿a(23)、連桿b(34)驅動左主動搖桿(19)、右主動搖桿(30)，實現左右撲翼系統的對稱撲動。本發明克服了現有技術中采用純圓柱齒輪減速機構體積大，左右撲翼撲動不對稱以及采用渦輪蝸桿傳動效率太低的缺陷，具有結構簡單、緊湊、效率高、左右撲動對稱的優點，符合微型化的發展方向。
文檔編號B64C33/02GK102211666SQ20101014093
公開日2011年10月12日 申請日期2010年4月7日 優先權日2010年4月7日
發明者張思全, 曹達敏, 胡盛斌, 陸文華 申請人:上海工程技術大學