[实用新型]一种贴片式压电驱动四旋翼飞行装置

说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种贴片式压电驱动四旋翼飞行装置，属于压电作动技术领域。

背景技术：

四旋翼飞行器是一种能够垂直起降的飞行器，与常规旋翼式飞行器相比，其结构更为紧凑，能够产生更大的升力，并且4只旋翼可相互抵消反扭力矩，而不需要专门的反扭矩桨。在执行近地面环境(如室内、城区和丛林等)的监视、侦察等任务时，四旋翼飞行器有其特有的优势。压电驱动本身具有体积小、质量轻、响应迅速、结构紧凑、无电磁干扰等良好的特点，很好的符合了微小型四旋翼飞行器对于微机电系统(MEMS)中作动器的要求。将两者结合后四旋翼的结构会被简化，响应速度得到加快，可以获得更大的理论升力，续航能力也会有所提升，更容易达到高效的动力输出状态，为四旋翼完成更多样的飞行任务提供可能。

实用新型内容：

本实用新型为了解决现有技术的问题，提供一种贴片式压电驱动四旋翼飞行装置，具有结构紧凑、结构形式简单灵活、升力重量比大、操纵性好等优点。

本实用新型采用如下技术方案：一种贴片式压电驱动四旋翼飞行装置，包括螺旋桨、转子机构、环形构件和贴片式压电换能器，所述环形构件为刚性圆环，所述转子机构由设置有圆台的螺纹轴、开有通孔的锥形块、弹簧和螺母构成，螺纹轴穿过环形构件和锥形块上的通孔，使圆台接触环形构件内圈上部，锥形块接触环形构件内圈下部，所述弹簧设置于锥形块下方，所述螺旋桨的下部开有内螺纹盲孔，螺旋桨通过内螺纹盲孔与螺纹轴的上端通过螺纹相连，所述贴片式压电换能器由变截面梁和设置于变截面梁的前后表面上的压电陶瓷片组成。

进一步地，所述螺旋桨为自紧桨。

进一步地，所述螺旋桨、转子机构、环形构件和贴片式压电换能器的个数分别为四个，四个环形构件与四个贴片式压电换能器呈正方形排布并制成一个整体，所述环形构件位于四个顶点，贴片式压电换能器位于四条边上，所述贴片式压电换能器的中轴线穿过相邻两个环形构件的圆心。

进一步地，所述变截面梁与环形构件连接处截面积最小。

本实用新型还采用如下技术方案：一种贴片式压电驱动四旋翼飞行装置的工作方法，包括如下步骤：

(1).向与同一个环形构件相连的两个贴片式压电换能器分别施加两相具有π/2相位差的电信号，使这两个贴片式压电换能器产生在时间上具有90°相位差的同阶纵向振动，所述环形构件内圈的质点做微幅类圆运动，通过摩擦作用驱动与其接触的转子机构转动；

(2).相邻两个环形构件与共用的贴片式压电换能器的接触位置在空间上具有180°相位差，相邻两个环形构件的微幅类圆运动轨迹相反，一组对角线上的环形构件逆时针微幅运动，与这两个环形构件接触的转子机构上设置正桨螺旋桨；另一组对角线上的环形构件顺时针微幅运动，与这两个环形构件接触的转子机构上设置反桨螺旋桨，以实现平衡扭矩并提供升力。

本实用新型具有如下有益效果：本实用新型设计的贴片式压电驱动四旋翼飞行装置结构紧凑、易于装夹、噪音小，其中贴片式压电换能器结构形式简单灵活、简化整体结构、容易实现小型化。作为一种四旋翼飞行装置本身具有良好的对称性，通过自身结构平衡扭矩，便于实现旋翼的控制。

附图说明：

图1是本实用新型贴片式压电驱动四旋翼飞行装置的结构示意图。

图2是转子机构结构示意图。

图3(a)是贴片式压电换能器结构俯视图。

图3(b)是贴片式压电换能器结构主视图。

图4是压电陶瓷片极化的结构示意图。

图5是单个环形构件上两个纵向振动叠加的振动模态示意图。

图6是环形构件内表面质点的运动轨迹示意图。

图7是贴片式压电驱动四旋翼飞行装置的工作状态示意图。

其中：

1：螺旋桨；2：转子机构；2-1：螺纹轴；2-2：锥形块；2-3：弹簧；2-4：螺母；3：环形构件；4：贴片式压电换能器；4-1：变截面梁；4-2：压电陶瓷片。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。