[发明专利]用于微型扑旋翼飞行器的压电驱动放大机构及其设计方法

摘要

本发明涉及一种用于微型扑旋翼飞行器的压电驱动放大机构及其设计方法，属于飞行器设计领域。本发明通过2组左右对称的曲柄摇杆机构实现了将压电驱动器输出的微位移放大成较大的角位移输出，其具有空间尺寸小、结构简单的优点；同时提出了一种压电驱动放大机构的设计方法，通过该方法能得到具有较好传力性能同时能完成指定放大倍率的压电驱动放大机构设计方案。本发明的两组曲柄摇杆机构采用对称结构设计且利用对侧摇杆组成机架，提高了空间利用率，具有尺寸小、结构简单的优点。通过建立驱动机构优化数学模型求解得到满足能完成足够大小扑动角度输出同时具有较好传力性能的压电驱动放大机构。

主权项

1.一种用于微型扑旋翼飞行器的压电驱动放大机构，其特征在于：该机构由两组左右对称的曲柄摇杆机构组成，这两组曲柄摇杆机构的各组成部件结构与尺寸完全相同；曲柄摇杆机构包括摇杆(1)、连架杆(2)、曲柄(3)和连杆(4)；其中摇杆(1)与连架杆(2)间以光滑铰链连接，连架杆(2)与曲柄(3)间以光滑铰链连接，曲柄(3)与连杆(4)间以光滑铰链连接，连杆(4)与对侧摇杆(1)固连作为本侧曲柄摇杆机构的机架，两侧的摇杆(1)间以光滑铰链连接；压电驱动器包括两个压电片，所述压电片分别与压电驱动放大机构的两摇杆(1)通过压电驱动与放大机构连接点(7)固定连接，压电驱动与放大机构连接点靠近两摇杆(1)的连接处；曲柄(3)与机翼(5)根部端固定连接；压电驱动放大机构在两摇杆连接处与微型扑旋翼飞行器固连；具体步骤如下步骤1：确定设计变量，用于优化设计的独立变量即设计变量为：x＝[LAB LBC LCD LDE θ1]，其中LAB为摇杆AB的长度，LBC为连架杆BC的长度，LCD为曲柄CD的长度，LDE为连杆DE的长度，LDA为摇杆AB的下端点A与曲柄CD的下端点D的距离，θ1为摇杆初始位置时摇杆AB的下端点A与曲柄CD的下端点D连线与摇杆AB夹角∠BAD的大小；步骤2：确定约束条件，由曲柄摇杆机构的存在条件可以得到约束条件：步骤3:确定目标函数，为使微型扑旋翼飞行器产生足够大的升力，驱动放大机构需要在微位移输入下产生需要的角度以使机翼产生足够的扑动角，以曲柄转动的最大角度与目标输出角度之差的绝对值为目标函数：f(x)＝|Δθ2‑θobj|       (2)Δθ2＝θ2‑θ′2为驱动放大机构各设计参数取值为x时，摇杆转过角度Δθ后曲柄转过的最大角度，θobj为设计最终需要实现的曲柄转动的角度；其中：A＝2L_DEL_CD‑2L_CDL_ABcosθ₁，B＝‑2LCDLABsinθ1，C＝L2CD+L2DE‑L2BC+L2AB‑2LDELABcosθ1；A′＝2L_DEL_CD‑2L_CDL_ABcos(θ₁+Δθ)，B′＝‑2LCDLABsin(θ1+Δθ)，C′＝L2CD+L2DE‑L2BC+L2AB‑2LDELABcos(θ1+Δθ)，Δθ为压电驱动微位移输入引起的摇杆的转动角度；步骤4：建立数学模型并完成优化求解计算，对目标函数取极小值且满足约束条件，即可得到驱动放大机构优化设计模型：其中：g(x)＝[g1(x) g2(x) … gn(x)]T；优化求解计算式(3)即可得到满足设计要求的驱动放大机构各参数的数值，即x＝[LAB LBC LCD LDE θ1]。