[发明专利]一种仿生扑翼三自由度运动测力系统

说明书

一种仿生扑翼三自由度运动测力系统，其包括X和Y向铝型材组成的矩形支撑框、传动机构和控制机构；所述传动机构包括，Z向设于所述支撑框一个所述Y向铝型材外侧的驱动机构、设于所述矩形支撑框内侧且与构成所述支撑框两侧的铝型材平行的侧滑轨、两端分别与所述侧滑轨垂直的供设置所述仿生扑翼的中央平台滑动的中滑轨，和连接所述驱动机构和套设于所述滑动轨的滑动件上的同步带；所述仿生扑翼根部设有六轴力/力矩传感器。本发明提供的技术方案在平面内实现了一自由度，二自由度或三自由度的任意扑翼运动的模拟规律。

技术领域

本发明涉及一种仿生扑翼运动测力系统，具体涉及一种可实现三自由度仿生扑动规律的翼面运动测力系统。

背景技术

有飞行专家美誉的昆虫通过扑动翅膀产生气动升推力，对昆虫翅膀的扑动模式进行气动模拟实验时，现有技术一般使用水平往复拍动和绕翅膀展向扭转的二自由度运动机构来进行近似实验模拟，但距昆虫翅膀的实际运动相差甚远，如有些昆虫的翼尖运动轨迹呈“8”字型等复杂运动轨迹，所以二自由度的翼面运动机构无法获得准确的结果；近年来，也有使用三自由度运动机构对昆虫翅膀扑动模式进行模拟的已有技术，但是这些三自由度运动机构的机构设计复杂，精度较低且获得的运动参数空间范围小。

发明内容

为了克服现有技术机构运动模式复杂度不足、结构复杂和运动参数空间范围小的问题，本发明提供了一种扑翼运动测力系统，具有水平X、Y方向平移和绕垂向扭转的三个自由度的模拟飞行生物与仿生飞行器的扑翼运动，并能实时测量翼面运动过程中的力和力矩。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种仿生扑翼三自由度运动测力系统，所述系统包括：X和Y向铝型材组成的矩形支撑框、传动机构和控制机构；其特征在于，所述传动机构包括，Z向设于所述支撑框一个所述Y向铝型材外侧的驱动机构、设于所述矩形支撑框内侧且与构成所述支撑框两侧的铝型材平行的侧滑轨、两端分别与所述侧滑动轨垂直的供设置所述仿生扑翼的中央平台滑动的中滑轨，和连接所述驱动机构和套设于所述滑动轨的滑动件上的同步带；所述仿生扑翼根部设有与所述控制机构连接的六轴力/力矩传感器。

其中，所述滑动件包括：分别设有与所述滑动轨同轴心的加长直线轴承，所述加长轴承的两端分别设有放置卡簧的凹槽；和Z向设置的供安放所述同步带的双层同步轮。

其中，所述驱动机构为两个Z向设于所述矩形支撑框一个Y向铝型材外侧的设有同步轮的电机。

其中，所述中央平台为一体成型的轴向与所述Y向平行的平台；该平台包括，放置两个所述中滑轨加长直线轴承且在同一平面上的Y向通孔，固定所述同步带的Y向凸块，和其一端下侧设有放置翼面扭转驱动电机的Z向凹槽。

其中，所述翼面为3D打印的翼面，其包括根部、至少两根沿根部向外延伸的尺寸较根部细的翼梁、和向所述矩形支撑框一侧延伸且较所述根部较粗的Z向延长轴。

其中，所述同步带分别与所述同步轮的驱动电机的同步轮和所述双层同步轮连接，以通过所述电机的同步轮的转动带动所述双层同步轮转动，实现中央平台在Y向的移动。

其中，所述控制机构分别通过电机驱动器同所述中央平台的驱动电机和两个设于所述支撑框一个所述Y向构件外侧的驱动电机连接，以实现对其控制。与最接近的现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明提供的仿生扑翼运动测力系统包括X、Y水平方向的运动结构设计，且在该平面运动结构的中央平台上竖直搭载一个翼面扭转驱动电机，从而实现了翼面模型的三自由度运动，本系统结构简单，制作方便，可模拟更复杂的扑翼运动规律。

(2)本发明提供的技术方案，由于两个Z向设于所述支撑框的一个所述Y向铝型材外侧的同步驱动电机控制竖直搭载翼面扭转驱动电机的中央平台在X和Y方向的移动，从而实现了对翼面模型运动的精确控制。