[发明专利]一种二维扑动微型扑翼飞行机器人机构

说明书

技术领域

本发明属于微型机器人领域，具体地说是一种二维扑动微型扑翼飞行机器人机构。

背景技术

微型飞行机器人(MAV，Micro Air Vehicle)具有体积小、重量轻、成本低、飞行灵活等特点，在国防和民用领域应用潜力巨大。仿生学和空气动力学的最新研究表明，当翼展小于15cm时，扑翼飞行比固定翼和旋翼飞行更具有优势。扑翼MAV具有仿生飞行方式，可微化程度高、隐蔽性好、飞行机动性高，其扑翼系统集举升、悬停和推进功能于一体，能以更小的能量进行更长距离的飞行，非常适合在长时间无能源补充及相对远距离的条件下执行任务，被认为是最有发展前景的微型飞行器，得到了世界各国的极大关注和高度重视。

目前，微型扑翼飞行机器人主要采用仿生学设计原理，在自然界中可飞行的昆虫大多是采用三维扑动来实现高效率的飞行；而在研究中由于结构空间及质量的限制，多将其简化为一维扑动，这样的简化使得飞行的效率大大的降低。

发明内容

为了解决现有微型扑翼飞行机器人飞行效率低的问题，本发明的目的在于提供一种二维扑动微型扑翼飞行机器人机构，采用被动柔顺铰链来实现二维扑动功能，达到提高飞行器飞行效率的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括翅翼、外柔性转动件、内柔性转动件、传动机构、机身、机身转轴、尾翼、电机及控制板，其中机身转轴的一端安装在机身上，另一端与外柔性转动件和内柔性转动件铰接，在外柔性转动件和内柔性转动件上分别连接有翅翼，尾翼安装在机身上；所述电机安装在机身上、与设置在机身上的控制板电连接，传动机构的一端与电机的输出轴相连，另一端通过连杆分别与外柔性转动件和内柔性转动件连接；所述外柔性转动件和内柔性转动件上分别设有柔性半环，外柔性转动件和内柔性转动件及各自连接的翅翼均具有绕机身转轴上下扑动的自由度及随柔性半环转动的自由度。

其中：所述外柔性转动件和内柔性转动件上分别与第一连杆的一端连接，两个第一连杆的另一端分别与第三连杆的一端相连，第三连杆的另一端与传动机构的输出端连接；所述两个第一连杆及两个第三连杆位于传动机构的两侧；

所述外柔性转动件包括第二柔性半环及第二连接杆，其中第二柔性半环的两端分别设有第三连接块及第四连接块，第三连接块沿长度方向开有第二翅翼连接孔，所述第二连接杆的一端与第三连接块连接，另一端开有与第一连杆相连的第二连接孔；所述第四连接块的一端为“凹”形、中间留有开口槽，该开口槽两侧的部分分别开有与机身转轴和内柔性转动件铰接的第二机身轴杆连接孔；所述第三连接块为长方体，其中面积较小的两个端面分别与第二柔性半环两侧弧形端面共面，长方体面积较大的四个面中的一个与第二柔性半环相切，另三个位于第二柔性半环内；第四连接块的另一端为长方体，其中面积较小的两个端面中的一个与第二柔性半环一侧弧形端面共面，另一个与所述“凹”形部分结合，长方体面积较大的四个面中的一个与第二柔性半环相切，另三个位于第二柔性半环内；

所述内柔性转动件包括第一柔性半环及第一连接杆，其中第一柔性半环的两端分别设有第一连接块及第二连接块，第一连接块沿长度方向开有第一翅翼连接孔，所述第一连接杆的一端与第一连接块连接，另一端开有与第一连杆相连的第一连接孔；所述第二连接块上开有与机身转轴和外柔性转动件铰接的第一机身轴杆连接孔；所述第一连接块为长方体，其中面积较小的两个端面分别与第一柔性半环两侧弧形端面共面，长方体面积较大的四个面中的一个与第一柔性半环相切，另三个位于第一柔性半环内；所述第二连接块为“L”形，该“L”形的外侧面与第一柔性半环相切，“L”形一条边的顶端端面与第一柔性半环一侧弧形端面共面，“L”形的另一条边上开有第一机身轴杆连接孔；

所述传动机构为传动齿轮组，包括第一～四齿轮，其中第一齿轮与电机的输出轴键连接，第二齿轮及第三齿轮同轴转动地安装在机身上、位于第一齿轮的下方，第二齿轮与第一齿轮啮合，第四齿轮位于第二齿轮和第三齿轮的下方，第四齿轮与第三齿轮相啮合；在第一～四齿轮的两侧分别设有一组第一连杆和第三连杆。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明的内、外柔性转动件分别与机身转轴铰接，又通过第一连杆、第三连杆经传动机构由电机驱动，采用被动柔顺铰链来实现二维扑动功能，降低了机构的复杂程度，提高了飞行效率。

2.本发明的翅翼可随柔性半环的变形，在下扑的同时产生转动，增加迎风面积，提高升力；在上扬的过程中可反向转动，减小迎风面积，降低上扬过程中的阻力，提高了扑动效率。

附图说明