一種曲柄連桿滑塊彈簧式仿生撲翼裝置的制作方法

本實用新型涉及仿生撲翼機器人領域，具體地講是一種曲柄連桿滑塊彈簧式仿生撲翼裝置。

背景技術：

鳥類在飛行時通過控制其撲翼上羽毛的張開或收攏進行排風或兜風，即將空氣從羽毛張開的排風口中排出，或將撲翼下方的空氣兜住，從而減小空氣對鳥類飛行的阻力或增大鳥類飛行的浮力，提高其工作效率，進而實現高空、長距離的持續飛行。現有的大部分仿生撲翼僅實現了上、下擺動，并沒有充分考慮兜風、排風原理，因此工作效率比較低。

技術實現要素：

本實用新型提供了一種曲柄連桿滑塊彈簧式仿生撲翼裝置，其目的是通過控制羽片的張合，克服現有仿生撲翼工作效率低的問題，利于實現仿生撲翼機器人高空、遠距離的飛行。

為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案如下：一種曲柄連桿滑塊彈簧式仿生撲翼裝置，包括支架、轉軸和若干羽片，所述轉軸固定插設于支架內側，所述羽片并排設于支架內側，且可繞轉軸轉動，每片羽片下方設有一滑塊，滑塊與羽片的底部設有一彈簧轉動連接。所有滑塊之間由一固定桿固定連接；所有滑塊均可沿其下方設有的滑軌滑動，滑軌固定在支架上。所述滑軌底部固定連接一電機座，所述電機座上設有一步進電機，并與滑塊配合設置。所述步進電機的輸出軸上固定連接有一曲柄，所述曲柄與任一滑塊通過一連桿聯動連接。

進一步地，所述支架為U形支架，所述羽片為與U形支架相適應的弧形片，所述羽片為向上隆起的。弧形的支架、羽片能減小其上方受到的阻力，增大其下方受到的浮力，從而有利于增強仿生撲翼機器人的飛行能力。

進一步地，所述羽片的四側側邊和支架的內側邊沿上均設有密封條，用以減小羽片閉合時羽片之間、羽片與支架間的間隙，從而增強兜風效果。

進一步地，所述羽片上表面、羽片下表面各設有一風速傳感器。所述風速傳感器用于監測羽片上、下表面的風速，利用風速數據能夠判斷撲翼上、下擺動的狀態，以便控制步進電機運動。

進一步地，所述轉軸為中空軸，以降低撲翼的重量。

進一步地，所述固定架的形狀為U形。

進一步地，所述彈簧一端與羽片轉動連接，其另一端與滑塊轉動連接，所述彈簧具有足夠的剛度，推動或拉動羽片運動。

進一步地，所述與連桿相連的滑塊側面、曲柄表面均設有棍軸，所述連桿的兩端分別與滑塊側面、曲柄表面上的棍軸轉動連接。

進一步地，所述電機座的形狀為U形。

本實用新型的工作原理及有益效果如下：本實用新型采用兜風、排風原理，在支架上設有羽片，由步進電機提供驅動力，通過曲柄連桿滑塊彈簧機構帶動羽片轉動，實現羽片的張開或收攏，從而減小飛行的阻力，增加飛行的浮力，提高其工作效率，進而利于實現仿生撲翼機器人高空、遠距離的飛行。

具體地講，撲翼從最下端擺動至最上端包括三個部分：第一部分為撲翼從最下端向上擺動時，羽片受彈簧拉力作用向下轉動，相鄰羽片之間的排風口逐漸增大，撲翼上方的空氣從排風口中排出，從而減小撲翼上方的空氣阻力；第二部分為當撲翼擺動至水平位置時，羽片受彈簧推力作用向上轉動，相鄰羽片之間的排風口逐漸減小；第三部分為當撲翼擺動至最上端時，相鄰羽片之間無縫隙貼合。當撲翼從最上端向下擺動時，步進電機不轉動，保持相鄰羽片之間緊閉、貼合的狀態，將撲翼下方的空氣兜住，從而增加撲翼的空氣浮力，以利于實現仿生撲翼機器人的上升。

本實用新型結合風速傳感器監測撲翼上表面和下表面的風速變化，判斷撲翼上、下擺動的狀態，通過步進電機的相應運動，調節羽片打開的角度，以滿足飛行要求。本實用新型采用曲柄連桿滑塊彈簧機構實現了所有羽片的聯動動作，提高了羽片的同步性和穩定性，降低了結構的復雜性，便于加工、裝配及控制，尤其適用于大風、強風等惡劣環境中中型、大型仿生撲翼機器人的持續飛行。

附圖說明

圖1為本實用新型具體實施例整體示意圖；

圖2為本實用新型具體實施例底部結構圖；

圖3為本實用新型具體實施例兜風狀態圖；

圖4為本實用新型具體實施例排風狀態圖。

圖中所示：支架1、羽片2、固定架3、彈簧4、滑軌5、滑塊6、步進電機7、固定桿8、連桿9、曲柄10、風速傳感器11、排風口12、轉軸13、密封條14、電機座15。

具體實施方式

如圖1、圖2所示，本實施例主要由支架1、羽片2、彈簧4、滑塊6、滑軌5、連桿9、曲柄10和步進電機7等零部件組成。羽片2并排平鋪設于支架1中，相鄰羽片2之間互不重疊，其四側側邊以及支架1內側邊沿上設有密封條14，用于減小羽片2閉合時羽片2之間、羽片2與支架1之間的間隙，降低撲翼兜風狀態下漏風、跑風情況。支架1為U形支架1，羽片2為與U形支架1相適應的弧形片。羽片2的左半側通過轉軸13轉動固定于支架1上，羽片2右側底部與滑塊6之間通過彈簧4連接。滑塊6設于其下方的滑軌5上，并可在滑軌5上來回滑動，滑軌5通過固定架3固定在支架1上。滑塊6之間通過固定桿8連接為一體，最右端的滑塊6與步進電機7輸出軸之間通過曲柄10、連桿9傳動連接。步進電機7安裝在電機座15上，電機座15固定在滑軌5底部。曲柄10垂直于步進電機7的輸出軸，且固定安裝于步進電機7的輸出軸上。曲柄10的遠離步進電機7的外表面上垂直設有棍軸一，最右端的滑塊6與步進電機7輸出軸同側的側面上垂直設有棍軸二，棍軸一與棍軸二末端位于同一豎直平面上，連桿9位于該豎直平面中，且其兩端分別與棍軸一、棍軸二轉動連接。羽片2的上表面、下表面各設有一風速傳感器11，風速傳感器11用于監測羽片2上、下表面的風速變化，其監測數據用于控制步進電機7。

結合圖3所示，撲翼在整個下擺過程中，所有羽片2始終相互貼合，彈簧4處于自然狀態，滑塊6位于彈簧4正下方，整個過程中撲翼上、下表面的空氣無法經過撲翼流動，利用撲翼本身的弧形結構將下方的空氣兜住，增加其下方受到的空氣浮力，從而實現仿生撲翼機器人的上升。結合圖4所示，當撲翼下擺至最低端需要再次上擺時，步進電機7帶動曲柄10一起轉動，然后通過連桿9帶動最右端的滑塊6向左移動；由于相鄰滑塊6之間通過固定桿8聯動，因此其他滑塊6跟隨最右端滑塊6一同移動；各滑塊6向左移動過程中拉動彈簧4，彈簧4受到拉力產生形變，向下拉動羽片2右半側的側邊使其順時針轉動，相鄰羽片2之間出現排風口12，撲翼上表面的空氣通過排風口12排出至撲翼下表面，從而減小撲翼上表面的空氣阻力；當撲翼擺動至水平位置繼續向上擺動時，步進電機7開始反轉，連桿9帶動滑塊6右移，羽片2在彈簧4的推力作用下緩慢閉合；當撲翼擺動至最上端時，步進電機7反轉至起始點，羽片2通過曲柄10連桿9滑塊6彈簧4機構完全閉合。

本實用新型采用兜風、排風原理，結合風速傳感器11監測撲翼的擺動狀態，控制步進電機7的轉動，通過曲柄10連桿9滑塊6彈簧4機構控制羽片2的閉合與張開，調節仿生撲翼上、下表面的受力，提高仿生撲翼的工作效率，從而利于實現仿生撲翼機器人高空、長距離的飛行。本實用新型結構簡單、便于加工裝配與維修、控制方便、穩定性好，特別適用于大風、強風等惡劣環境下中型或大型仿生撲翼機器人的持續飛行。