[发明专利]一种弹性扑动机构、具有该弹性扑动机构的仿生机械蜻蜓飞行器及该飞行器的控制方法

说明书

本发明涉及微型飞行器技术领域，具体涉及一种弹性扑动机构、具有该弹性扑动机构的仿生机械蜻蜓飞行器及该飞行器的控制方法。本发明采用直流电机作为驱动力，通过齿轮组与弹性扑动机构将电机旋转运动转化为扑动形式的往复运动。本发明提出了弹性扑动机构作为飞行器的扑翼驱动机构，只需一组弹性部件即可实现动态条件下振幅放大，无需复杂的多级连杆，简化了机械结构，减少了零部件数量，减轻了重量，而且弹性传动部件能够回收动能，提高传动效率和能量传递效率，减小零部件磨损，减弱运行噪声，提高了工作可靠性。本发明能够实现任意姿态下对飞行姿态及运动的有效控制。

技术领域

本发明涉及微型飞行器技术领域，具体涉及一种弹性扑动机构、具有该弹性扑动机构的仿生机械蜻蜓飞行器及该飞行器的控制方法。

背景技术

微型飞行器是指体积小于20cm，飞行距离大于5km，且滞空能力大于 15min的微小飞行器。微型飞行器具有体积小、质量轻、隐蔽性高与机动灵活的优势，能够广泛应用于军事侦查、目标搜索、通信中继等关键的敏感应用领域。与旋翼式、固定翼式微型飞行器相比，扑翼式飞行器由于具有形象的仿生外形与突出的低噪声优势，因此能够实现优异的隐蔽性能。此外，当飞行器几何尺寸减小时，小尺度下低雷诺数空气动力学特性造成旋翼、固定翼气动效率降低，因此旋翼式、固定翼式微型飞行器难以实现更进一步的微型化，且小尺寸下飞行器运行效率低、噪声大。扑翼系统在小尺度下能够有效规避低雷诺数空气动力学特性带来的负面影响，甚至能够在昆虫尺寸下保持较高的气动效率实现低噪声、高能效运行。

具有双对翼构造的仿生机械蜻蜓飞行器集平飞、滑翔、悬停等多种飞行模式于一体，具有较强的滞空能力和更高的机动性能。对于这类双对翼仿生飞行器，为了在有限的翅翼体积下提高升力，须最大限度提高翅翼扑动振幅，为了解决这一问题，国内外诸多团队采用类似于多级连杆、滑轮之类的振幅放大机构。这样的振幅放大机构造成扑动机构复杂，重量也相对较大，并且复杂的机械结构造成的机械振动增大了运行噪声，提高了故障率。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供了一种弹性扑动机构、具有该弹性扑动机构的仿生机械蜻蜓飞行器及该飞行器的控制方法。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种弹性扑动机构，包括驱动组件、齿轮组件和弹性组件；所述驱动组件包括底座和贯穿安装在底座上的电机，所述底座上设有转轴一、转轴二、转轴三和转轴四；所述齿轮组件包括安装在电机输出轴上的主动齿轮、安装在转轴一上的双联齿轮、安装在转轴二上且与双联齿轮的上层齿轮啮合相连的从动齿轮、安装在转轴三上的分动齿轮一和安装在转轴四上且与分动齿轮一啮合相连的分动齿轮二；所述从动齿轮通过连杆与分动齿轮一相连；所述双联齿轮的下层齿轮与主动齿轮啮合相连；所述弹性组件包括套设在转轴三上的扭簧一和套设在转轴四上的扭簧二，扭簧一的上端连接有翅翼座一，下端与分动齿轮一相连，扭簧二的上端连接有翅翼座二，下端与分动齿轮二相连。

进一步的，所述转轴三和转轴四的顶部安装有顶盖。

进一步的，所述底座上开设有电机安装孔，电机插入电机安装孔中且与电机安装孔过盈配合；所述主动齿轮上开设有轴孔一，电机的输出轴插入轴孔一中且与轴孔一过盈配合；所述双联齿轮上开设有轴孔二，所述转轴一穿过轴孔二且与轴孔二间隙配合；所述双联齿轮的上层齿轮与下层齿轮均为直齿轮，上层齿轮与下层齿轮一体成型；所述从动齿轮上开设有轴孔三和轴孔二十，所述转轴二穿过轴孔三且与轴孔三间隙配合；所述分动齿轮一上开设有轴孔四、轴孔五和轴孔六，所述转轴三穿过轴孔四且与轴孔四间隙配合；所述分动齿轮二上开设有轴孔七、轴孔八和轴孔九，所述转轴四穿过轴孔七且轴孔七间隙配合；所述连杆的两端分别通过一销钉与分动齿轮一、从动齿轮相连，连杆的两端分别设有轴孔十和轴孔十一，其中，一个销钉的钉柱穿过轴孔十后插入到轴孔五中，该销钉的钉柱与轴孔十间隙配合，与轴孔五过盈配合，另一个销钉的钉柱穿过轴孔十一后插入到轴孔二十中，该销钉的钉柱与轴孔十一间隙配合，与轴孔二十过盈配合。