一种对称式微型飞行器结构的制作方法

本实用新型涉及微型飞行器技术领域，更为具体来说，本实用新型为一种对称式微型飞行器结构。

背景技术：

上世纪九十年代以来，随着传统飞行器设计技术的不断成熟和微电子技术的大幅进步，微型飞行器被提出，并得到快速发展。微型飞行器具有体积小、重量轻、机动性强等特征，在国家安全和国民经济建设方面具有广泛的应用前景，未来可应用于狭小空间、危险条件下的执行侦察、探测等救援辅助任务等。

但是，现有的微型飞行器往往是基于传统飞行器进行设计，基本停留在单方向飞行的研制阶段，常规微型飞行器往往存在飞行稳定性差、集成化程度低、体积大、重量大、机动性差等缺点。

因此，如何能够有效地提高微型飞行器的飞行稳定性、集成化程度及机动性，并有效地降低微型飞行器的体积和重量，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题和始终研究的重点。

技术实现要素：

为解决现有微型飞行器存在稳定性差、机动性差、体积大、重量大、集成化程度较低等问题，本实用新型创新地提供了一种对称式微型飞行器结构，不仅通过对称结构设计提高飞行稳定性和集成度，而且本实用新型还能实现俯仰、偏航、滚转三个方向机动飞行，从而有利于提高扑翼微型飞行器的运动稳定性和灵活性。

为实现上述技术目的，本实用新型公开了一种对称式微型飞行器结构，所述微型飞行器结构包括机架、左电机、右电机、左齿轮减速机构、右齿轮减速机构、左连杆、右连杆、左摇臂、右摇臂、左拍动翼及右拍动翼；对称设置的左电机和右电机均固定于机架上，左电机的输出轴与左齿轮减速机构的动力输入端固定连接，右电机的输出轴与右齿轮减速机构的动力输入端固定连接；左齿轮减速机构的动力输出端与左连杆的一端铰接，左连杆的另一端与左摇臂的一端铰接，左摇臂的另一端与机架铰接，左摇臂与左拍动翼固定连接；右齿轮减速机构的动力输出端与右连杆的一端铰接，右连杆的另一端与右摇臂的一端铰接，右摇臂的另一端与机架铰接，右摇臂与右拍动翼固定连接；所述左齿轮减速机构与所述右齿轮减速机构对称设置，所述左连杆与所述右连杆对称设置，所述左摇臂与所述右摇臂对称设置，所述左拍动翼与所述右拍动翼对称设置。

基于上述的技术方案，本实用新型提供的扑翼微型飞行器结构呈对称分布，能够有效提高飞行稳定性；本实用新型采用的连杆结构，能将电机的旋转运动转化为拍动运动，具有易实现复杂运动规律和复杂轨迹设计等优点，且应用本实用新型的微型飞行器还具有运动精度高、制造简单等突出优点；与现有微型飞行器相比，本实用新型还能够有效减小飞行器的尺寸和重量。

进一步地，该微型飞行器结构还包括左舵机、右舵机、第一左舵机臂、第一右舵机臂、第二左舵机臂、第二右舵机臂，左舵机和右舵机均固定于机架上；左舵机的输出轴与第一左舵机臂的一端固定连接，第一左舵机臂的另一端与第二左舵机臂的一端铰接，第二左舵机臂的另一端与左传动杆的一端铰接，左传动杆的另一端与左摆臂的另一端铰接，左传动杆穿过机架上的左条形通孔，且左条形通孔的宽度大于左传动杆的直径，左摇臂的另一端通过左传动杆与机架铰接；右舵机的输出轴与第一右舵机臂的一端固定连接，第一右舵机臂的另一端与第二右舵机臂的一端铰接，第二右舵机臂的另一端与右传动杆的一端铰接，右传动杆的另一端与右摆臂的另一端铰接，右传动杆穿过机架上的右条形通孔，且右条形通孔的宽度大于右传动杆的直径，右摇臂的另一端通过右传动杆与机架铰接；所述左舵机与所述右舵机对称设置，所述第一左舵机臂与所述第一右舵机臂对称设置，所述第二左舵机臂与所述第二右舵机臂对称设置，所述左条形通孔与所述右条形通孔对称设置。

基于上述改进的技术方案，本实用新型能够调节舵机摇臂位置和两侧电机转速，以改变扑翼拍动角的角平分线位置，从而产生机动飞行所需的气动力矩，进而能提供多个方向机动飞行时所需要的控制力和控制力矩，在保证飞行器结构尺寸和重量尽可能小的前提下，保证扑翼飞行具有较高的稳定性和灵活性。

进一步地，所述左条形通孔具有用于左传动杆停留的第一上停留位置、第一中停留位置及第一下停留位置，所述第一上停留位置、所述第一中停留位置及所述第一下停留位置自上而下依次设置；所述右条形通孔具有用于右传动杆停留的第二上停留位置、第二中停留位置及第二下停留位置，所述第二上停留位置、所述第二中停留位置及所述第二下停留位置自上而下依次设置。

基于上述改进的技术方案，本实用新型能准确提供俯仰、偏航、滚转三个方向机动飞行时所需要的控制力和控制力矩，在保证飞行器结构尺寸和重量尽可能小的前提下，保证扑翼飞行具有较高的稳定性和灵活性。

进一步地，所述左齿轮减速机构包括第一左齿轮、第二左齿轮、第三左齿轮及第四左齿轮，第一左齿轮的轴孔作为左齿轮减速机构的动力输入端，左电机的输出轴插入第一左齿轮的轴孔中、与第一左齿轮固定连接，第一左齿轮与第二左齿轮啮合连接，第二左齿轮与第三左齿轮固定连接，第三左齿轮与第四左齿轮啮合连接，第四左齿轮上开有作为左齿轮减速机构的动力输出端的左偏心孔，第四左齿轮通过左偏心孔与左连杆的一端铰接；所述右齿轮减速机构包括第一右齿轮、第二右齿轮、第三右齿轮及第四右齿轮，第一右齿轮的轴孔作为右齿轮减速机构的动力输入端，右电机的输出轴插入第一右齿轮的轴孔中、与第一右齿轮固定连接，第一右齿轮与第二右齿轮啮合连接，第二右齿轮与第三右齿轮固定连接，第三右齿轮与第四右齿轮啮合连接，第四右齿轮上开有作为右齿轮减速机构的动力输出端的右偏心孔，第四右齿轮通过右偏心孔与右连杆的一端铰接；所述第一左齿轮与所述第一右齿轮对称设置，所述第二左齿轮与所述第二右齿轮对称设置，所述第三左齿轮与所述第三右齿轮对称设置，所述第四左齿轮与所述第四右齿轮对称设置，所述左偏心孔与所述右偏心孔对称设置。

进一步地，所述第二左齿轮与所述第三左齿轮同轴心设置，所述第二右齿轮与所述第三右齿轮同轴心设置。

进一步地，所述机架包括一体成型的承载板、第一电机容纳部、第二电机容纳部、第一舵机容纳部及第二舵机容纳部，承载板为镜面对称结构，第一电机容纳部与第二电机容纳部对称设置，第一舵机容纳部与第二舵机容纳部对称设置；所述左电机固定于第一电机容纳部的容纳腔中，所述右电机固定于第二电机容纳部的容纳腔中，所述左舵机固定于第一舵机容纳部的容纳腔中，所述右舵机固定于第二舵机容纳部的容纳腔中。

进一步地，所述第一电机容纳部与所述第一舵机容纳部之间通过第一肋板连接，所述第二电机容纳部与所述第二舵机容纳部之间通过第二肋板连接。

进一步地，所述承载板上开有用于安装第二左齿轮和第三左齿轮的安装孔、用于安装第四左齿轮的安装孔、用于安装第二右齿轮和第三右齿轮的安装孔及用于安装第四右齿轮的安装孔。

进一步地，所述左拍动翼包括左主梁、左辅梁及左翼膜，左主梁的一端与左辅梁的一端固定连接，左主梁与左辅梁形成的扇形区域内设置有所述左翼膜，左主梁、左辅梁均与所述左翼膜固定连接，左主梁与左辅梁的连接端向外延伸出左梁根部，所述左梁根部与所述左摇臂固定连接；所述右拍动翼包括右主梁、右辅梁及右翼膜，右主梁的一端与右辅梁的一端固定连接，右主梁与右辅梁形成的扇形区域内设置有所述右翼膜，右主梁、右辅梁均与所述右翼膜固定连接，右主梁与右辅梁的连接端向外延伸出右梁根部，所述右梁根部与所述右摇臂固定连接。

进一步地，所述左梁根部插入左摇臂的固定孔中，所述右梁根部插入右摇臂的固定孔中。

本实用新型的有益效果为：通过对称式结构设计，本实用新型能够有效提高飞行器飞行时的稳定性；通过舵机对传动杆位置(摆臂位置)的调节，本实用新型能够使飞行器在多个方向机动飞行；因此，本实用新型能够有效地兼顾飞行器飞行时的稳定性、灵活性及机动性，从而使微型飞行器具有更广泛的应用场景，适合大面积推广应用。

附图说明

图1为对称式微型飞行器结构一侧的结构示意图。

图2为对称式微型飞行器结构另一侧的结构示意图。

图3为左舵机、第一左舵机臂及第二左舵机臂的连接结构示意图。

图4为左条形通孔和右条形通孔的结构示意图。

图5为左齿轮减速机构和右齿轮减速机构的结构示意图。

图6为机架的结构示意图。

图7为左拍动翼和右拍动翼的结构示意图。

其中，

1、机架；100、第一上停留位置；101、第一中停留位置；102、第一下停留位置；103、第二上停留位置；104、第二中停留位置；105、第二下停留位置；11、承载板；12、第一电机容纳部；13、第二电机容纳部；14、第一舵机容纳部；15、第二舵机容纳部；16、第一肋板；17、第二肋板；21、左电机；22、右电机；31、左齿轮减速机构；311、第一左齿轮；312、第二左齿轮；313、第三左齿轮；314、第四左齿轮；32、右齿轮减速机构；321、第一右齿轮；322、第二右齿轮；323、第三右齿轮；324、第四右齿轮；41、左连杆；42、右连杆；51、左摇臂；52、右摇臂；61、左拍动翼；611、左主梁；612、左辅梁；613、左翼膜；62、右拍动翼；621、右主梁；622、右辅梁；623、右翼膜；71、左舵机；72、右舵机；81、第一左舵机臂；82、第一右舵机臂；91、第二左舵机臂；92、第二右舵机臂。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型所涉及的对称式微型飞行器结构进行详细的解释和说明。

如图1至7所示，本实施例公开了一种能实现三方向机动飞行的扑翼微型飞行器结构，整体结构对称分布，是一种对称式微型飞行器结构，能提高飞行时的稳定性，其包括一个机架、两个齿轮减速机构、两个连杆、两个摇臂、两个拍动翼、两个电机、两个舵机以及两对舵机臂，具体说明如下。

如图1所示，本实施例具体公开了一种对称式微型飞行器结构，且该微型飞行器结构包括机架1、左电机21、右电机22、左齿轮减速机构31、右齿轮减速机构32、左连杆41、右连杆42、左摇臂51、右摇臂52、左拍动翼61及右拍动翼62；对称设置的左电机21和右电机22均固定于机架1上，左电机21的输出轴与左齿轮减速机构31的动力输入端固定连接，右电机22的输出轴与右齿轮减速机构32的动力输入端固定连接；左齿轮减速机构31的动力输出端与左连杆41的一端铰接，左连杆41的另一端与左摇臂51的一端铰接，左摇臂51的另一端与机架1铰接，左摇臂51与左拍动翼61固定连接，本实施例中，左拍动翼61与左摇臂51的一端固定连接；右齿轮减速机构32的动力输出端与右连杆42的一端铰接，右连杆42的另一端与右摇臂52的一端铰接，右摇臂52的另一端与机架1铰接，右摇臂52与右拍动翼62固定连接，本实施例中，右拍动翼62与右摇臂52的一端固定连接。其中，左齿轮减速机构31与右齿轮减速机构32对称设置，左连杆41与右连杆42对称设置，左摇臂51与右摇臂52对称设置，左拍动翼61与右拍动翼62对称设置，左拍动翼61与右拍动翼62用于提供飞行所需的气动力和气动力矩；本实施例中，左齿轮减速机构31、右齿轮减速机构32的减速比可以均为8。

如图2、3所示，该微型飞行器结构还包括左舵机71、右舵机72、第一左舵机臂81、第一右舵机臂82、第二左舵机臂91、第二右舵机臂92，对称设置的左舵机71和右舵机72均固定于机架1上；左舵机71的输出轴与第一左舵机臂81的一端固定连接，第一左舵机臂81的另一端与第二左舵机臂91的一端铰接，第二左舵机臂91的另一端与左传动杆的一端铰接，左传动杆的另一端与左摆臂的另一端铰接，左传动杆穿过机架1上的左条形通孔，且左条形通孔的宽度大于左传动杆的直径，使左传动杆能被上下调节，左摇臂51的另一端通过左传动杆与机架1铰接；右舵机72的输出轴与第一右舵机臂82的一端固定连接，第一右舵机臂82的另一端与第二右舵机臂92的一端铰接，第二右舵机臂92的另一端与右传动杆的一端铰接，右传动杆的另一端与右摆臂的另一端铰接，右传动杆穿过机架1上的右条形通孔，且右条形通孔的宽度大于右传动杆的直径，使右传动杆能被上下调节，右摇臂52的另一端通过右传动杆与机架1铰接；左舵机71与右舵机72对称设置，第一左舵机臂81与第一右舵机臂82对称设置，第二左舵机臂91与第二右舵机臂92对称设置，左条形通孔与右条形通孔对称设置。

如图2、4所示，左条形通孔和右条形通孔可以理解为用于容纳处于不同位置的传动杆的“滑槽”，左条形通孔具有用于左传动杆停留的第一上停留位置100、第一中停留位置101及第一下停留位置102，第一上停留位置100、第一中停留位置101及第一下停留位置102自上而下依次设置；右条形通孔具有用于右传动杆停留的第二上停留位置103、第二中停留位置104及第二下停留位置105，第二上停留位置103、第二中停留位置104及第二下停留位置105自上而下依次设置。

如图1、5所示，左齿轮减速机构31包括第一左齿轮311、第二左齿轮312、第三左齿轮313及第四左齿轮314，第一左齿轮311的轴孔作为左齿轮减速机构31的动力输入端，左电机21的输出轴插入第一左齿轮311的轴孔中、与第一左齿轮311固定连接，第一左齿轮311与第二左齿轮312啮合连接，第二左齿轮312与第三左齿轮313固定连接，第三左齿轮313与第四左齿轮314啮合连接，第四左齿轮314上开有作为左齿轮减速机构31的动力输出端的左偏心孔，第四左齿轮314通过左偏心孔与左连杆41的一端铰接；本实施例中，左偏心孔距离第四左齿轮轴心距离为6cm，用于连接左连杆、作为四连杆机构的曲柄。

如图1、5所示，右齿轮减速机构32包括第一右齿轮321、第二右齿轮322、第三右齿轮323及第四右齿轮324，第一右齿轮321的轴孔作为右齿轮减速机构32的动力输入端，右电机22的输出轴插入第一右齿轮321的轴孔中、与第一右齿轮321固定连接，第一右齿轮321与第二右齿轮322啮合连接，第二右齿轮322与第三右齿轮323固定连接，第三右齿轮323与第四右齿轮324啮合连接，第四右齿轮324上开有作为右齿轮减速机构32的动力输出端的右偏心孔，第四右齿轮324通过右偏心孔与右连杆42的一端铰接，本实施例中，右偏心孔距离第四右齿轮轴心距离为6cm，用于连接右连杆、作为四连杆机构的曲柄

本实施例中，第一左齿轮311与第一右齿轮321对称设置，第二左齿轮312与第二右齿轮322对称设置，第三左齿轮313与第三右齿轮323对称设置，第四左齿轮314与第四右齿轮324对称设置，左偏心孔与右偏心孔对称设置。本实施例中，第二左齿轮312与第三左齿轮313同轴心设置，第二右齿轮322与第三右齿轮323同轴心设置。

如图2、6所示，机架1整体成型、左右对称，电机和舵机可安装在机架1下面，齿轮减速机构、连杆、摇臂、机架组成四连杆机构(即拍动机构)，该机架1包括一体成型的承载板11、第一电机容纳部12、第二电机容纳部13、第一舵机容纳部14及第二舵机容纳部15，承载板11为镜面对称结构，第一电机容纳部12与第二电机容纳部13对称设置，第一舵机容纳部14与第二舵机容纳部15对称设置；左电机21固定于第一电机容纳部12的容纳腔中，右电机22固定于第二电机容纳部13的容纳腔中，左舵机71固定于第一舵机容纳部14的容纳腔中，右舵机72固定于第二舵机容纳部15的容纳腔中。本实施例中，第一电机容纳部12与第一舵机容纳部14之间通过第一肋板16连接，第二电机容纳部13与第二舵机容纳部15之间通过第二肋板17连接，以增强微型飞行器整体强度，其中，承载板11上开有用于安装第二左齿轮312和第三左齿轮313的安装孔、用于安装第四左齿轮314的安装孔、用于安装第二右齿轮322和第三右齿轮323的安装孔及用于安装第四右齿轮324的安装孔(各安装孔在图中未标注)。

如图1、2、7所示，左拍动翼61包括左主梁611、左辅梁612及左翼膜613，左主梁611的一端与左辅梁612的一端固定连接，左主梁611与左辅梁612形成的扇形区域内设置有左翼膜613，左主梁611、左辅梁612均与左翼膜613固定连接，左主梁611与左辅梁612的连接端向外延伸出左梁根部，左梁根部与左摇臂51固定连接；右拍动翼62包括右主梁621、右辅梁622及右翼膜623，右主梁621的一端与右辅梁622的一端固定连接，右主梁621与右辅梁622形成的扇形区域内设置有右翼膜623，右主梁621、右辅梁622均与右翼膜623固定连接，右主梁621与右辅梁622的连接端向外延伸出右梁根部，右梁根部与右摇臂52固定连接。本实施例中，左梁根部插入左摇臂51的固定孔中，该固定孔可为左摇臂51的中心孔中，右梁根部插入右摇臂52的固定孔中，该固定孔可为右摇臂52的中心孔。

使用本实用新型的微型飞行器，可按照如下方式进行工作：

(1)当左传动杆停留于第一中停留位置(滑槽中部)、右传动杆停留于第二中停留位置(滑槽中部)，且左电机、右电机转速一致，那么两侧拍动翼的拍动角平分线均处于水平位置，此时两侧拍动翼产生升力一样，扑翼微型飞行器垂直上升。

(2)当左传动杆停留于第一中停留位置(滑槽中部)、右传动杆停留于第二中停留位置(滑槽中部)，但左电机、右电机转速并不一致，此时两侧拍动翼产生升力不一致，产生绕飞行器纵向轴的偏转力矩，实现滚转机动飞行。

(3)当左传动杆停留于第一上停留位置且右传动杆停留于第二上停留位置(或者左传动杆停留于第一下停留位置且右传动杆停留于第二下停留位置)，且左电机、右电机转速一样，此时两侧拍动翼拍动角平分线均偏离水平线向下(或向上)，产生绕飞行器横向轴的偏转力矩，实现俯仰机动飞行。

(3)当左传动杆停留于第一上停留位置且右传动杆停留于第二下停留位置(或者左传动杆停留于第一下停留位置且右传动杆停留于第二上停留位置)，且左电机、右电机转速一致，此时两侧拍动翼拍动角平分线分别偏离水平线向下和向上，产生绕飞行器航向轴的偏转力矩，实现偏航机动飞行。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

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，凡在本实用新型实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。