[实用新型]一种直线超声电机驱动的微型扑翼飞行器

说明书

一种直线超声电机驱动的微型扑翼飞行器，其特征在于：超声电机动子与两机翼连杆铰接，两机翼连杆分别与左右翼连接，动子、连杆、机翼骨架和机身四者构成对称的摇杆滑块机构，超声电机动子作为“滑块”上下运动，经过连杆带动机翼骨架上下摆动，为飞行器扑翼提供动力；电机定子通过机身V型槽和支撑架固定在机身上，超声电机定子和动子通过预紧弹簧和预紧螺钉保持紧密贴合；飞行器头部预留电池舱为飞行器各系统提供电源。本实用新型结构简单且紧凑、操作性好、可靠性高、无电磁干扰等优点。

技术领域

本实用新型涉及一种微型飞行器，尤其是一种扑翼型微型飞行器，具体地说是一种直线超声电机驱动的微型扑翼飞行器。

背景技术

自然界中大多数昆虫和鸟类都具有优异的飞行性能。很多昆虫尽管尺寸小，但是却表现出高超的飞行技巧和灵活的机动性。它们和微型飞行器（Micro Air Vehicle， MAV）属于同一量级，飞行雷诺数也相当，完全符合MAV设计的原型需求；它们不仅可以低速向前飞，还可以悬停、侧飞、甚至是向后飞行，这些正是MAV设计所追求的目标。扑翼型MAV便是模仿鸟类和昆虫的飞行方式而发展起来的。对微型扑翼飞行器的研究虽然已经取得了很大的技术进展，但距离实际应用还有很长的路要走。首先是驱动技术问题依然制约着微型扑翼飞行器的发展，虽然目前以电流聚合物（EAP）、形状记忆合金（SMA）和压电薄膜为代表的智能材料在微型扑翼飞行器驱动技术上应用增加了飞行器的仿真柔性，但是仍存在着机械可靠性低，控制特性差、在恶劣外部环境影响时稳定性差等缺点。

针对上述问题，国内外很多学者从事机械式微型飞行器的驱动技术的研究，这类飞行器大都采用齿轮减速，平面杆机构，这种驱动方式可靠性比基于智能材料的微型扑翼飞行器高，但是传动机构体积大、结构复杂，这与当前微型扑翼飞行器的发展趋势相违背。

超声电机（ultrasonic motor，USM）是一种新型微特电机，其工作原理是利用压电材料的逆压电效应，激发弹性体（定子）在超声频段内的微幅振动，并通过定、转子（动子）之间的摩擦作用将振动转成转子（动子）的旋转（直线）运动，输出功率，驱动负载。具有体积小、重量轻、结构紧凑、响应快、低噪声、无电磁干扰的优点，特别是直线型超声电机广泛应用各类精密驱动装置。

故实用新型人考虑到当前微型扑翼飞行器驱动技术的诸多问题，以及以超声电机为代表的压电作动器优良的控制性能和精密驱动特征。设计了一种直线超声电机驱动的微型扑翼飞行器。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有的机械驱动式微型扑翼飞行器驱动结构复杂，体积大的问题，设计一种直线超声电机驱动的微型扑翼飞行器。

本实用新型的技术方案是：

一种直线超声电机驱动的微型扑翼飞行器，其特征在于：超声电机动子与两机翼连杆铰接，两机翼连杆分别与左右翼连接，动子、连杆、机翼骨架和机身四者构成对称的摇杆滑块机构，超声电机动子作为“滑块”上下运动，经过连杆带动机翼骨架上下摆动，为飞行器扑翼提供动力；电机定子通过机身V型槽和支撑架固定在机身上，超声电机定子和动子通过预紧弹簧和预紧螺钉保持紧密贴合，预紧螺钉穿过弹簧及定子过孔与机身支撑架旋装，预紧弹簧一端与定子相抵，另一端与预紧螺钉头安装面相抵，通过旋转螺钉压缩弹簧输出定子和动子间所需预压力；飞行器头部预留电池舱为飞行器各系统提供电源。

通过控制超声电机驱动电参数可调节动子运动速度，带动机翼扑动实现不同频率以及一个扑翼周期内的不同速度；通过控制动子的上下运动行程可以实现不同幅度的机翼扑动，以与不同飞行工相匹配。

飞行器尾部采用压电双晶片作为尾梁带动V型尾翼，为飞行器提供转向操纵力；当对压电双晶片施加电压时，双晶片向上或者向下弯曲，带动飞行器尾部V型尾翼，为飞行器提供转向或者姿态调控的操纵力。

为增加飞行器飞行过程中机身的强度，组成尾梁的双晶片采用变截面式，以增加尾部与机身连接处的强度，改善其抗冲击性。