[发明专利]基于三角结构的扑翼微飞行器

说明书

技术领域

本发明涉及微飞行器的技术领域，具体地说，涉及的是一种基于三角结构的新型扑翼微飞行器。

背景技术

作为在任何方向的尺度均不大于6英寸（15cm）的一类飞行器，微飞行器在军事、工业和民用领域具有十分广泛的用途——它可以用来完成诸如侦查、监视、搜救的众多任务。自从1992年微飞行器这个概念被提出以来，各种形式的微飞行器就开始逐渐面世。

这些微飞行器种类繁多，其所利用的飞行机理主要有固定翼式飞行、旋翼式飞行和扑翼式飞行。虽然利用前两种飞行机理的微飞行器数量不少，但也应该看到，这些种类的微飞行器有着与生俱来的局限。例如，固定翼微飞行器面临着在低雷诺数下气动力的不稳定的问题，旋翼微飞行器面临着可微性差的问题。与这两种微飞行器相比，利用扑翼式飞行机理的微飞行器的优点十分突出：它不仅可微性好、机动性高、可低速飞行，而且兼有固定翼微飞行器的高速特点和旋翼微飞行器的悬停功能。另外，具有高超飞行技巧的各种昆虫也进一步证明了扑翼微飞行器良好的发展前景。基于上述原因，扑翼微飞行器已经成为了国际上的研究热点。

经过对现有技术的检索发现，西北工业大学在2008年曾以“曲柄摇杆”结构为基础设计出了一种新型扑翼微飞行器，并使其实现了自由飞行（具体内容可以参考Liu,L.&Z.Fang&Z.He.Optimization Designof Flapping Mechanism and Wings for Flapping-Wing MAVs[J].Lecture Notes in Computer Science,2008,5314:245-255）。但是该微飞行器两只翅膀的拍打运动并不对称，这使得尺寸优化和后续的控制变得十分困难，并严重影响了微飞行器的整体性能。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的上述不足，提供一种基于三角结构的新型扑翼微飞行器,该飞行器结构简洁合理、可微性强，整个结构易于装配和维护，便于大批量生产从而降低生产成本。

为实现上述的目的，本发明所述的一种基于三角结构的扑翼微飞行器,包括机架、平行轴结构、运动输出结构、运动放大结构及一对翅膀，其中机架上直接装配平行轴结构和运动输出结构；平行轴结构将运动输出结构、运动放大结构和翅膀连成一整体；运动输出结构与平行轴结构的一端相连；运动放大结构安装在平行轴结构的中部；翅膀安装在平行轴结构的另一端。本发明中两翅膀的拍动完全对称，基本消除了飞行中的不平衡因素，提高了飞行器的整体性能，并使飞行器变得易于控制；同时，本发明结构简洁合理，具有可加工性和可微性，便于采用数控微加工进行批量生产。

所述的机架由多个零件粘结而成，或者以三维打印的方式一体成型。

所述的平行轴结构由两根平行轴组成，第一平行轴与运动输出结构相连，第二平行轴与翅膀相连，且在这两根平行轴之间安装着运动放大结构。两根平行轴均只能沿着自身的轴向进行转动，并且两根平行轴的运动完全对称。

所述运动输出结构是一种间歇运动机构，使平行轴结构实现间歇性的转动。具体而言，所述的运动输出结构由电机轴、三角结构、挡板组成，三角结构通过过盈配合安装在电机输出轴上面，挡板通过过盈配合安装在第一平行轴上。

所述的三角结构的三个角两两之间的夹角均为120°。

所述的运动放大结构由大齿轮和小齿轮组成，所述大齿轮和小齿轮均采用塑料齿轮，大齿轮通过过盈配合安装在第一平行轴上，小齿轮通过过盈配合安装在第二平行轴上；大齿轮之间相互啮合使平行轴结构将间歇性的转动转变为对称的往复转动，同时，大齿轮将运动传递给小齿轮，从而使得两只翅膀的实现对称的拍打运动。

所述的一对翅膀形状完全对称，且均由碳纤维材料的翅脉与聚酰亚胺材料的薄膜组成，这里的翅脉包括翅膀前缘的主脉、翅膀根部的辅脉和翅膀表面的辅脉，通过调节这三根翅脉的长度与直径，能够对翅膀的性能进行优化。

本发明中，平行轴结构的两根平行轴均为阶梯轴，第一平行轴与三角结构、挡板和大齿轮相配合，将电机输出的连续旋转转化成往复转动；第二平行轴通过与大齿轮、小齿轮的配合，将第一平行轴的往复旋转的幅度放大并传递给翅膀；翅膀固连在第二平行轴上面。

本发明在飞行时需设定一个初始攻角，使得翅膀沿着一个向前下方倾斜的平面进行拍打。柔性的存在会使得翅膀在上下扑动过程中发生变形，产生被动旋转，进而对整架微飞行器的气动性能进行调节。这样一来，微飞行器将不但能够产生向上的升力，还能够产生向前的推力，支撑飞行器飞行。