一种具备展翅能力的扑翼机构的制作方法

本发明属于飞行器技术领域，具体涉及一种具备展翅能力的扑翼机构。

背景技术：

在飞行机器人的领域，一直以来以螺旋翼为主，因其稳定，占用空间小而广泛得到应用，然而最新的仿生学提出了扑翼的原理，扑翼是自然界中生物所广泛采用的飞行模式。相对于螺旋翼飞行，扑翼飞行具有灵活性好，能耗更低、伪装性强、适应性高等优点。

目前已有的扑翼发明专利有很多，比如中国发明专利cn102897322b就简述了一种二维扑动双翼的飞行机器人。但是目前所有的扑翼飞行器都只注重在扑翼上，在翅膀折叠的方面并没有仿生的理念，导致现有的扑翼机构在静止的时候由于翅膀面积很大，携带并不方便，而且翅膀容易受损。本发明基于昆虫翅膀的结构特点，研发设计了一种既可以扑翼，又能够折叠的机构，在静止的时候，翅膀能够收缩贴合机构背部，便于携带运输与保存。

技术实现要素：

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种具备展翅能力的扑翼机构，解决了当前扑翼飞行器占用空间过大，不方便于携带和长途运输的问题，设计了一种结构简单，携带更加方便的具备展翅能力的可折叠扑翼机构。

本发明的技术方案是：一种具备展翅能力的扑翼机构，其特征在于：包括机体、展翅部分和扑翼部分；所述展翅部分和扑翼部分安装于所述机体上，实现扑翼机构的折叠和仿生扑动；

所述机体包括主板、扑翼中轴和n型外框，所述主板为竖直设置的平板结构，用于支撑整个机构；所述扑翼中轴垂直贯穿所述主板，其两端用于与所述扑翼部分连接；所述n型外框为水平放置的n形板结构，用于安装所述展翅部分；

所述扑翼部分包括扑翼大传动齿轮、扑翼小动力齿轮、无刷电机，球型连杆，凸轮，扑翼翅膀；所述无刷电机安装于主板的一侧，其输出轴穿过立板与所述扑翼小动力齿轮连接；所述扑翼大传动齿轮通过扑翼中轴安装于主板的另一侧，与所述扑翼小动力齿轮啮合；所述扑翼中轴的两端分别安装有一个凸轮，两个所述球型连杆的下端分别与两个凸轮连接，上端分别与两个扑翼翅膀的基部连接；所述扑翼翅膀对称设置于所述主板的两侧上部，包括翅膀和基部，所述翅膀设置于机构的外侧，为仿生翅膀形状，所述基部设置于翅膀的根部，用于与球型连杆的上端连接；通过所述无刷电机依次驱动扑翼小动力齿轮、扑翼大传动齿轮、扑翼中轴和凸轮，然后由凸轮带动球型连杆和扑翼翅膀的基部沿竖直方向运动，进而实现扑翼翅膀的上下扑动；

所述展翅部分包括第一异形齿轮、第二异形齿轮、展翅动力齿轮和步进电机，所述第一异形齿轮、第二异形齿轮和展翅动力齿轮均设置于n型外框的上下板面之间，并相互啮合；所述步进电机通过步进电机槽安装于所述n型外框的后端顶面，其输出轴穿过所述n型外框的上板面与展翅动力齿轮连接；所述第一异形齿轮在其外周面沿径向设置有异形齿轮外臂，所述异形齿轮外臂的端头处与一侧扑翼翅膀的基部铰接；所述第二异形齿轮的结构和传动比均与第一异形齿轮相同，且相对于所述主板对称设置；所述第二异形齿轮厚的度小于所述第一异形齿轮的厚度，其异形齿轮外臂端头处与另一侧扑翼翅膀的基部铰接；通过步进电机依次驱动展翅动力齿轮、第一异形齿轮、第二异形齿轮，然后由第一异形齿轮、第二异形齿轮的异形齿轮外臂带动所述扑翼翅膀的基部沿水平方向运动，进而实现机构的开合与飞行状态翅膀张开形态的维持。

本发明的进一步技术方案是：所述扑翼大传动齿轮、扑翼小动力齿轮的传动比为12:1。

本发明的进一步技术方案是：所述第一异形齿轮的厚度为5mm，第二异形齿轮的厚度为2mm。

本发明的进一步技术方案是：所述第一异形齿轮、第二异形齿轮分别通过轴和轴承安装于所述n型外框的上下板面之间，与所述n型外框为转动连接。

有益效果

本发明的有益效果在于：

(1)本发明展翅机构和扑翼机构由两个电机单独控制，不互相影响；

(2)本发明在扑翼过程中，展翅机构可以一直维持展翅状态，不会影响扑翼；

(3)本发明在的展翅电机采用步进电机，可以正转与反转，完成翅膀的张开与闭合两个过程。

(4)本发明的展翅部分，三个齿轮轴厚度不一致，仅用三个齿轮就可以完成传动工作，提高了齿轮利用效率。

本发明所述的扑翼展翅机构，针对目前市面上所常见的扑翼机构进行改进，加上了独特的展翅设计，设计了一款既能控制翅膀开合又能扑翼飞行的，更加具有仿生效果的飞行机构。

本发明的主要效果为，利用步进电机带动展翅动力齿轮，并传动到另外两个异形齿轮上，两个异形齿轮上端的外臂链接机构的翅膀，从而带动翅膀开合。最终实现本机构在飞行的时候展翅转换为飞行态；在未飞行的时候能够将翅膀收回到身体两侧，转换为待机状态。

本机构所涉及的展翅部分，未飞行的时候，在步进电机的带动下，能够将翅膀收回，转换为待机状态。减小机构占地面积，非常便于机器人的储存与运输，节约占地面积；在准备飞行的时候，步进电机反转，将翅膀展开，并步进电机持续通电以维持翅膀张开状态，机构转换为飞行态。飞行的时候，步进电机保持翅膀张开，此时通过无刷电机带动齿轮，经过大齿轮减速后，带动扑翼中轴转动，两侧凸轮绕轴旋转，带动球杆做圆周运动，球型连杆上端被带动作上下往复运动，翅膀得以扑动起飞。

附图说明

图1是本发明的整体机构图；

图2是机构正视图；

图3是机构右视图；

图4是机构左后视图；

图5是机体展示图；

图6是展翅齿轮组俯视图；

图7是展翅齿轮组侧视图；

图8是扑翼中轴侧视图；

图9是大传动齿轮图；

图10是轴两侧的凸轮；

图11是球型连杆；

图12是翅膀；

图13是机架俯视图；

附图标记说明：1是主板，2是步进电机槽，3是步进电机，4是扑翼翅膀，5是凸轮，6是球型连杆，7是扑翼大传动齿轮，8是第一异形齿轮，9是展翅动力齿轮，10是第二异形齿轮，11是扑翼小动力齿轮，12是无刷电机，13是异形齿轮孔，14是轴上左凸轮固定孔，15是轴上大传动齿轮固定孔，16是轴上右凸轮固定孔，17是主轴孔，18是无刷电机孔，19是大凸轮固定孔，20是电机槽电线口，21是凸轮固定孔，22是展翅部分，23是扑翼部分，24是n型外框，25是扑翼中轴，26凸轮上轴孔，27是上球杆，28是下球杆，29是上连杆孔位，30是扑动轴孔，31轴孔一，32轴孔二，33异形齿轮外臂，34轴孔三。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，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”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发明和简化描述，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发明的限制。

实施例：本发明是一种扑翼并且可以展翅的飞行机构原理图，包括机体，展翅部分22，扑翼部分23。

参照图1,3,4,5,8,9,10,11,12，所述的机体包括步进电机槽2，两个异形齿轮孔13，主轴孔17，无刷电机孔18，电机槽电线口20，n型外框24，所述的扑翼中轴25穿过主轴孔17，扑翼大传动齿轮7通过中心轴孔穿于轴上，大凸轮固定孔19与轴上大传动齿轮固定孔15通过用螺丝固定，防止滑动，轴两侧左右凸轮固定孔14,16也同样通过螺丝与凸轮固定孔21固定，两侧的凸轮上轴孔26与下球杆28连接，上轴杆27与翅膀上连杆孔位29连接，翅膀上扑动轴孔30连接两侧异形齿轮外臂33的轴孔一和轴孔二31、32，在机架后方，无刷电机12中轴穿过主板无刷电机孔18，主板1另一侧电机轴穿过扑翼小动力齿轮11，带动其转动，并且扑翼小动力齿轮11与扑翼大传动齿轮7啮合，这样保证了当无刷电机12工作的时候，经齿轮组和球型连杆6结构的传动，扑翼翅膀4可以上下扑动飞行。

参照图1,2,3,4,5,6,7,，所述展翅机构主要集中于机架的上部，有三个齿轮组固定于n形外框中，两个异形齿轮外臂33与扑翼翅膀4连接，齿轮组由步进电机3驱动，步进电机3放于步进电机槽2中，步进电机3的轴穿过轴孔三，展翅动力轮9固定在步进电机3的轴上，并与5mm厚第一异形齿轮8上侧啮合，而另一边2mm厚第二异形齿轮10与5mm厚异形齿轮8下侧啮合，从而使得步进电机3转动时，直接带动两个异形齿轮的开合，为翅膀4的展开与闭合提供动力。

本发明的完整工作过程如下：

初始状态扑翼翅膀4闭合，首先步进电机3提供动力转动，带动展翅动力轮9顺时针转动，进而两个异形齿轮8，10转动，两个异形齿轮外臂33作展开运动，此时扑翼翅膀4打开，当异形齿轮外臂33转到n型外框前端时，停止转动，翅膀4打开到最大，此时步进电机停止转动，而电机轴能够保证翅膀维持张开状态。与此同时，无刷电机12供电，扑翼动力齿轮11转动，带动扑翼大传动齿轮7和扑翼中轴25转动，扑翼中轴25带动凸轮5做圆周运动，球型连杆6下方下球杆28也做圆周运动，经过连杆传动和球型轴的抵消作用，上侧球杆27做上下往复运动，此为扑翼翅膀4扑动的动力，使得整体机构能够扑翼飞行。扑翼飞行结束后，无刷电机12停止，此时步进电机3反转，经齿轮组，两个异形齿轮外臂33做闭合运动，扑翼翅膀4闭合，机构回到初始状态。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

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