一种太阳能扑翼仿生飞行器的制作方法

本实用新型属于飞行器技术领域，具体涉及一种太阳能扑翼仿生飞行器。

背景技术：

扑翼飞行器是模仿鸟或昆虫拍翅的运动形式而设计的，它具有垂直起降、悬停、各向运动等功能。它不仅质量轻、成本低，更重要的是结构精简并且效率高。因此，扑翼飞行器在国防和民用领域的应用远景都将非常辽阔，同时其在执行狭小空间或复杂地形条件下的任务时具有其它飞行器无法比拟的优势。

太阳能是自然界中普遍存在而简便易得的一种能源，同时具有清洁环保、可再生等优势。太阳能的一个重要利用形式是太阳能光伏发电站，主要倚靠太阳能电池组串并联形成组件，将吸收的太阳能转化为电能加以利用。

目前占据主流的太阳能电池种类主要有三种，即单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池，以及非晶硅太阳能电池。近年来，作为第二代太阳能电池，薄膜太阳能电池的生产研制和应用技术均发展迅速。薄膜太阳能电池中的非晶硅薄膜太阳能电池更是具有原材料用料少、制造过程能耗低、能量偿还周期短等优势，并且非晶硅薄膜太阳能电池板目前已经能够达到很轻的体量，新兴的有机薄膜太阳能电池以及染料敏化技术等使生产成本进一步降低，产品具有了更好的柔韧性，可以很好地贴合扑翼飞行器的机翼形状，若能够在微型扑翼飞行器上加以应用，将极大地提升其飞行性能。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种结构新颖、传动机构简单可靠、能源可再生的太阳能扑翼仿生飞行器。

本实用新型受鸟类飞行的启发，提出一种仿生的太阳能扑翼飞行器。这种扑翼飞行器具有新型的驱动-传动装置机构，结构新颖、传动机构简单可靠；且在飞行时通过翼板和尾翼的仿生结构，获得飞行的足够升力，满足微型飞行器的飞行需求。同时该微型飞行器还具有柔性太阳能薄膜电池板贴合的扑翼，可以在微型飞行器飞行时，利用太阳能转化成电能，实现能量补偿，使飞行高效、可持续，对于提高扑翼微型飞行器的机动性和续航能力具有重要意义。

本实用新型由太阳能薄膜右翼板a、驱动-传动装置b、太阳能薄膜左翼板c和仿生尾翼d组成，其中：所述的太阳能薄膜右翼板a和太阳能薄膜左翼板c为关于机身a-a中轴线的对称结构；太阳能薄膜右翼板a中右连杆2的a孔a与驱动-传动装置b中限位杆对a15上的i孔i和摇臂a12上的n孔n活动连接；右连杆2的b孔b经螺栓与摇臂对a12上的m孔m固接。

太阳能薄膜左翼板c中左连杆3的a1孔a1与驱动-传动装置b中限位杆对b36上的i1孔i1和摇臂对b35上的n1孔n1活动连接；左连杆3的b1孔b1经螺栓与摇臂对b35上的m1孔m1固接；仿生尾翼d铰接于机身1的后端。

仿生尾翼d中机身1的q槽q、r槽r、s槽s经o孔o与驱动-传动装置b的固定架20固接。

驱动-传动装置b的太阳能充电控制器32和蓄电池33与侧机架18固接；太阳能充电控制器32与太阳能薄膜右翼板a和太阳能薄膜左翼板c的太阳能电池板4电路连接，蓄电池33一端连接太阳能充电控制器32，蓄电池33另一端连接驱动-传动装置b的无刷电机7。

所述的太阳能薄膜右翼板a与太阳能薄膜左翼板c为关于机身a-a中轴线的对称结构，其结构相同，方向相反，均由太阳能电池板4、翼板5、骨架6组成，其中骨架6上设有p孔p；太阳能薄膜右翼板a上还设有右连杆2，右连杆2左端设有a孔a和b孔b；太阳能薄膜左翼板c上还设有左连杆3，左连杆3右端设有a1孔a1和b1孔b1；太阳能薄膜左翼板c的骨架6经p孔p与左连杆3固接，翼板5由骨架6支撑；太阳能电池板4粘接于翼板5上面；太阳能薄膜右翼板a的骨架经p孔与右连杆2固接，翼板由骨架支撑；太阳能电池板粘接于翼板上面。

所述的驱动-传动装置b由无刷电机7、右机架8、一级小齿轮9、一级大齿轮10、二级小齿轮a11、摇臂对a12、轭a13、驱动杆对a14、限位杆对a15、二级大齿轮a16、螺栓组a17、侧机架18、二级小齿轮b19、固定架20、左机架21、一级轴22、二级轴23、二级大齿轮b24、轭b34、摇臂对b35、限位杆对b36、驱动杆b37和螺栓组b38组成，其中：右机架8与左机架21为关于机身a-a中轴线的对称结构；右机架8上设有c孔c、d孔d、e孔e、f孔f、g孔g和h孔h；左机架21上设有c1孔c1、d1孔d1、e1孔e1、f1孔f1、g1孔g1和h1孔h1；限位杆对a15上设有i孔i；摇臂对a12上设有j孔j、k孔k、m孔m和n孔n；限位杆对b36上设有i1孔i1；摇臂对b35上设有j1孔j1、k1孔k1、m1孔m1和n1孔n1；固定架20上设有o孔o；右机架8与左机架21平行排列，并经侧机架18固接；无刷电机7经c孔c、d孔d、e孔e、f孔f与右机架8螺栓固接；无刷电机7经c1孔c1、d1孔d1、e1孔e1、f1孔f1与左机架21螺栓固接；一级小齿轮9固接于无刷电机7输出端；一级轴22与二级轴23平行排布；一级轴22上自右至左依次固接二级小齿轮a11、一级大齿轮10和二级小齿轮b19，且一级轴22两端活动连接于右机架8的g孔g和左机架21的g1孔g1上；二级轴23上前后固定安装着二级大齿轮a16和二级大齿轮b24，且二级轴23两端活动连接于右机架8的h孔h和左机架21的h1孔h1上；一级小齿轮9与一级大齿轮10啮合；二级小齿轮a11与二级大齿轮a16啮合；二级小齿轮b19与二级大齿轮b24啮合。

限位杆对a15固接于右机架8右侧；摇臂对a12上的n孔n经销轴与连杆1的a孔a、限位杆对a15的i孔i活动连接；摇臂对a12上的j孔j、k孔k经螺栓组a17与轭a13两端固接；驱动杆a14与二级大齿轮a16齿面固接；轭a13的长孔宽度大于驱动杆a14直径。

限位杆对b36固接于左机架21左侧；摇臂对b35上的n1孔n1经销轴与连杆1的a1孔a1、限位杆对b36的i1孔i1活动连接；摇臂对b35上的j1孔j1、k1孔k1经螺栓组b38与轭b34两端固接；驱动杆b37与二级大齿轮a16齿面固接；轭b34的长孔宽度大于驱动杆b37直径；固定架20底端与侧机架18固接。

所述的仿生尾翼d由机身1、挡圈25、舵机26、万向节27、水平尾翼28、垂直尾翼29、固定板30和铰接绳对31组成，其中：机身3上设有q槽q、r槽r、s槽s、t槽t和u槽u；机身1后端与万向节27前面固接；万向节27与固定板30中心铰接。

铰接绳对31由左右两根铰接绳组成，两根铰接绳的后端分别与固定板30左右两侧固接；两根铰接绳的前端分别与舵机26左右两侧固接。

舵机26经挡圈25固定在机身1的t槽t和u槽u；水平尾翼28和垂直尾翼29前端固接于固定板30后面。

本实用新型的原理和工作过程如下：

本实用新型中，无刷电机7带动一级小齿轮9转动，通过一级小齿轮9与一级大齿轮10的啮合，一级大齿轮10、二级小齿轮a11、二级小齿轮b19的轴心固定铰接，二级小齿轮a11与二级大齿轮a16啮合，二级小齿轮b19与二级大齿轮b24啮合，从而驱动二级大齿轮a16、二级大齿轮b24以相同的转速旋转，二级大齿轮a16、二级大齿轮b24的旋转带动各自齿轮上的驱动杆a14和驱动杆b37围绕齿轮中心旋转，同时驱动杆a14在轭a13的长孔内滑动，从而带动轭a13实现上下运动，因此实现摇臂对a12各自围绕摇臂对a12与限位杆对a15铰接中心转动，最终带动右连杆2与太阳能薄膜右翼板a、左连杆3与太阳能薄膜左翼板c上下扑动。

本实用新型的扑翼翼板是由翼板5、太阳能电池板4、无刷电机7、太阳能充电控制器32和蓄电池33组成；翼板5上铺设的数块非晶硅薄膜太阳能电池板4吸收太阳能，通过太阳能充电控制器32对蓄电池33进行保护，使得电池板由太阳能转化的电能平稳储蓄在蓄电池中，蓄电池33中存储电能，通过的电机连接，为无刷电机7提供能量源源不断的补充，实现能源的可持续和高效率。

扑翼飞行器仿生尾翼d采用球铰副万向节27将仿生尾翼d与机身3连接实现万向运动，再由舵机26牵引铰接绳31分别驱动转动，去带动固定板30摆动以实现水平尾翼28和垂直尾翼29的上下、左右四个方向的转动。通过控制舵机26不同转向的配合就可以实现上下、左右转向的目的。若舵机26转向相同，可以实现水平尾翼28和垂直尾翼29的左右转向。若舵机26转向相反，则可以实现水平尾翼28和垂直尾翼29的上下扑打，使得扑翼机爬升或者俯冲。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型受鸟类飞行的启发，提出一种仿生的太阳能扑翼飞行器。这种扑翼飞行器具有新型的驱动-传动装置机构，结构新颖、传动机构简单可靠；且在飞行时通过翼板和尾翼的仿生结构，获得飞行的足够升力，满足微型飞行器的飞行需求。同时该微型飞行器还具有柔性太阳能薄膜电池板贴合的扑翼，可以在微型飞行器飞行时，利用太阳能转化成电能，实现能量补偿，以节省能源、提升飞行能力，使飞行高效、可持续，对于提高扑翼微型飞行器的机动性和续航能力具有重要意义。

本实用新型的扑翼飞行器机架采用abs塑料制造，连杆、摇杆均采用尼龙制造，轴全部采用钛合金制造。质量较轻且满足一定的强度条件。

本实用新型的二级展开式圆柱齿轮减速器两级齿轮配对材料相同，除去轴与轴承外所用材料均为塑料，以便尽可能的减轻总重量，各齿轮齿宽系数相等，使得齿面接触强度大致相等。

本实用新型从仿生学出发，设计仿生扑翼结构，增加飞行升力，减少飞行阻力，降低飞行时的能耗。另外在扑翼飞行器翼板上粘合薄膜太阳能电池板，为飞行器补充能源与动力。

本实用新型采用的太阳能电池板材料采用非晶硅薄膜太阳能电池，质量较轻且可任意弯曲。非晶硅薄膜太阳能电池板具有质量轻便，弱光下也可以发电的特点，弥补了其他太阳能电池板特定光源下放电的短板，然后给电池进行充电，使得飞行器的续航能力有所增强。

附图说明

图1是太阳能扑翼仿生飞行器的整体结构示意图

图2是太阳能薄膜左翼板与右翼板的轴测图

图3是右连杆的零件图

图4是左连杆的零件图

图5是骨架的零件图

图6是摇臂对a的零件图

图7是摇臂对b的零件图

图8是扑翼飞行器的驱动-传动装置结构示意图右视图

图9是驱动-传动装置轴与齿轮的轴测图

图10是机架的轴测图

图11是扑翼飞行器的驱动-传动装置结构示意图左视图

图12是齿轮传动的示意图

图13是右机架的零件图

图14是左机架的零件图

图15是限位杆对a的零件图

图16是限位杆对b的零件图

图17是固定架的零件图

图18是太阳能扑翼仿生飞行器的骨架结构示意图

图19是尾翼装置的轴测图

图20是机身装置的轴测图

图21是太阳能薄膜翼板的原理示意图

其中：a.太阳能薄膜右翼板b.驱动-传动装置c.太阳能薄膜左翼板d.仿生尾翼1.机身2.右连杆3.左连杆4.太阳能电池板5.翼板6.骨架7.无刷电机8.右机架9.一级小齿轮10.一级大齿轮11.二级小齿轮a12.摇臂对a13.轭a14.驱动杆a15.限位杆对a16.二级大齿轮a17.螺栓组a18.侧机架19.二级小齿轮b20.固定架21.左机架22.一级轴23.二级轴24.二级大齿轮b25.挡圈26.舵机27.万向节28.水平尾翼29.垂直尾翼30.固定板31.铰接绳对32.太阳能充电控制器33.蓄电池34.轭b35.摇臂对b36.限位杆对b37.驱动杆b38.螺栓组b

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细的描述：

如图1所示，本实用新型是由太阳能薄膜右翼板a、驱动-传动装置b、太阳能薄膜左翼板c和仿生尾翼d组成，其中：所述的太阳能薄膜右翼板a与太阳能薄膜左翼板c为关于机身a-a中轴线的对称结构；太阳能薄膜右翼板a中右连杆2的a孔a与驱动-传动装置b中限位杆对a15上的i孔i和摇臂a12上的n孔n活动连接；右连杆2的b孔b经螺栓与摇臂对a12上的m孔m固接。

太阳能薄膜左翼板c中左连杆3的a1孔a1与驱动-传动装置b中限位杆对b36上的i1孔i1和摇臂对b35上的n1孔n1活动连接；左连杆3的b1孔b1经螺栓与摇臂对b35上的m1孔m1固接；仿生尾翼d铰接于机身1的后端。

仿生尾翼d中机身1的q槽q、r槽r、s槽s经o孔o与驱动-传动装置b的固定架20固接。

驱动-传动装置b的太阳能充电控制器32和蓄电池33与侧机架18固接；太阳能充电控制器32与太阳能薄膜右翼板a和太阳能薄膜左翼板c的太阳能电池板4电路连接，蓄电池33一端连接太阳能充电控制器32，蓄电池33另一端连接驱动-传动装置b的无刷电机7。

如图2至图5所示，所述的一种太阳能扑翼仿生飞行器，其特征在于：所述的太阳能薄膜右翼板a与太阳能薄膜左翼板c为关于机身a-a中轴线的对称结构，其结构相同，方向相反，均由太阳能电池板4、翼板5、骨架6组成，其中骨架6上设有p孔p；太阳能薄膜右翼板a上还设有右连杆2，右连杆2左端设有a孔a和b孔b；太阳能薄膜左翼板c上还设有左连杆3，左连杆3右端设有a1孔a1和b1孔b1。

太阳能薄膜左翼板c的骨架6经p孔p与左连杆3固接，翼板5由骨架6支撑；太阳能电池板4粘接于翼板5上面；太阳能薄膜右翼板a的骨架经p孔与右连杆2固接，翼板由骨架支撑；太阳能电池板粘接于翼板上面。

如图6至图14所示，所述的驱动-传动装置b由无刷电机7、右机架8、一级小齿轮9、一级大齿轮10、二级小齿轮a11、摇臂对a12、轭a13、驱动杆对a14、限位杆对a15、二级大齿轮a16、螺栓组a17、侧机架18、二级小齿轮b19、固定架20、左机架21、一级轴22、二级轴23、二级大齿轮b24、轭b34、摇臂对b35、限位杆对b36、驱动杆b37和螺栓组b38组成，其中：右机架8与左机架21为关于机身a-a中轴线的对称结构；右机架8上设有c孔c、d孔d、e孔e、f孔f、g孔g和h孔h；左机架21上设有c1孔c1、d1孔d1、e1孔e1、f1孔f1、g1孔g1和h1孔h1；限位杆对a15上设有i孔i；摇臂对a12上设有j孔j、k孔k、m孔m和n孔n；限位杆对b36上设有i1孔i1；摇臂对b35上设有j1孔j1、k1孔k1、m1孔m1和n1孔n1；固定架20上设有o孔o；右机架8与左机架21平行排列，并经侧机架18固接；无刷电机7经c孔c、d孔d、e孔e、f孔f与右机架8螺栓固接；无刷电机7经c1孔c1、d1孔d1、e1孔e1、f1孔f1与左机架21螺栓固接；一级小齿轮9固接于无刷电机7输出端；一级轴22与二级轴23平行排布；一级轴22上自右至左依次固接二级小齿轮a11、一级大齿轮10和二级小齿轮b19，且一级轴22两端活动连接于右机架8的g孔g和左机架21的g1孔g1上；二级轴23上前后固定安装着二级大齿轮a16和二级大齿轮b24，且二级轴23两端活动连接于右机架8的h孔h和左机架21的h1孔h1上；一级小齿轮9与一级大齿轮10啮合；二级小齿轮a11与二级大齿轮a16啮合；二级小齿轮b19与二级大齿轮b24啮合。

限位杆对a15固接于右机架8右侧；摇臂对a12上的n孔n经销轴与连杆1的a孔a、限位杆对a15的i孔i活动连接；摇臂对a12上的j孔j、k孔k经螺栓组a17与轭a13两端固接；驱动杆a14与二级大齿轮a16齿面固接；轭a13的长孔宽度大于驱动杆a14直径。

限位杆对b36固接于左机架21左侧；摇臂对b35上的n1孔n1经销轴与连杆1的a1孔a1、限位杆对b36的i1孔i1活动连接；摇臂对b35上的j1孔j1、k1孔k1经螺栓组b38与轭b34两端固接；驱动杆b37与二级大齿轮a16齿面固接；轭b34的长孔宽度大于驱动杆b37直径；固定架20底端与侧机架18固接。

如图15至图17所示，所述的仿生尾翼d由机身1、挡圈25、舵机26、万向节27、水平尾翼28、垂直尾翼29、固定板30和铰接绳对31组成，其中：机身3上设有q槽q、r槽r、s槽s、t槽t和u槽u；机身1后端与万向节27前面固接；万向节27与固定板30中心铰接。

铰接绳对31由左右两根铰接绳组成，两根铰接绳的后端分别与固定板30左右两侧固接；两根铰接绳的前端分别与舵机26左右两侧固接。

舵机26经挡圈25固定在机身1的t槽t和u槽u；水平尾翼28和垂直尾翼29前端固接于固定板30后面。