一种曲柄连杆滑块弹簧式仿生扑翼装置的制作方法

本实用新型涉及仿生扑翼机器人领域，具体地讲是一种曲柄连杆滑块弹簧式仿生扑翼装置。

背景技术：

鸟类在飞行时通过控制其扑翼上羽毛的张开或收拢进行排风或兜风，即将空气从羽毛张开的排风口中排出，或将扑翼下方的空气兜住，从而减小空气对鸟类飞行的阻力或增大鸟类飞行的浮力，提高其工作效率，进而实现高空、长距离的持续飞行。现有的大部分仿生扑翼仅实现了上、下摆动，并没有充分考虑兜风、排风原理，因此工作效率比较低。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种曲柄连杆滑块弹簧式仿生扑翼装置，其目的是通过控制羽片的张合，克服现有仿生扑翼工作效率低的问题，利于实现仿生扑翼机器人高空、远距离的飞行。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：一种曲柄连杆滑块弹簧式仿生扑翼装置，包括支架、转轴和若干羽片，所述转轴固定插设于支架内侧，所述羽片并排设于支架内侧，且可绕转轴转动，每片羽片下方设有一滑块，滑块与羽片的底部设有一弹簧转动连接。所有滑块之间由一固定杆固定连接；所有滑块均可沿其下方设有的滑轨滑动，滑轨固定在支架上。所述滑轨底部固定连接一电机座，所述电机座上设有一步进电机，并与滑块配合设置。所述步进电机的输出轴上固定连接有一曲柄，所述曲柄与任一滑块通过一连杆联动连接。

进一步地，所述支架为U形支架，所述羽片为与U形支架相适应的弧形片，所述羽片为向上隆起的。弧形的支架、羽片能减小其上方受到的阻力，增大其下方受到的浮力，从而有利于增强仿生扑翼机器人的飞行能力。

进一步地，所述羽片的四侧侧边和支架的内侧边沿上均设有密封条，用以减小羽片闭合时羽片之间、羽片与支架间的间隙，从而增强兜风效果。

进一步地，所述羽片上表面、羽片下表面各设有一风速传感器。所述风速传感器用于监测羽片上、下表面的风速，利用风速数据能够判断扑翼上、下摆动的状态，以便控制步进电机运动。

进一步地，所述转轴为中空轴，以降低扑翼的重量。

进一步地，所述固定架的形状为U形。

进一步地，所述弹簧一端与羽片转动连接，其另一端与滑块转动连接，所述弹簧具有足够的刚度，推动或拉动羽片运动。

进一步地，所述与连杆相连的滑块侧面、曲柄表面均设有棍轴，所述连杆的两端分别与滑块侧面、曲柄表面上的棍轴转动连接。

进一步地，所述电机座的形状为U形。

本实用新型的工作原理及有益效果如下：本实用新型采用兜风、排风原理，在支架上设有羽片，由步进电机提供驱动力，通过曲柄连杆滑块弹簧机构带动羽片转动，实现羽片的张开或收拢，从而减小飞行的阻力，增加飞行的浮力，提高其工作效率，进而利于实现仿生扑翼机器人高空、远距离的飞行。

具体地讲，扑翼从最下端摆动至最上端包括三个部分：第一部分为扑翼从最下端向上摆动时，羽片受弹簧拉力作用向下转动，相邻羽片之间的排风口逐渐增大，扑翼上方的空气从排风口中排出，从而减小扑翼上方的空气阻力；第二部分为当扑翼摆动至水平位置时，羽片受弹簧推力作用向上转动，相邻羽片之间的排风口逐渐减小；第三部分为当扑翼摆动至最上端时，相邻羽片之间无缝隙贴合。当扑翼从最上端向下摆动时，步进电机不转动，保持相邻羽片之间紧闭、贴合的状态，将扑翼下方的空气兜住，从而增加扑翼的空气浮力，以利于实现仿生扑翼机器人的上升。

本实用新型结合风速传感器监测扑翼上表面和下表面的风速变化，判断扑翼上、下摆动的状态，通过步进电机的相应运动，调节羽片打开的角度，以满足飞行要求。本实用新型采用曲柄连杆滑块弹簧机构实现了所有羽片的联动动作，提高了羽片的同步性和稳定性，降低了结构的复杂性，便于加工、装配及控制，尤其适用于大风、强风等恶劣环境中中型、大型仿生扑翼机器人的持续飞行。

附图说明

图1为本实用新型具体实施例整体示意图；

图2为本实用新型具体实施例底部结构图；

图3为本实用新型具体实施例兜风状态图；

图4为本实用新型具体实施例排风状态图。

图中所示：支架1、羽片2、固定架3、弹簧4、滑轨5、滑块6、步进电机7、固定杆8、连杆9、曲柄10、风速传感器11、排风口12、转轴13、密封条14、电机座15。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实施例主要由支架1、羽片2、弹簧4、滑块6、滑轨5、连杆9、曲柄10和步进电机7等零部件组成。羽片2并排平铺设于支架1中，相邻羽片2之间互不重叠，其四侧侧边以及支架1内侧边沿上设有密封条14，用于减小羽片2闭合时羽片2之间、羽片2与支架1之间的间隙，降低扑翼兜风状态下漏风、跑风情况。支架1为U形支架1，羽片2为与U形支架1相适应的弧形片。羽片2的左半侧通过转轴13转动固定于支架1上，羽片2右侧底部与滑块6之间通过弹簧4连接。滑块6设于其下方的滑轨5上，并可在滑轨5上来回滑动，滑轨5通过固定架3固定在支架1上。滑块6之间通过固定杆8连接为一体，最右端的滑块6与步进电机7输出轴之间通过曲柄10、连杆9传动连接。步进电机7安装在电机座15上，电机座15固定在滑轨5底部。曲柄10垂直于步进电机7的输出轴，且固定安装于步进电机7的输出轴上。曲柄10的远离步进电机7的外表面上垂直设有棍轴一，最右端的滑块6与步进电机7输出轴同侧的侧面上垂直设有棍轴二，棍轴一与棍轴二末端位于同一竖直平面上，连杆9位于该竖直平面中，且其两端分别与棍轴一、棍轴二转动连接。羽片2的上表面、下表面各设有一风速传感器11，风速传感器11用于监测羽片2上、下表面的风速变化，其监测数据用于控制步进电机7。

结合图3所示，扑翼在整个下摆过程中，所有羽片2始终相互贴合，弹簧4处于自然状态，滑块6位于弹簧4正下方，整个过程中扑翼上、下表面的空气无法经过扑翼流动，利用扑翼本身的弧形结构将下方的空气兜住，增加其下方受到的空气浮力，从而实现仿生扑翼机器人的上升。结合图4所示，当扑翼下摆至最低端需要再次上摆时，步进电机7带动曲柄10一起转动，然后通过连杆9带动最右端的滑块6向左移动；由于相邻滑块6之间通过固定杆8联动，因此其他滑块6跟随最右端滑块6一同移动；各滑块6向左移动过程中拉动弹簧4，弹簧4受到拉力产生形变，向下拉动羽片2右半侧的侧边使其顺时针转动，相邻羽片2之间出现排风口12，扑翼上表面的空气通过排风口12排出至扑翼下表面，从而减小扑翼上表面的空气阻力；当扑翼摆动至水平位置继续向上摆动时，步进电机7开始反转，连杆9带动滑块6右移，羽片2在弹簧4的推力作用下缓慢闭合；当扑翼摆动至最上端时，步进电机7反转至起始点，羽片2通过曲柄10连杆9滑块6弹簧4机构完全闭合。

本实用新型采用兜风、排风原理，结合风速传感器11监测扑翼的摆动状态，控制步进电机7的转动，通过曲柄10连杆9滑块6弹簧4机构控制羽片2的闭合与张开，调节仿生扑翼上、下表面的受力，提高仿生扑翼的工作效率，从而利于实现仿生扑翼机器人高空、长距离的飞行。本实用新型结构简单、便于加工装配与维修、控制方便、稳定性好，特别适用于大风、强风等恶劣环境下中型或大型仿生扑翼机器人的持续飞行。