专利名称：微型飞行器扑翼及转向装置的制作方法
技术领域：
本发明属于微型飞行器设计领域，涉及一种微型飞行器扑翼及转向装置。
背景技术：
自然界的昆虫、鸟类等飞行生物虽然翅膀的形态和结构各异，但都是采用扑翼的飞行方式。仿生学及空气动力学研究结果表明，在翼展小于15cm时，扑翼飞行比固定翼和旋翼飞行方式更具有优势。扑翼飞行与固定翼和旋翼飞行相比，具有如原地或小场地起飞，良好的飞行机动性和一定的空中悬停性能，长距离飞行能耗较少等特点。仿生扑翼飞行器是模仿鸟类和昆虫飞行、基于仿生学原理设计制造的一种新型飞行器。扑翼飞行器具有广泛的用途，如在军事上可用于敌情侦察、目标追踪、电子干扰、中继通信、主动进攻及防御等。在民用上可用于如环境及灾情监测、交通道路监控、农业勘测、航空摄影等。扑翼及转向机构是扑翼飞行器能实现正常飞行和转向的关键。由于微型飞行器承载能力有限，故除了实现扑翼及转向动作外，还对扑翼飞行器扑翼及转向机构有重量轻、效率高、性能好等要求。目前已有的扑翼及转向装置，大都结构复杂，较难实现微型化。因此 设计出一种结构简单，能实现扑翼及转向功能的微型装置尤为重要。
发明内容
本发明的目的是针对现有微型飞行器扑翼及转向装置设计中存在的问题，提供了一种结构简单、控制方便、成本较低的微型飞行器扑翼及转向装置。本发明采用的技术方案为一种微型飞行器扑翼及转向装置，包括扑翼装置及转向装置；所述扑翼装置包括扑翼摇杆、圆柱销、连接板、驱动电机、连杆、安装架、双层齿轮、大齿轮和小齿轮，所述安装架的两侧通过圆柱销对称活动安装两个连接板，两个连接板的外端通过圆柱销均连接到扑翼摇杆，所述驱动电机固定在安装架下部外侧，驱动电机与一级小齿轮相连，一级小齿轮与双层齿轮中的大齿轮啮合，双层齿轮中的小齿轮与两侧的二级大齿轮啮合，两个二级大齿轮分别与两个连杆的下端连接，连杆上端分别与两个所述连接板相连；所述转向装置包括转向杆、尾翼支撑板、转向电机、摆臂、转动件和摆动架，所述尾翼支撑板前端与安装架连接，后端为向上凸起板，所述转向杆为长圆柱杆，尾部细端穿过所述摆臂两臂对应圆柱孔，头部为圆柱筒，套在扑翼摇杆细端；所述摆动架底部与转向电机输出轴相连，中部为圆弧形槽，上端中部竖直方向开有长方形通孔，所述转动件安装在摆动架长方形孔内；所述摆臂为Y型，两臂顶端为圆柱筒，套住转向杆细端，下端为圆柱杆，穿过转动件圆柱孔，中心为圆柱筒，套在尾翼支撑板凸出板内的圆柱销上，摆臂可绕圆柱销转动；一对薄膜翅膀分别固定在两个所述扑翼摇杆和所述转向杆上。作为优选，所述连接板分为左翼连接板和右翼连接板，其中左翼连接板与安装架连接端为U型结构，右翼连接板与安装架连接端为T型结构，连接板外端与扑翼摇杆相连，内端通过圆柱销固定在安装架上部槽内，右翼连接板T型结构位于左翼连接板U型结构内。作为优选，所述扑翼摇杆为圆柱形长杆，其中与连接板连接的一端稍细，细端一部分插入对应连接板孔中，另一部分用于带动转向杆运动，其余部分用于固定薄膜翅膀。作为优选，所述连接板中部与连杆相连。作为优选，所述尾翼支撑板前端为十字型结构，插入对应安装架一侧十字型槽中。作为优选，所述薄膜翅膀为1/4圆形结构，其中一直边固定在扑翼摇杆上，另一直边固定在转向杆上。扑翼系统采用二级减速齿轮传动方式，当驱动电机转动时，带动一级小齿轮转动，一级小齿轮带动啮合的双层齿轮的大齿轮转动，双层齿轮的小齿轮带动两边啮合的二级大齿轮转动，二级大齿轮带动连杆运动，连杆带动左、右翼连接板及扑翼摇杆上下摆动，从而实现翅膀的扑动。当转向电机转动时，转向电机带动摆动架摆动，摆动架内转动件带动摆臂绕圆柱销转动，使两转向杆角度发生偏转，实现飞行器的转向。本发明的有益效果1.扑翼装置及转向装置连接为一个整体，有利于扑翼飞行器的微型化。扑翼及转向装置结构简单，组成构件多为标准件，可应用于飞鸟玩具及微型扑翼飞行器。2.采用曲柄摇杆机构实现扑翼运动，运动副为低副面接触，压强较小，可以承受较大的载荷。采用二级减速齿轮传动方式，可以实现较高的传动比，有利于节省空间和实现扑翼飞行器微型化。3.相对于控制尾翼改变转向，通过改变翅膀迎角更容易实现大角度转弯。转向装置具有灵活小巧、控制简单、制造成本低等特点。
图I是微型飞行器扑翼及转向装置整体结构图；图2是扑翼系统结构示意图；图3是扑翼摇杆与转向连杆连接图；图4是转向系统结构图；图5是转向系统主要部件连接图。图中1.扑翼摇杆；2.圆柱销；3. I.左翼连接板；3. 2.右翼连接板；4.转向杆；5.安装架；6.驱动电机；7.摆臂；8.尾翼支撑板；9.转向电机；10. I.双层齿轮；10. 2.大齿轮；10. 3.小齿轮；11.连杆；12.转动件；13.摆动架。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步说明。如图I所示，一种微型飞行器扑翼及转向装置，包括扑翼装置及转向装置。扑翼装置包括扑翼摇杆I、圆柱销2、左翼连接板3. 1，右翼连接板3. 2、安装架5、驱动电机6、连杆11、双层齿轮10. 1，大齿轮10. 2和小齿轮10. 3。扑翼摇杆I为圆柱形长杆，其中与连接板连接的一端稍细，便于插入对应连接板孔中，扑翼摇杆I用于固定翅膀，并带动翅膀扑动。连接板与扑翼摇杆I细端连接的一端中心处及外侧与连杆11连接处均开有小孔，连接板根据与安装架5连接端结构的不同分为左翼连接板3. I和右翼连接板3. 2，左侧扑翼摇杆I细端插入左翼连接板3. I中,右侧扑翼摇杆I细端插入右翼连接板3. 2中。如图2所不，左翼连接板3. I与右翼连接板3. 2不同之处在于，左翼连接板3. I与安装架5连接端为U型结构，右翼连接板3. 2与安装架5连接端为T型结构。安装时，两侧连接板通过圆柱销2固定在安装架5上部槽内，T型结构位于U型结构内。安装架5用于固定扑翼系统各部件并通过尾翼支撑板8与转向系统相连。由于直流电机转速较大，无法直接驱动扑翼机构，故扑翼系统采用二级减速齿轮传动方式。如图3所示，为减轻安装架5重量并且不影响连杆11运动，安装架5下部为半开型结构，安装架5下部两侧开有小孔，用于安装固定电机及齿轮；与尾翼支撑板8连接的一侧开有十字型槽，用于安装固定尾翼支撑板8。驱动电机6固定在安装架5下部外侧，驱动电机6输出轴与一级小齿轮10. 3相连，电机前段粘接固定在安装架5上。一级小齿轮10. 3与双层齿轮10. I中的大齿轮啮合，双层齿轮10. I中的小齿轮与两个二级大齿轮10. 2啮合。两个二级大齿轮10. 2相同位置开有小孔，连杆11 一端通过圆柱销2与二级大齿轮
10.2相连，另一端通过圆柱销2连接到左翼连接板3. I或右翼连接板3. 2上。在安装过程中，齿轮与安装架5、齿轮与连杆11、连接板与安装架5间等均保留一定的间隔，保证各构件可以实现设定的运动。对于具有相同气动特性的左右翼,迎角大的翅膀升力大,迎角小的翅膀升力小,通过改变翅膀的迎角，使左右翼产生升力差，使翅膀发生倾斜实现转向功能。如图4所示，转向装置包括尾翼支撑板8、转向杆4、转向电机9、摆臂7、转动件12和摆动架13。其中，尾翼支撑板8与安装架5连接端为十字型，安装时，尾翼支撑板8十字型端插入对应安装架5十字型槽中；尾翼支撑板8另一端为向上凸起板，用于安装固定转向装置。尾翼支撑板8凸起板开有不同小孔，用于固定电机、摆臂7和摆动架13。转向杆4为圆柱形长杆，与摆臂7相连端稍细，便于穿过摇臂两臂对应圆柱孔；与扑翼摇杆I相连一端为圆柱形套筒，套在扑翼摇杆I细端，安装时转向杆4圆柱筒先套住扑翼摇杆I细端，然后扑翼摇杆I细端插入连接板孔中。转向电机9固定在尾翼支撑板8凸起板下端圆孔内。如图5所示，摆动架13底部与转向电机9输出轴相连，摆动架13中部为圆弧形槽，圆柱销2穿过圆弧形槽并固定到尾翼支撑板8凸出板上，圆柱销2可随着摆动架13的摆动而转动，从而减少摆动架13摆动时所遇到的摩擦阻力，圆柱销2起定位及固定作用。摆动架13上端中部竖直方向开有长方形通孔，转动件12通过前后两端凸出的细圆柱安装到摆动架13对应孔内，并可随着摆动架13的摆动而摆动，转动件12在摆动的同时自身也绕摆动架13上部中心孔转动。摆臂7为Y型，摆臂7两臂为长方体型，两臂顶端为圆柱筒，套住转向杆4细端，摆臂7套筒直径大于转动杆细端杆直径，这样转动杆随扑翼摇杆I运动时，不会带动摆臂7运动；摆臂7下端为圆柱杆，插入转动件12内。转动件12圆孔直径稍大于摆臂7下端圆柱杆直径，这样可保证转动件12和摆臂7间的自由运动，也可保证不因两者间隙过大使摆臂7向一侧倾斜。摆臂7中心为圆柱筒，套在圆柱销2上，圆柱销2固定在尾翼支撑架凸出板上端圆孔内，圆柱销2与圆柱孔间无相对运动。薄膜翅膀为1/4圆形结构，其中一直边固定在扑翼摇杆I上，另一直边固定在转向杆4上。转向杆4尾部向里倾斜，这样可以减小摆臂7的尺寸及左右翅膀的间距，增大翅膀有效面积。整个转向系统为对称结构。使用遥控器控制驱动电机6及转向电机9转动，从而实现飞行器扑翼及转向功能。驱动电机6具有转向和停止两种工作模式，转向电机9具有左转、右转和停止三种工作模式。当遥控器发出转动信号时，驱动电机6开始转动，带动一级小齿轮10. 3转动，一级小齿轮10. 3带动啮合的双层齿轮10. I的大齿轮转动，双层齿轮10. I的小齿轮带动两边啮合的二级大齿轮 10. 2转动，二级大齿轮10. 2带动连杆11运动，连杆11带动左、右翼连接板3. 2及扑翼摇杆I上下摆动，从而实现翅膀的扑动。扑翼频率可通过改变驱动电机6转速调节，扑翼的幅度可通过调整连杆11的长度及在齿轮中的位置调节。当遥控器发出抓向信号时，转向电机9带动摆动架13向左或向右摆动，转动件12随着摆动架13运动，并带动摆臂7下端运动，使摆臂7绕圆柱销2摆动，实现摆臂7 —端升高、一端降低，从而使转向杆4产生一定偏转角度，实现转向功能。转角的大小可通过改变转动件12与摆动架13相对位置调节。该扑翼及转向装置组成构件大多为塑料件，具有尺寸小、重量轻等特点。安装固定时可根据需要使用胶粘方式，如驱动电机6在支撑板上的固定等。由于塑料具有一定的弹性，可完成一些常规下较难实现的安装，如转动件12在摆动架13中的安装等。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
权利要求
1.一种微型飞行器扑翼及转向装置，其特征在于包括扑翼装置及转向装置； 所述扑翼装置包括扑翼摇杆、圆柱销、连接板、驱动电机、连杆、安装架、双层齿轮、大齿轮和小齿轮，所述安装架的两侧通过圆柱销对称活动安装两个连接板，两个连接板的外端通过圆柱销均连接有扑翼摇杆，所述驱动电机固定在安装架下部外侧，驱动电机与一级小齿轮相连，一级小齿轮与双层齿轮中的大齿轮啮合，双层齿轮中的小齿轮与两侧的二级大齿轮啮合，两个二级大齿轮分别与两个连杆的下端连接，连杆上端分别与两个所述连接板相连； 所述转向装置包括转向杆、尾翼支撑板、转向电机、摆臂、转动件和摆动架，所述尾翼支撑板前端与安装架连接，后端为向上凸起板，所述转向杆为长圆柱杆，尾部细端穿过所述摆臂两臂对应圆柱孔，头部为圆柱筒，套在扑翼摇杆细端；所述摆动架底部与转向电机输出轴相连，中部为圆弧形槽，上端中部竖直方向开有长方形通孔，所述转动件安装在摆动架长方形孔内；所述摆臂为Y型，两臂顶端为圆柱筒，套住转向杆细端，下端为圆柱杆，穿过转动件圆柱孔，中心为圆柱筒，套在尾翼支撑板凸出板内的圆柱销上； 一对薄膜翅膀分别固定在两个所述扑翼摇杆和所述转向杆上。
2.根据权利要求I所述的微型飞行器扑翼及转向装置，其特征在于所述连接板分为左翼连接板和右翼连接板，其中左翼连接板与安装架连接端为U型结构，右翼连接板与安装架连接端为T型结构，连接板外端与扑翼摇杆相连，内端通过圆柱销固定在安装架上部槽内，右翼连接板T型结构位于左翼连接板U型结构内。
3.根据权利要求I所述的微型飞行器扑翼及转向装置，其特征在于所述扑翼摇杆为圆柱形长杆，其中与连接板连接的一端稍细，细端一部分插入对应连接板孔中。
4.根据权利要求I所述的微型飞行器扑翼及转向装置，其特征在于所述连接板中部与连杆相连。
5.根据权利要求I所述的微型飞行器扑翼及转向装置，其特征在于所述尾翼支撑板前端为十字型结构，插入对应安装架一侧十字型槽中。
6.根据权利要求I所述的微型飞行器扑翼及转向装置，其特征在于所述薄膜翅膀为1/4圆形结构，其中一直边固定在扑翼摇杆上，另一直边固定在转向杆上。
全文摘要
本发明公开了一种微型飞行器扑翼及转向装置，包括扑翼摇杆、圆柱销、连接板，驱动电机、连杆、安装架、齿轮、转向杆、尾翼支撑板、转向电机、摆臂、转动件和摆动架。驱动电机带动一级小齿轮转动，一级小齿轮带动双层齿轮转动，双层齿轮带动两侧的二级大齿轮转动，二级大齿轮带动连杆运动，连杆带动左、右翼连接板及扑翼摇杆上下摆动，从而实现翅膀的扑动。转向电机带动摆动架摆动，摆动架内转动件带动摆臂绕圆柱销转动，使两转向杆角度发生偏转，实现飞行器的转向。本发明将扑翼装置及转向装置连接为一个整体，有利于扑翼飞行器的微型化，同时本发明具有结构简单、灵活小巧等特点。
文档编号B64C33/00GK102874409SQ20121042791
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月30日 优先权日2012年10月30日
发明者张志胜, 尹东富, 金晓怡, 史金飞 申请人:东南大学