一种扑翼机构及微型水面扑翼飞行器的制作方法

1.本实用新型涉及微型水面扑翼飞行器技术领域，更具体地说，是涉及一种扑翼机构及微型水面扑翼飞行器。


背景技术：

2.目前，微型水面运动机器人的运动形式以滑行和跳跃为主,而扑翼飞行能够扩大机器人的运动空间范围,提高机器人的机动性和灵活性,成为微型水面运动机器人发展的必然趋势。
3.现有技术的扑翼机构主要分为多自由度扑翼驱动机构和单自由度扑翼驱动机构。而单自由度扑翼驱动机构根据实现方式又可分为四类：曲柄滑块机构、凸轮弹簧机构、双曲柄双摇杆机构、单曲柄双摇杆机构。
4.缺陷：曲柄滑块机构摩檫力较大、效率较低；凸轮弹簧机构体型较大且设计复杂；单曲柄双摇杆机构左右扑动存在不对称的问题；多自由度扑翼驱动机构较重且结构复杂。
5.因此，现有技术的微型水面运动机器人多采用双曲柄双摇杆机构实现轻巧高效的仿生扑翼，然而，双曲柄双摇杆机构由于曲柄结构设计不当容易发生硬件干涉，会妨碍扑翼运动并加速器械磨损。
6.因此，现有技术有待改进。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于提供一种扑翼机构及微型水面扑翼飞行器，旨在解决现有技术中双曲柄双摇杆机构由于曲柄结构设计不当设计不当容易发生硬件干涉，会妨碍扑翼运动并加速器械磨损的技术问题。
8.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
9.本实用新型提供一种扑翼机构，包括扑翼机架、一组扑翼摇杆、扑翼驱动器以及曲柄组件，一组所述扑翼摇杆与所述扑翼机架铰接，所述曲柄组件设置于所述扑翼驱动器与所述扑翼摇杆之间，所述扑翼摇杆通过所述扑翼驱动器驱动而沿所述扑翼机架进行往复运动，其中，所述曲柄组件包括：
10.曲柄部，所述曲柄部与所述扑翼驱动器连接；
11.连杆部，所述连杆部与所述扑翼摇杆连接；
12.球头关节，所述球头关节位于所述曲柄部与所述连杆部之间，所述球头关节用于所述曲柄部与所述连杆部之间的活动连接。
13.在一种实施方式中，所述球头关节包括：
14.球头槽；
15.球头部，所述球头部转动连接于所述球头槽内。
16.在一种实施方式中，曲柄部远离所述扑翼驱动器的一端与所述球头部连接，且所述曲柄部与所述球头部为一体成型设置；
17.所述连杆部远离扑翼摇杆的一端与所述球头槽连接，且所述连杆部与所述球头槽为一体成型设置。
18.在一种实施方式中，所述扑翼驱动器包括：
19.旋转驱动源；
20.齿轮组件，所述齿轮组件与所述旋转驱动源传动连接，且所述齿轮组件的输出端与所述曲柄组件传动连接。
21.在一种实施方式中，所述齿轮组件包括：
22.主动齿轮，所述主动齿轮与所述旋转驱动源传动连接；
23.双层齿轮，包括上齿结构以及下齿结构，所述上齿结构与所述主动齿轮相啮合；
24.输出齿轮，所述输出齿轮与所述双层齿轮的下齿结构相啮合，且所述输出齿轮与所述曲柄组件传动连接。
25.在一种实施方式中，所述扑翼摇杆包括：
26.摇杆基体；
27.摇杆延伸部，所述摇杆延伸部自所述摇杆基体向外延伸；
28.第一连接部，所述第一连接部位于所述摇杆基体远离所述摇杆延伸部的一端，所述摇杆基体通过所述第一连接部与所述扑翼机架铰接；
29.第二连接部，所述第二连接部设置于所述摇杆基体上，所述摇杆基体通过所述第二连接部与所述连杆部铰接。
30.在一种实施方式中，所述第二连接部包括具有第一容纳腔的一组夹板，所述连杆部嵌设于所述第一容纳腔，且所述连杆部与一组所述夹板铰接。
31.在一种实施方式中，一组所述扑翼摇杆包括：左侧扑翼摇杆以及右侧扑翼摇杆，所述左侧扑翼摇杆与所述右侧扑翼摇杆铰接，且所述左侧扑翼摇杆与所述右侧扑翼摇杆呈左右对称设置。
32.在一种实施方式中，所述扑翼机构还包括：
33.曲柄架，所述曲柄架位于所述扑翼机架与所述扑翼驱动器之间，所述曲柄架用于为所述连杆部提供避让空间。
34.一种微型水面扑翼飞行器，其中，所述微型水面扑翼飞行器包括如上所述的扑翼机构，由此该微型水面扑翼飞行器可以具有上述扑翼机构所有的结构特征及有益效果，在此不再赘述。
35.本实用新型提供的一种扑翼机构及微型水面扑翼飞行器的有益效果至少在于：
36.本实用新型提供了一种扑翼机构及微型水面扑翼飞行器，该扑翼机构包括扑翼机架、一组扑翼摇杆、扑翼驱动器以及曲柄组件，一组所述扑翼摇杆与所述扑翼机架铰接，所述扑翼驱动器设置于所述扑翼机架上，其中，曲柄组件包括曲柄部、连杆部以及球头关节，所述曲柄部与所述扑翼驱动器连接，所述连杆部与所述扑翼摇杆连接，所述球头关节位于所述曲柄部与所述连杆部之间，所述球头关节用于所述曲柄部与所述连杆部之间的活动连接。本实用新型中曲柄组件包括曲柄部、连杆部以及球头关节，通过球头关节实现连杆部与曲柄部的空间扭转，能够减少扑翼机构的机械磨损，能够避免连杆部与摇杆的硬件干涉。
附图说明
37.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1为本实用新型实施例提供的扑翼机构的结构示意图；
39.图2为本实用新型实施例提供球头关节的爆炸图。
40.图3为本实用新型实施例提供的扑翼机构的具体实施例的结构示意图；
41.图4为本实用新型实施例提供的扑翼机构的俯视角度的结构示意图。
42.图5为本实用新型实施例提供的扑翼机构的扑翼机构的驱动原理图。
43.图6为本实用新型实施例提供的扑翼机构的几何模型图。
44.其中，图中各附图标记：
45.100、扑翼机架；200、扑翼摇杆；300、扑翼驱动器；400、曲柄组件；500、曲柄架；210、摇杆基体；220、摇杆延伸部；230、第一连接部；240、第二连接部；231、耳板；232、叉耳；241、夹板；242、第一容纳腔；310、旋转驱动源；320、齿轮组件；321、主动齿轮；322、双层齿轮；323、输出齿轮；324、传动轴；322a、上齿结构；322b、下齿结构；323a、左侧输出齿轮；323b、右侧输出齿轮；410、曲柄部；420、连杆部；430、球头关节；431、球头槽；432、球头部；510、避让空间。
具体实施方式
46.为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
47.需要说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
48.请参阅图1及图2，本实施例提供了一种扑翼机构，其中，包括扑翼机架 100、一组扑翼摇杆200、扑翼驱动器300以及曲柄组件400，一组扑翼摇杆200 与扑翼机架100铰接，扑翼驱动器300设置于扑翼机架100上，曲柄组件400 包括曲柄部410、连杆部420以及球头关节430，曲柄部410与扑翼驱动器300 连接(铰接)，连杆部420与扑翼摇杆200连接(铰接)，球头关节430位于曲柄部410与连杆部420之间，球头关节430用于曲柄部410与连杆部420之间的活动连接。
49.本实施例通过在扑翼摇杆200与扑翼驱动器300之间设置有曲柄组件400，曲柄组件400包括曲柄部410、连杆部420以及球头关节430，通过球头关节 430实现连杆部420与曲柄部410的空间三维扭转，能够减少扑翼机构的机械磨损，能够避免连杆部420与摇杆的硬
件干涉。
50.较佳的，请参阅图2，球头关节430包括：球头槽431以及球头部432，球头部432转动连接于球头槽431内。在本实施例中，球头部432转动连接于球头槽431内，结构简单，过球头关节430实现连杆部420与曲柄部410的空间三维扭转，能够减少扑翼机构的机械磨损，能够避免连杆部420与摇杆的硬件干涉。
51.具体的，请参阅图2，曲柄部410远离扑翼驱动器300的一端与球头部432 连接，且曲柄部410与球头部432为一体成型设置，连杆部420远离扑翼摇杆 200的一端与球头槽431连接，且连杆部420与球头槽431为一体成型设置。本实施例结构简单，容易实现，便于生产，能够降低成产成本。
52.较佳的，请参阅图3及图5，扑翼驱动器300包括：旋转驱动源310以及齿轮组件320，齿轮组件320与旋转驱动源310传动连接，且齿轮组件320的输出端与曲柄组件传动连接。齿轮组件320包括：主动齿轮321、双层齿轮322 以及输出齿轮323，主动齿轮321与旋转驱动源310传动连接，双层齿轮322 包括上齿结构322a以及下齿结构322b，上齿结构322a与主动齿轮321相啮合，输出齿轮323与双层齿轮322的下齿结构322b相啮合，且输出齿轮323与曲柄组件传动连接。
53.在本实施例中，本实施例通过齿轮组件320传动曲柄进而带动摇杆进行规则往复运行，摩擦力小且轻巧灵便，可以降低对电动机性能的要求，能够降低成本。
54.较佳的，请参阅图3，输出齿轮323包括左侧输出齿轮323a以及右侧输出齿轮323b，左侧输出齿轮323a设置于扑翼机架100上，用于驱动左侧的扑翼摇杆200，右侧输出齿轮323b设置于扑翼机架100上，用于驱动右侧的扑翼摇杆200，且左侧输出齿轮323a与右侧输出齿轮323b呈平行设置。
55.在本实施例中，左侧输出齿轮323a与右侧输出齿轮323b呈平行设置，使得左侧的曲柄组件400的摆动方向相对于右侧的曲柄组件400摆动方向平行，避免左侧的曲柄组件400与右侧的曲柄组件400产生相向的摆动，因此本实施例通过左侧输出齿轮323a与右侧输出齿轮323b平行输出，用于曲柄组件400 摆动带动扑翼摇杆200进行往复运动，避免了曲柄对撞的危险，能够防止双曲柄卡死的现象，并且左侧输出齿轮323a与右侧输出齿轮323b平行能够减少扑翼机构的横截面积，能够减少风阻。
56.较佳的，请参阅图3，上齿结构322a的半径大于下齿结构322b的半径，下齿结构322b与右侧输出齿轮323b相啮合，且右侧输出齿轮323b与左侧输出齿轮323a通过传动轴324连接。
57.在本实施例中，旋转驱动源310与主动齿轮321传动连接，主动齿轮321 与双层齿轮322的上齿结构322a相啮合，双层齿轮322的下齿结构322b与右侧输出齿轮323b相啮合，且右侧输出齿轮323b套设在传动轴324的一端，传动轴324的另一端嵌设在左侧输出齿轮323a内，左侧输出齿轮323a通过传动轴324的驱动进行转动，即可实现左侧输出齿轮323a与右侧输出齿轮323b同步转动，通过左右两侧的曲柄组件400带动进而可以实现左侧与右侧的摇杆进行规则往复运动，结构简单，成本低。
58.在本实施例中，曲柄组件400和摇杆通过齿轮组件320把运动摩擦力传递给旋转驱动源310，旋转驱动源310运转时产生扭力同时增加旋转驱动源310 的工作电流，通过旋转驱动源310芯片控制工作电流变化大小控制旋转驱动源 310的占空比实现调节旋转驱动源
310的运转转速，可以实现旋转驱动源310 运转速度快慢的自动调速的功能，结构简单、成本低。其中，旋转驱动源310 采用电机可以为现有技术，因此，旋转驱动源310的具体结构在此不再赘述。
59.较佳的，请参阅图4，扑翼摇杆200包括：摇杆基体210、摇杆延伸部220、第一连接部230以及第二连接部240，摇杆延伸部220自摇杆基体210向外延伸，第一连接部230位于摇杆基体210远离摇杆延伸部220的一端，摇杆基体 210通过第一连接部230与扑翼机架100铰接，第二连接部240设置于摇杆基体210上，摇杆基体210通过第二连接部240与连杆部420铰接。第二连接部 240包括具有第一容纳腔242的一组夹板241，连杆部420嵌设于第一容纳腔242，且连杆部420与一组夹板241铰接。
60.在本实施例中，摇杆基体210作为主要受力构件，摇杆基体210的构件强度大于摇杆延伸部220，因此，摇杆延伸部220的横截面可以小于摇杆基体210 的横截面，其中，第二连接部240包括具有第一容纳腔242的一组夹板241，可以使得连杆部420与摇杆受力均匀，能够避免产生应力集中。
61.具体的，请参阅图4，一组扑翼摇杆200包括：左侧扑翼摇杆200以及右侧扑翼摇杆200，左侧扑翼摇杆200与右侧扑翼摇杆200铰接，且左侧扑翼摇杆200与右侧扑翼摇杆200呈左右对称设置。请参阅图5，右侧的第一连接部 230可以设置为一组耳板231，左侧的第一连接部230可以设置为叉耳232，叉耳232嵌设在耳板231内，叉耳232与耳板231通过销轴与扑翼机架100铰接，结构简单，受力均匀。
62.较佳的，请参阅图3以及图5，扑翼机构还包括：曲柄架500，曲柄架500 位于扑翼机架100与扑翼驱动器300之间，曲柄架500用于为连杆部420提供避让空间510。
63.扑翼机架100可以设置有一组曲柄架500，一组曲柄架500上可以设置一组轴承，轴承内嵌设有传动轴324，传动轴324可沿轴承进行转动，传动轴324 两端分别设置有左侧输出齿轮323a以及右侧输出齿轮323b，因此，曲柄架500 能够保证左侧输出齿轮323a与右侧输出齿轮323b之间的间距，能够方便左侧输出齿轮323a与右侧输出齿轮323b安装固定，可以为连杆部420提供避让空间510，能够防止左右两侧的曲柄对撞的危险，能够防止双曲柄卡死的现象。
64.请参阅图6，在某一具体实施例中，图6为该扑翼机构的几何模型，其中， l1为曲柄架500的长度、r1为曲柄部410的长度、l2为连杆部420的长度、r2为扑翼摇杆200的长度，h为扑翼机架100的高度。优选的，曲柄架500的长度可以为5.5mm，曲柄部410的长度可以为5.1mm，连杆部420的长度可以为 22.7mm，扑翼摇杆200的长度可以为9mm(扑翼摇杆的长度指的是扑翼摇杆分别与连杆部420铰接以及扑翼机架100铰接之间的长度)，扑翼机架100的高度的22mm。其中，主动齿轮的齿数可以为z1＝10，双层齿轮的上齿结构的齿数可以为z2＝40，双层齿轮的下齿结构的齿数可以为z2′
＝10，左侧输出齿轮以及右侧输出齿轮的齿数可以为z3＝40，其减速比为：
[0065][0066]
在本实施例中，曲柄架、曲柄部、连杆部以及扑翼摇杆的长度设置合理，主动齿轮的齿数、上齿结构的齿数、下齿结构的齿数以及输出齿轮的齿数设置合理，能够减少机械磨损，避免了设计不当妨碍扑翼运动并加速器械磨损的问题。应该理解的是，上述曲柄架、曲
柄部、连杆部等并不限于上述的5.5mm、 5.1mm、22.7mm等具体参数，曲柄架、曲柄部、连杆部以及扑翼摇杆、主动齿轮的齿数、上齿结构的齿数、下齿结构的齿数以及输出齿轮的齿数的具体参数设置还可以是其他情形，此处不作限制。
[0067]
一种微型水面扑翼飞行器，其中，该微型水面扑翼飞行器包括如上实施例所述的扑翼机构，由此该微型水面扑翼飞行器可以具有上述扑翼机构所有的结构特征及有益效果，在此不再赘述。
[0068]
综上所述，本实用新型提供了一种扑翼机构及微型水面扑翼飞行器，其中扑翼机构包括扑翼机架、一组扑翼摇杆、扑翼驱动器以及曲柄组件，一组扑翼摇杆与扑翼机架铰接，扑翼驱动器设置于扑翼机架上，曲柄组件包括曲柄部、连杆部以及球头关节，曲柄部与扑翼驱动器连接，连杆部与扑翼摇杆连接，球头关节位于曲柄部与连杆部之间，球头关节用于曲柄部与连杆部之间的活动连接。本实用新型中曲柄组件包括曲柄部、连杆部以及球头关节，通过球头关节实现连杆部与曲柄部的空间扭转，能够减少扑翼机构的机械磨损，能够避免连杆部与摇杆的硬件干涉。
[0069]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。