阅读说明：本技术 一种可实现空间八字形扑翼运动的全转动副单自由度机构 (Full-revolute pair single-degree-of-freedom mechanism capable of realizing space splayed flapping wing motion ) 是由 刘海涛 许可 黄田 肖聚亮 梅江平 于 2021-09-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种可实现空间八字形扑翼运动的全转动副单自由度机构,包括六个连杆,第一连杆的第一端通过转动副与驱动机构的输出轴连接、第二端通过转动副与第二连杆的第一端连接,第二连杆的第二端通过转动副与第三连杆的第一端连接,第三连杆的第二端通过转动副与第四连杆的第一端连接,第四连杆的第二端通过转动副与第六连杆的第一端连接,第六连杆的第二端通过转动副与机架连接；第五连杆的第一端与第四连杆的第一端连接、第二端为自由端,在第一连杆的驱动下,使得第五连杆的自由端产生空间八字形扑翼轨迹。本发明机构中运动副类型均为转动副,有利于机构的运动学分析,且在实现空间八字形扑翼轨迹的同时,还能减轻机构重量、降低装配难度。(The invention discloses a full-revolute pair single-degree-of-freedom mechanism capable of realizing space splayed flapping-wing motion, which comprises six connecting rods, wherein the first end of a first connecting rod is connected with an output shaft of a driving mechanism through a revolute pair, the second end of the first connecting rod is connected with the first end of a second connecting rod through a revolute pair, the second end of the second connecting rod is connected with the first end of a third connecting rod through a revolute pair, the second end of the third connecting rod is connected with the first end of a fourth connecting rod through a revolute pair, the second end of the fourth connecting rod is connected with the first end of a sixth connecting rod through a revolute pair, and the second end of the sixth connecting rod is connected with a rack through a revolute pair; the first end of the fifth connecting rod is connected with the first end of the fourth connecting rod, the second end of the fifth connecting rod is a free end, and the free end of the fifth connecting rod generates a space splayed flapping wing track under the driving of the first connecting rod. The kinematic pairs in the mechanism are all revolute pairs, so that the kinematic analysis of the mechanism is facilitated, the space splayed flapping wing track is realized, and meanwhile, the weight of the mechanism can be reduced, and the assembly difficulty is reduced.)

一种可实现空间八字形扑翼运动的全转动副单自由度机构

技术领域

本发明涉及仿生扑翼装置，特别涉及一种可实现空间八字形扑翼运动的全转动副单自由度机构，为仿生扑翼装置提供一个新型的扑翼运动执行机构。

背景技术

仿生扑翼飞行器设计是仿生设计中另一个热点话题。扑翼机构作为扑翼飞行器关键的驱动部件，其往往是通过模仿鸟类和昆虫翅膀的扑动过程而设计的。其中，空间“8”字型的扑动运动具有更优的提升效果，因此，蜜蜂或者蜂鸟的飞行敏捷性在自然界中是无与伦比的。然而，实现空间“8”字型的扑动轨迹的扑翼机构往往具有较多运动关节，其加工成本高、装配工作量大。公开号为CN108639337A的中国发明专利申请公开了一种可实现空间运动轨迹的单自由度扑翼机构，但该机构中包含需要产生较大转动的球关节，其加工装配比较复杂。此外，球关节也会增加机构整体重量。

具有空间八字形扑翼运动输出的机构还不多，特别运动副类型均是转动副的机构是少之又少，因此要提出新型的可实现空间八字形扑翼轨迹的全转动副单自由度机构。

发明内容

本发明的目的在于为仿生扑翼装置提供一个新型、结构简单的实现空间八字形扑翼运动轨迹的执行机构。

本发明所采用的技术方案是：一种可实现空间八字形扑翼运动的全转动副单自由度机构，包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆和第六连杆，每个连杆均包括相对的第一端和第二端；

所述第一连杆为曲柄，所述第一连杆的第一端通过第一转动副与安装在机架上的驱动机构的输出轴连接，所述第一连杆的第二端通过第二转动副与所述第二连杆的第一端连接，所述第二连杆的第二端通过第三转动副与所述第三连杆的第一端连接，所述第三连杆的第二端通过第四转动副与所述第四连杆的第一端连接，所述第四连杆的第二端通过第五转动副与所述第六连杆的第一端连接，所述第六连杆的第二端通过第六转动副与机架连接；所述第五连杆为输出构件，所述第五连杆的第一端与所述第四连杆的第一端连接、所述第五连杆的第二端为自由端；

其中，所述第一转动副的回转轴线、所述第二转动副的回转轴线与所述第六转动副的回转轴线平行布置，所述第三转动副的回转轴线、第四转动副的回转轴线与所述第五转动副的回转轴线平行布置，并且，所述第二转动副的回转轴线与所述第三转动副的回转轴线垂直布置，在所述第一连杆的驱动下，使得所述第五连杆的自由端产生空间八字形扑翼轨迹。

进一步地，所述第一转动副的中心点、第二转动副的中心点和第五转动副的中心点共面，并且，所述第二转动副的中心点、第三转动副的中心点、第四转动副的中心点和第五转动副的中心点共面。

进一步地，所述第五连杆沿所述第四连杆第一端的延伸方向布置。

本发明的有益效果是：本发明与同类可实现空间八字形运动轨迹的机构相比，本机构中运动副类型均为转动副，有利于机构的运动学分析，且在实现空间八字形扑翼轨迹的同时，还可以减轻机构重量、降低装配难度。

附图说明

图1：本发明机构的整体结构示意图；

图2：平面OAD上运动副布置示意图；

图3：平面ABCD上运动副布置示意图；

图4：本发明机构的运动过程示意图；

图5：一组结构参数下本发明机构的输出轨迹；

附图标注：

1——第一连杆； 2——第二连杆；

3——第三连杆； 4——第四连杆；

5——第五连杆； 6——第六连杆；

R_O——第一转动副； R_A——第二转动副；

R_B——第三转动副； R_C——第四转动副；

R_D——第五转动副； R_E——第六转动副；

O——第一转动副R_O的中心点； A——第二转动副R_A的中心点；

B——第三转动副R_B的中心点； C——第四转动副R_C的中心点；

D——第五转动副R_D的中心点； E——第六转动副R_E的中心点；

F——机构的输出点； W——扑翼；

M——机架。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如附图1至图4所示，一种可实现空间八字形扑翼运动的全转动副单自由度机构，包括第一连杆1、第二连杆2、第三连杆3、第四连杆4、第五连杆5和第六连杆6，每个连杆均包括相对的第一端和第二端。

所述第一连杆1为曲柄，所述第一连杆1的第一端通过第一转动副R_O与安装在机架M上的驱动机构的输出轴连接，所述驱动机构为本发明机构提供动力，所述第一连杆1的第二端通过第二转动副R_A与第二连杆2的第一端连接，所述第二连杆2的第二端通过第三转动副R_B与第三连杆3的第一端连接，所述第三连杆3的第二端通过第四转动副R_C与第四连杆4的第一端连接，所述第四连杆4的第二端通过第五转动副R_D与第六连杆6的第一端连接，所述第六连杆6的第二端通过第六转动副R_E与机架M连接。所述第五连杆5为输出构件，所述第五连杆5的第一端与所述第四连杆4的第一端连接，并且，所述第五连沿所述第四连杆4第一端的延伸方向布置，所述第五连杆5的第二端为自由端作为本发明机构的输出点F，仿生扑翼装置的扑翼W安装在第五连杆5上。所述第六连杆6的长度不影响本发明机构输出点F的运动轨迹。所述第一转动副R_O的中心点O与第五转动副R_D的中心点D之间的距离在本发明机构运动过程中保持不变。

所述第一转动副R_O的回转轴线、所述第二转动副R_A的回转轴线与所述第六转动副R_E的回转轴线平行布置，所述第三转动副R_B的回转轴线、第四转动副R_C的回转轴线与所述第五转动副R_D的回转轴线平行布置，并且，所述第二转动副R_A的回转轴线与所述第三转动副R_B的回转轴线垂直布置。其中，所述第一转动副R_O的中心点O、第二转动副R_A的中心点A和第五转动副R_D的中心点D共面，如图2所示；所述第二转动副R_A的中心点A、第三转动副R_B的中心点B、第四转动副R_C的中心点C和第五转动副R_D的中心点D共面，如图3所示。

在所述第一连杆1的驱动下，使得所述第五连杆5的自由端产生空间八字形扑翼轨迹，本发明机构运动过程如图4所示。

当设第一连杆1的长度为18mm、第二连杆2的长度为6mm、第三连杆3的长度为42mm、第四连杆4的长度为20mm、第五连杆5的长度为50mm、第一转动副R_O的中心点O与第五转动副R_D的中心点D之间的距离为42mm时，本发明机构输出点F的运动轨迹如图5中的灰色八字形实线所示，并且，该运动轨迹位于半径R＝70mm的球面上。可根据具体需求优化本发明机构的结构参数。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。