阅读说明：本技术 一种仿生扑翼飞行器 (Bionic flapping wing aircraft ) 是由 贾方秀 黄盼 唐伟 曹阳 许鹏飞 于 2019-08-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种仿生扑翼飞行器,包括动力传递机构、两组翅根扇动机构、两组翅根转动机构和一对翅膀；动力传递机构置于整个机构前部,其作用是将动力传递至翅根扇动机构,在翅根扇动机构的外围有翅根转动机构,一对翅膀对称设置在扑翼飞行器的两侧,并与翅根扇动机构相连,可以在翅根扇动机构的作用下实现扇动,也在翅根转动机构的作用下实现转动,为飞行器提供动力。本发明连杆的一端与第二齿轮的侧面偏心铰接、偏心的凸台与滑块后侧面的长条形孔配合连接,这样的结构使得机翼在扑动和扭转两个方向的转动都可控,扑翼飞行器运动方式更加贴近真实的鸟类,能够顺利完成悬停、横飞、转向等飞行操作。(The invention discloses a bionic flapping wing aircraft, which comprises a power transmission mechanism, two groups of wing root flapping mechanisms, two groups of wing root rotating mechanisms and a pair of wings, wherein the power transmission mechanism is connected with the wings; the power transmission mechanism is arranged at the front part of the whole mechanism and is used for transmitting power to the wing root fanning mechanism, the periphery of the wing root fanning mechanism is provided with a wing root rotating mechanism, a pair of wings are symmetrically arranged at two sides of the flapping wing aircraft and are connected with the wing root fanning mechanism, fanning can be realized under the action of the wing root fanning mechanism, and rotation can also be realized under the action of the wing root rotating mechanism, so that power is provided for the aircraft. One end of the connecting rod is eccentrically hinged with the side surface of the second gear, and the eccentric boss is matched and connected with the elongated hole on the rear side surface of the sliding block, so that the rotation of the wings in two directions of flapping and twisting can be controlled, the motion mode of the flapping wing aircraft is closer to real birds, and the flying operations such as hovering, transverse flying, steering and the like can be smoothly completed.)

一种仿生扑翼飞行器

技术领域

本发明属于飞行器技术领域，具体涉及一种仿生扑翼飞行器。

背景技术

目前国外有关于仿生机器人的研究，但是我国在这方面起步晚、成果极少、效果差，另一方面未来战场将是以无人作战、信息战、低损耗零伤亡为主要发展趋势，催生了“蜂群”式的仿生弹药，致力于实现全方位、超近距、精准作战。

微型飞行器尺寸在20㎝以内，是一个学科交叉的产物，应用微机电、仿生学、加密无线通讯、仿生空气动力学基础、柔性翼、制导装置以及微型控制技术，可以仿鸟类飞行，并自主巡航，进行目标识别自主决策和回传数据。微型飞行器包括仿鸟类飞行器和仿昆虫飞行器等多种类型，这种微型飞行器最容易发展成仿生弹药。微型飞行器的发展为打造“蜂群”式的仿生武器提供了基础，这将大大促进国防事业的发展，将这项技术应用于探险救灾和有毒气体探测，可以体现出微型飞行器的广阔民用前景。

电子科技大学冯振宇等人在《类蜂鸟扑翼微型飞行机器人羽翼设计与优化》一文中提出了一种类蜂鸟飞行器，该飞行器使用四连杆机构传动，机翼自由度只有翅根在竖直方向上的旋转，与真实的蜂鸟翅膀相差太大，不能完成前进、后退等操作，也不能控制自身的横摇，所以对外界干扰的敏感度很高，稳定性很差。虽然翼面为弹性材料，但是翼面在机翼扑动过程中变形有限，故产生升力的效率很低，当升力足以对抗重力时，系统的噪音较大。以上所述结构上的缺陷直接导致了该蜂鸟飞行器最多只能悬停很短的时间，稍有干扰便失稳，所以该飞行器并不可控，并不具备发展成“蜂群”式飞行器的潜质。

体型很小的蜂鸟可以悬停，还有高超的空中飞行技巧，但是当今的扑翼飞行器的相关研究与自然界中的蜂鸟相比有很大的缺陷：扑翼飞行器并不能稳定悬停，其机翼远不及蜂鸟翅膀灵活，且机翼材料及结构不能使机翼在质量很小时产生很大的升力，驱动机翼扑动的机械结构与其材料上的缺陷导致蜂鸟飞行器尺寸较大，且不易控制，负载能力低以及能量利用率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种仿生扑翼飞行器，解决了扑翼飞行器的机翼不够灵活的问题，使得机翼的运动方式更加贴近真实的鸟类，更符合仿生学的理论。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种仿生扑翼飞行器，包括动力传递机构、两组翅根扇动机构、两组翅根转动机构和一对翅膀，所述动力传递机构包括电机、第一齿轮、第二齿轮、连杆、滑块和两个导轨，所述电机的输出轴与第一齿轮连接，所述第一齿轮与第二齿轮啮合，所述连杆的一端与第二齿轮的侧面偏心铰接，所述连杆的另一端与滑块的前侧面铰接，所述滑块的后侧面具有两个平行设置的开有长条形孔的动力传递臂，所述滑块自下端面向上端面垂直贯穿设置有两个通孔，两个导轨分别穿过两个通孔设置且导轨与通孔过盈配合；

每组所述翅根扇动机构包括第一锥齿轮、第二锥齿轮、金属轴，第一锥齿轮的背面具有一偏心凸台，所述凸台伸入一个所述长条形孔设置，所述第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合，所述金属轴为第二锥齿轮的中心轴；

每组所述翅根转动机构包括舵机、第三齿轮和第四齿轮，所述舵机的输出轴与第三齿轮固定连接，所述第三齿轮与第四齿轮啮合，所述第四齿轮具有一中心通孔，自所述中心通孔的表面沿径向向第四齿轮的外齿面开设有一对同中心轴线的径向通孔，所述金属轴***所述一对径向通孔设置；

所述一对翅膀中的每一个翅膀与对应的一个金属轴固定连接。

进一步地，所述第一齿轮的直径小于所述第二齿轮的直径。

进一步地，所述第三齿轮的直径小于所述第四齿轮的直径。

进一步地，所述翅膀包括框架和翼面。

进一步地，所述框架的材料为碳纤维，所述翼面的材料为凯夫拉纤维。

进一步地，所述金属轴上包括轴套，每一个所述翅膀通过所述轴套与对应的一个金属轴固定连接。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)本发明连杆的一端与第二齿轮的侧面偏心铰接、偏心的凸台与滑块后侧面的长条形孔配合连接，这样的结构使得机翼在扑动和扭转两个方向的转动都可控，扑翼飞行器运动方式更加贴近真实的鸟类，能够顺利完成悬停、横飞、转向等飞行操作；

(2)所述翅膀包括框架和翼面，框架的材料为碳纤维，翼面的材料为凯夫拉纤维，翅膀质量得到大大减轻。

附图说明

图1为本发明仿生扑翼飞行器的总体结构示意图。

图2为本发明仿生扑翼飞行器不包括翅膀的结构示意图。

图3为本发明的翅膀结构示意图。

图4为本发明的动力传递机构结构示意图。

图5为本发明的翅根扇动机构结构示意图。

图6为本发明的翅根转动机构结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

如图1-2所示，本实施例提供一种仿生扑翼飞行器，包括动力传递机构2、两组翅根扇动机构3、两组翅根转动机构4和一对翅膀1；动力传递机构2置于整个机构前部，其作用是将动力传递至翅根扇动机构3，在翅根扇动机构3的***有翅根转动机构4，一对翅膀1对称设置在扑翼飞行器的两侧，并与翅根扇动机构3相连，可以在翅根扇动机构3的作用下实现扇动，也在翅根转动机构4的作用下实现转动，为飞行器提供动力。

如图3所示，翅膀1由框架101和翼面102组成，框架101的作用是支撑并并展开翼面102，翼面102在空气阻力下对整个机构产生升力。

如图4所示，动力传递机构2包括电机201、第一齿轮202、第二齿轮203、连杆204、滑块205和导轨206，电机201驱动第一齿轮202转动，与第一齿轮202啮合的第二齿轮203随第一齿轮202转动，第二齿轮203与连杆204一端铰接，连杆204的另一端与滑块205铰接，滑块205的后侧面具有两个平行设置的开有长条形孔的动力传递臂205-1，滑块205置于导轨206上，滑块205可以沿导轨206滑动，第二齿轮203转动时带动连杆204一端移动，连杆204的另一端推动滑块205沿导轨206滑动。

如图5所示，第一组翅根扇动机构3由第一锥齿轮301、第二锥齿轮303、金属轴305和轴套305-1组成，动力传递机构1的滑块205的后侧面具有两个平行设置的开有长条形孔的动力传递臂205-1，第一锥齿轮301的背面具有一偏心凸台301-1，所述凸台301-1伸入一个所述长条形孔设置，每个凸台301-1对应***滑块上的长条形孔中，当滑块205沿导轨206滑动时，在凸台301-1的作用下，第一锥齿轮301做幅度约为120°的摆动，第二锥齿轮303与第一锥齿轮301啮合，第二锥齿轮303随第一锥齿轮301转动，金属轴305为第二锥齿轮303的中心轴，随第二锥齿轮303转动，金属轴305上固连的轴套305-1随金属轴305摆动，轴套305-1的另一端连接翅膀1的框架101，轴套305-1带动翅膀1扇动，产生升力。第二组翅根扇动机构由第三锥齿轮302、第四锥齿轮304、金属轴306和轴套306-1组成，结构和第二组翅根扇动机构结构一致。

如图6所示，第一组翅根转动机构4包括舵机401、第三齿轮403和第四齿轮402。舵机401的输出轴与第三齿轮403固定连接，第三齿轮403与第四齿轮402外啮合，第三齿轮403转动时，将带动第四齿轮402转动，第四齿轮402具有一中心通孔402-1，中心通孔402-1的表面沿径向向第四齿轮402的外齿面开设有一对同中心轴线的径向通孔402-2，金属轴305的两端与第四齿轮402上的径向通孔402-2间隙配合；第四齿轮402转动时，金属轴305的轴向会随第四齿轮402的转动而改变，可以改变翅膀1法线方向，即改变升力的方向。第二组翅根转动机构4包括舵机404、第五齿轮405和第六齿轮406，结构和第一组翅根转动机构一致。

结合图1、3，翅膀1的框架101是由碳纤维制成的，翼面302的材料是凯夫拉纤维。动力传递机构2、翅膀扇动机构3以及翅膀转动机构1中的第四齿轮402,是由光敏树脂3D打印成型的，翅膀扇动机构3中的金属轴305是铝合金材料制成。

本发明的工作过程和原理为：电机201驱动第一齿轮202转动，与第一齿轮202啮合的第二齿轮203随第一齿轮202转动，第二齿轮203带动连杆204运动，连杆204的另一端带动滑块205运动，当滑块205沿导轨206滑动时，以第一组翅根扇动机构3为例，在凸台301-1的作用下，第一锥齿轮301做幅度约为120°的摆动，第二锥齿轮303与第一锥齿轮301啮合，第二锥齿轮303随第一锥齿轮301转动，金属轴305为第二锥齿轮303的中心轴，随第二锥齿轮303转动，金属轴305上固连的轴套305-1随金属轴305摆动，轴套305-1的另一端连接翅膀1的框架101，轴套305-1带动翅膀1扇动，产生扑动运动从而提供扑动方向的升力；同时，以第一组翅根转动机构4为例，舵机401带动第三齿轮403转动，第三齿轮403转动带动第四齿轮402转动，第四齿轮402转动时带动其内的金属轴305轴向的变化，金属轴305上固连的轴套305-1随金属轴305转动，轴套305-1的另一端连接翅膀1的框架101，轴套305-1带动翅膀1转动，舵机401小角度往复运动使得翅膀1产生往复扭转运动从而提供升力。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。