一种仿蝴蝶翼的仿生扑翼飞行器的制作方法

[0001]
本发明属于飞行器技术领域，具体涉及一种仿蝴蝶翼的仿生扑翼飞行器。


背景技术：

[0002]
自然界中鸟类，昆虫凭借不断的进化过程，演化出了能在空中自由飞行的身体结构。在扑翼飞行器领域，人类通过不断借鉴自然界中的动物的身体结构，研制出了不同形状的扑翼飞行器。微型飞行器未来在民用与军用方面都可以有广泛的应用，在民用领域，可以代替人类进入危险区域如核污染地区去执行任务等，在军用领域，可以进行低空侦察、城市作战等未来作战构想。
[0003]
常见的扑翼飞行器驱动结构由单曲柄双摇杆、双曲柄双摇杆以及曲柄滑块结构，这些结构在效率、复杂度、稳定性上都存在某些不足之处。此外，目前扑翼飞行器一般采用单自由度来进行控制，虽然能够简化结构，但在控制上的稳定性相对较差。在翅翼的选择上，传统的翅翼选择一般为刚性翼，现在越来越多的扑翼飞行器选择了与动物相仿的柔性蝴蝶翼，这使得飞行器的空气动力学性能有所提升。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于针对现在存在的扑翼飞行器结构复杂、自由度不足，提供一种结构新颖、简单、较为稳定的仿蝴蝶翼的仿生扑翼飞行器。
[0005]
本发明由右翼板a、传动机构组件b、左翼板c和仿生尾翼d组成，其中：右翼板a和左翼板c关于机身中轴线a-a对称；右翼板a中右摇杆6的a孔a与传动机构组件b中前机架组件e的右螺栓28中部活动连接；左翼板c中左摇杆5的b孔b与传动机构组件b中前机架组件e的左螺栓26中部活动连接；左翼板c的左摇杆5与传动机构组件b中齿轮传动组件f的传动轴ⅲ30与上横板21上长c孔c滑动连接；右翼板a中右摇杆6的不完全齿组ⅰ15与左翼板c中左摇杆5的不完全齿组ⅱ20啮合；仿生尾翼d中小翼58固接于传动机构组件b中小翼板组件g的支撑板ⅰ40后端；仿生尾翼d中舵机62固接于传动机构组件b中下机架ⅰ24后部；仿生尾翼d中支撑板ⅱ60上端固接于传动机构组件b中下机架ⅰ24后端。
[0006]
所述的右翼板a和左翼板c关于机身中轴线a-a对称，其中：右翼板a由右薄膜1、右骨架2和右摇杆6组成，其中右骨架2由前杆ⅰ7、纵杆ⅰ8、后杆ⅰ9和横杆ⅰ10组成，前杆ⅰ7经纵杆ⅰ8与后杆ⅰ9固接呈a形骨架ⅰ，横杆ⅰ10右端固接于a形骨架ⅰ左端；右摇杆6由不完全齿组ⅰ15、扇形板ⅰ16和横板ⅰ17组成，不完全齿组ⅰ15、扇形板ⅰ16和横板ⅰ17自右至左顺序排列并固接；横板ⅰ17上设有a孔a；右骨架2中横杆ⅰ10左端与右摇杆6中横板ⅰ17右端固接；右薄膜1粘接于右骨架2上面；左翼板c由左骨架3、左薄膜4和左摇杆5组成，其中：左骨架3由横杆ⅱ11、后杆ⅱ12、纵杆ⅱ13和前杆ⅱ14组成，前杆ⅱ14经纵杆ⅱ13与后杆ⅱ12固接呈a形骨架ⅱ，横杆ⅱ11左端固接于a形骨架ⅱ右端；左摇杆5由横板ⅱ18、扇形板ⅱ19、不完全齿组ⅱ20和上横板21组成，其中横板ⅱ18、扇形板ⅱ19、不完全齿组ⅱ20自左至右顺序排列并固接，上横板21固接于横板ⅱ18右端、扇形板ⅱ19上面；横板ⅱ18上设有b孔b，上横板21上设
有长c孔c；左骨架3中横杆ⅱ11右端与左摇杆5中横板ⅱ18左端固接；左薄膜4粘接于左骨架3上面；右薄膜1和左薄膜4的外形为蝴蝶翅膀形。
[0007]
所述的传动机构组件b由右机架22、左机架23、下机架ⅰ24、下机架ⅱ25、前机架组件e、齿轮传动组件f、小翼板组件g和后翼架h组成，其中：右机架22由前竖板ⅰ47、弯板ⅰ48和后横板ⅰ49组成，其中弯板ⅰ48上设有条形j孔j,前竖板ⅰ47底面朝前固接于弯板ⅰ48前端，后横板ⅰ49底面朝下固接于弯板ⅰ48后端；左机架23由后横板ⅱ50、弯板ⅱ51和前竖板ⅱ52组成，其中弯板ⅱ51上设有条形k孔k,前竖板ⅱ52底面朝前固接于弯板ⅱ51前端，后横板ⅱ50底面朝下固接于弯板ⅱ51后端；左支架64上端固接于左机架23中弯板ⅱ51近前端左面；右支架63上端固接于右机架22中弯板ⅰ48近前端右面；下机架ⅱ25由上立板ⅰ53、上立板ⅱ54、上板55、前板56和下板57组成，其中前板56上设有l孔l，上立板ⅱ54上设有m孔m，上立板ⅰ53上设有n孔n，上板55、前板56和下板57顺序按90
°
固接呈u形，上立板ⅰ53固接于上板55上面右端，上立板ⅱ54固接于上板55上面左端。
[0008]
前机架组件e由左螺栓26、前板27、右螺栓28和后板29组成，其中后板29中心线中部设有d孔d,后板29中心线下部设有e孔e，前板27经左螺栓26和右螺栓28固接于后板29上部前面。
[0009]
齿轮传动组件f由传动轴ⅲ30、曲轴板31、传动轴ⅱ32、齿轮ⅳ33、齿轮ⅰ34、电机35、传动轴ⅰ36、齿轮ⅱ37和齿轮ⅲ38组成，其中齿轮ⅰ34固接于电机35的输出轴，传动轴ⅱ32和传动轴ⅰ36上下平行排列，齿轮ⅲ38和齿轮ⅱ37前后排列并固接于传动轴ⅰ36中部，齿轮ⅳ33固接于传动轴ⅱ32后部，曲轴板31内端与传动轴ⅱ32前端固接，传动轴ⅲ30后端与曲轴板31外端固接。
[0010]
小翼板组件g由扇形限位板39、支撑板ⅰ40、顶板41、右竖板ⅰ42和左竖板ⅰ43组成，其中右竖板ⅰ42上设有f孔f，左竖板ⅰ43上设有g孔g，右竖板ⅰ42、顶板41和左竖板ⅰ43顺序按90
°
固接呈u形，扇形限位板39固接于顶板41上面，支撑板ⅰ40经销轴与扇形限位板39前端活动连接。
[0011]
后翼架h由横板44、右竖板ⅱ45和左竖板ⅱ46组成，其中右竖板ⅱ45上设有h孔h，左竖板ⅱ46上设有i孔i，右竖板ⅱ45固接于横板44下面右部，左竖板ⅱ46固接于横板44下面左部。
[0012]
右机架22的前竖板ⅰ47固接于前机架组件e中后板29中部右侧后面。
[0013]
左机架23的前竖板ⅱ52固接于前机架组件e中后板29中部左侧后面。
[0014]
齿轮传动组件f、小翼板组件g和后翼架h自前至后排列，其中：齿轮传动组件f的电机35固接于右机架22中弯板ⅰ48和左机架23中弯板ⅱ51的前部；齿轮传动组件f的传动轴ⅰ36后端与下机架ⅱ25的l孔l活动连接，传动轴ⅰ36前端与前机架组件e的e孔e活动连接，齿轮传动组件f的传动轴ⅱ32中部与前机架组件e的d孔d活动连接。
[0015]
下机架ⅱ25的上立板ⅰ53和上立板ⅱ54经螺栓固接于右机架22中弯板ⅰ48的条形j孔j和左机架23中弯板ⅱ51的条形k孔k前端。
[0016]
小翼板组件g的右竖板ⅰ42和左竖板ⅰ43经螺栓固接于右机架22中弯板ⅰ48的条形j孔j和左机架23中弯板ⅱ51的条形k孔k中部。
[0017]
后翼架h的右竖板ⅱ45和左竖板ⅱ46经螺栓固接于右机架22中弯板ⅰ48的条形j孔j和左机架23中弯板ⅱ51的条形k孔k后部。
[0018]
下机架ⅰ24前端固接于下机架ⅱ25中下板57后端，下机架ⅰ24后端固接于右机架22的后横板ⅰ49和左机架23的后横板ⅱ50上面。
[0019]
所述的仿生尾翼d由小翼58、方向尾翼59、支撑板ⅱ60、舵盘61和舵机62组成，其中舵机62、舵盘61和方向尾翼59自下而上排列并固接，小翼58位于方向尾翼59前面，支撑板ⅱ60位于舵机62后面。
[0020]
本发明确定了扑翼飞行器的整体设计方案，设计出了翅翼结构、驱动-传动结构、尾翼结构，在设计上遵循简单结构的原则，在飞行器执行任务时，可以与高度传感器、温度传感器等元器件相结合，使得飞行更加稳定。
[0021]
本发明的原理和工作过程如下
[0022]
本发明中，电机35带动齿轮ⅰ34转动，齿轮ⅰ34与齿轮ⅱ37啮合，将减速后的动力传递给传动轴ⅰ36，齿轮ⅲ38与齿轮ⅳ33啮合，二级减速后将动力传递给传动轴ⅱ32，传动轴ⅱ32将动力传递给曲轴杆31，曲轴杆31将动力传递给传动轴ⅲ30，传动轴ⅲ30与左摇杆5上中长c孔c滑动连接，从而传动轴ⅲ30带动左摇杆5绕b孔b的中轴线做旋转运动，右摇杆6的不完全齿组ⅰ15与左翼板c中左摇杆5的不完全齿组ⅱ20啮合，将往复运动的力传递给右摇杆6，使右摇杆6做绕a孔a的中轴线上的旋转运动，左右摇杆上粘接的左右骨架以及左右薄膜跟随着左右摇杆做旋转运动，即实现扑翼运动。左右摇杆旋转运动关于中机身轴线a-a对称，保证了飞行的平稳性，此外该机构还具有急回特性，使得在一个扑动周期内，向下扑翼的时间大于向上扑翼的时间，升力大于阻力，飞行器能够在空中飞行。
[0023]
本发明中，尾翼部分的工作原理包括两部分，一是手动调节小翼板组件e控制小翼58，二是仿生尾翼d中舵机62控制方向尾翼59。在小翼板组件e部分，通过手动调节支撑板40位于限位板30上的不同挡位来达到控制的目的，小翼58固接与支撑板40后端，当小翼58拨到相对水平位置时，飞行器飞行时速度较快，但同时相对难控制，当小翼59拨到相对竖直位置时，飞行器飞行时速度较慢，同时相对容易控制；在方向尾翼d部分，舵机62将力传递给舵盘61，舵盘61将力传递给方向尾翼59，舵机d处于工作状态时，能达到控制飞行器向舵机转动相反方向转向的效果。
[0024]
本发明的有益效果在于：
[0025]
本发明受自然界中鸟类与昆虫的飞行运动启发，设计出一种结构简单新颖的扑翼飞行器。在驱动装置上设计对称，使飞行过程中更具稳定性，此外，驱动机构还具有急回特性，模仿了鸟类与蝴蝶在一个扑翼周期中，下扑时间占比较大的飞行原理，使扑翼机飞行时能获得足够的升力。在尾翼结构方面，为了减轻整机质量与简化结构，使用了单舵机控制方向。该扑翼飞行器的翅翼采用柔性翅翼，相比于传统的刚性翅翼，在空气动力学特性上的表现更加优异；形状上采用的是较大翼面积的仿蝴蝶翼，能产生更大的升力。
附图说明
[0026]
图1为仿生扑翼飞行器的结构示意图
[0027]
图2为右翼板a和左翼板b的仰视图
[0028]
图3为右骨架2的示意图
[0029]
图4为左骨架3的示意图
[0030]
图5为右摇杆6的示意图
[0031]
图6为左摇杆5的示意图
[0032]
图7为传动机构b的右视图
[0033]
图8为前机架组件e的轴测图
[0034]
图9为齿轮传动组件f的轴测图
[0035]
图10为小翼板组件g的轴测图
[0036]
图11为后翼架h的轴测图
[0037]
图12为右机架22的轴测图
[0038]
图13为左机架23的轴测图
[0039]
图14为下连接架25的轴测图
[0040]
图15为仿生尾翼d的轴测图
[0041]
图16为右支架63和左支架64的轴测图
[0042]
其中：a.右翼板 b.传动机构组件 c.左翼板 d.仿生尾翼 1.右薄膜 2.右骨架 3.左骨架 4.左薄膜 5.左摇杆 6.右摇杆 7.前杆
ⅰꢀ
8.纵杆
ⅰꢀ
9.后杆
ⅰꢀ
10.横杆
ⅰꢀ
11.横杆
ⅱꢀ
12.后杆
ⅱꢀ
13.纵杆
ⅱꢀ
14.前杆
ⅱꢀ
15.不完全齿组
ⅰꢀ
16.扇形板
ⅰꢀ
17.横板
ⅰꢀ
18.横板
ⅱꢀ
19.扇形板
ⅱꢀ
20.不完全齿组
ⅱꢀ
21.上横板 22.右机架 23.左机架 24.下机架
ⅰꢀ
25.下机架
ⅱꢀ
26.左螺栓 27.前板 28.右螺栓 29.后板 30.传动轴
ⅲꢀ
31.曲轴板 32.传动轴
ⅱꢀ
33.齿轮
ⅳꢀ
34.齿轮
ⅰꢀ
35.电机 36.传动轴
ⅰꢀ
37.齿轮
ⅱꢀ
38.齿轮
ⅲꢀ
39.限位板 40.支撑板
ⅰꢀ
41.顶板 42.右竖板
ⅰꢀ
43.左竖板
ⅰꢀ
44.横板 45.右竖板
ⅱꢀ
46.左竖板
ⅱꢀ
47.前竖板
ⅰꢀ
48.弯板
ⅰꢀ
49.后横板
ⅰꢀ
50.后横板
ⅱꢀ
51.弯板
ⅱꢀ
52.前竖板
ⅱꢀ
53.上立板
ⅰꢀ
54.上立板
ⅱꢀ
55.上板 56.前板 57.下板 58.小翼 59.方向尾翼 60.支撑板
ⅱꢀ
61.舵盘 62.舵 机63.右支架 64.左支架
具体实施方式：
[0043]
下面结合附图对本发明的事实方式做进一步说明。
[0044]
如图1所示，本发明由右翼板a、传动机构组件b、左翼板c和仿生尾翼d组成，其中右翼板a和左翼板c关于机身中轴线a-a对称，结构在左右摇杆处有所不同。
[0045]
右翼板a中右摇杆6的a孔a与传动机构组件b中前机架组件e的右螺栓28中部活动连接；左翼板c中左摇杆5的b孔b与传动机构组件b中前机架组件e的左螺栓26中部活动连接；左翼板c的左摇杆5与传动机构组件b中齿轮传动组件f的传动轴ⅲ30与上横板21上长c孔c滑动连接；右翼板a中右摇杆6的不完全齿组ⅰ15与左翼板c中左摇杆5的不完全齿组ⅱ20啮合；仿生尾翼d中小翼58固接于传动机构组件b中小翼板组件g的支撑板ⅰ40后端；仿生尾翼d中舵机62固接于传动机构组件b中下机架ⅰ24后部；仿生尾翼d中支撑板ⅱ60上端固接于传动机构组件b中下机架ⅰ24后端。
[0046]
如图2至图6所示，所述的右翼板a和左翼板c关于机身中轴线a-a对称，其中，右翼板a由右薄膜1、右骨架2和右摇杆6组成，其中右骨架2由前杆ⅰ7、纵杆ⅰ8、后杆ⅰ9和横杆ⅰ10组成，前杆ⅰ7经纵杆ⅰ8与后杆ⅰ9固接呈a形骨架ⅰ，横杆ⅰ10右端固接于a形骨架ⅰ左端；右摇杆6由不完全齿组ⅰ15、扇形板ⅰ16和横板ⅰ17组成，不完全齿组ⅰ15、扇形板ⅰ16和横板ⅰ17自右至左顺序排列并固接；横板ⅰ17上设有a孔a；右骨架2中横杆ⅰ10左端与右摇杆6中横板ⅰ17右端固接；右薄膜1粘接于右骨架2上面；左翼板c由左骨架3、左薄膜4和左摇杆5组成，其中
左骨架3由横杆ⅱ11、后杆ⅱ12、纵杆ⅱ13和前杆ⅱ14组成，前杆ⅱ14经纵杆ⅱ13与后杆ⅱ12固接呈a形骨架ⅱ，横杆ⅱ11左端固接于a形骨架ⅱ右端；左摇杆5由横板ⅱ18、扇形板ⅱ19、不完全齿组ⅱ20和上横板21组成，其中横板ⅱ18、扇形板ⅱ19、不完全齿组ⅱ20自左至右顺序排列并固接，上横板21固接于横板ⅱ18右端、扇形板ⅱ19上面；横板ⅱ18上设有b孔b，上横板21上设有长c孔c；左骨架3中横杆ⅱ11右端与左摇杆5中横板ⅱ18左端固接；左薄膜4粘接于左骨架3上面；右薄膜1和左薄膜4的外形为蝴蝶翅膀形。
[0047]
如图7至图14以及图16所示，传动机构组件b由右机架22、左机架23、下机架ⅰ24、下机架ⅱ25、前机架组件e、齿轮传动组件f、小翼板组件g和后翼架h组成，其中：右机架22由前竖板ⅰ47、弯板ⅰ48和后横板ⅰ49组成，其中弯板ⅰ48上设有条形j孔j,前竖板ⅰ47底面朝前固接于弯板ⅰ48前端，后横板ⅰ49底面朝下固接于弯板ⅰ48后端。
[0048]
左机架23由后横板ⅱ50、弯板ⅱ51和前竖板ⅱ52组成，其中弯板ⅱ51上设有条形k孔k,前竖板ⅱ52底面朝前固接于弯板ⅱ51前端，后横板ⅱ50底面朝下固接于弯板ⅱ51后端。
[0049]
左支架64上端固接于左机架23中弯板ⅱ51近前端左面；右支架63上端固接于右机架22中弯板ⅰ48近前端右面。
[0050]
下机架ⅱ25由上立板ⅰ53、上立板ⅱ54、上板55、前板56和下板57组成，其中前板56上设有l孔l，上立板ⅱ54上设有m孔m，上立板ⅰ53上设有n孔n，上板55、前板56和下板57顺序按900固接呈u形，上立板ⅰ53固接于上板55上面右端，上立板ⅱ54固接于上板55上面左端。
[0051]
前机架组件e由左螺栓26、前板27、右螺栓28和后板29组成，其中后板29中心线中部设有d孔d,后板29中心线下部设有e孔e，前板27经左螺栓26和右螺栓28固接于后板29上部前面。
[0052]
齿轮传动组件f由传动轴ⅲ30、曲轴板31、传动轴ⅱ32、齿轮ⅳ33、齿轮ⅰ34、电机35、传动轴ⅰ36、齿轮ⅱ37和齿轮ⅲ38组成，齿轮ⅰ34固接于电机35的输出轴，传动轴ⅱ32和传动轴ⅰ36上下平行排列，齿轮ⅲ38和齿轮ⅱ37前后排列并固接于传动轴ⅰ36中部，齿轮ⅳ33固接于传动轴ⅱ32后部，曲轴板31内端与传动轴ⅱ32前端固接，传动轴ⅲ30后端与曲轴板31外端固接。
[0053]
小翼板组件g由扇形限位板39、支撑板ⅰ40、顶板41、右竖板ⅰ42和左竖板ⅰ43组成，其中右竖板ⅰ42上设有f孔f，左竖板ⅰ43上设有g孔g，右竖板ⅰ42、顶板41和左竖板ⅰ43顺序按900固接呈u形，扇形限位板39固接于顶板41上面，支撑板ⅰ40经销轴与扇形限位板39前端活动连接。
[0054]
后翼架h由横板44、右竖板ⅱ45和左竖板ⅱ46组成，其中右竖板ⅱ45上设有h孔h，左竖板ⅱ46上设有i孔i，右竖板ⅱ45固接于横板44下面右部，左竖板ⅱ46固接于横板44下面左部。
[0055]
右机架22的前竖板ⅰ47固接于前机架组件e中后板29中部右侧后面；左机架23的前竖板ⅱ52固接于前机架组件e中后板29中部左侧后面。
[0056]
齿轮传动组件f、小翼板组件g和后翼架h自前至后排列，其中齿轮传动组件f的电机35固接于右机架22中弯板ⅰ48和左机架23中弯板ⅱ51的前部；齿轮传动组件f的传动轴ⅰ36后端与下机架ⅱ25的l孔l活动连接，传动轴ⅰ36前端与前机架组件e的e孔e活动连接，齿轮传动组件f的传动轴ⅱ32中部与前机架组件e的d孔d活动连接。
[0057]
下机架ⅱ25的上立板ⅰ53和上立板ⅱ54经螺栓固接于右机架22中弯板ⅰ48的条形j孔j和左机架23中弯板ⅱ51的条形k孔k前端。
[0058]
小翼板组件g的右竖板ⅰ42和左竖板ⅰ43经螺栓固接于右机架22中弯板ⅰ48的条形j孔j和左机架23中弯板ⅱ51的条形k孔k中部。
[0059]
后翼架h的右竖板ⅱ45和左竖板ⅱ46经螺栓固接于右机架22中弯板ⅰ48的条形j孔j和左机架23中弯板ⅱ51的条形k孔k后部。
[0060]
下机架ⅰ24前端固接于下机架ⅱ25中下板57后端，下机架ⅰ24后端固接于右机架22的后横板ⅰ49和左机架23的后横板ⅱ50上面。
[0061]
如图15所示，所述的仿生尾翼d由小翼58、方向尾翼59、支撑板ⅱ60、舵盘61和舵机62组成，其中舵机62、舵盘61和方向尾翼59自下而上排列并固接，小翼58位于方向尾翼59前面，支撑板ⅱ60位于舵机62后面。

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