[发明专利]一种昆虫尺度压电驱动扑翼微飞行器

摘要

本发明提供了一种昆虫尺度压电驱动扑翼微飞行器，包括：一个压电驱动器，一体成型的机身和传动机构，两个翅膀，两个被动扭转铰链，以及辅助结构；压电驱动器在通电的情况下产生周期的往复振动；传动机构将压电驱动器的微小振动放大，转化为两个翅膀的拍打运动；两个翅膀的根部分别与一个被动扭转铰链连接，在气动力和惯性力的作用下，两个翅膀发生扭转，从而产生飞行所需要的升力。本发明微飞行器体积和重量达到昆虫尺度；在压电驱动器与翅膀之间，设计了一种柔性铰链放大的传动机构，与压电驱动器配合可以实现翅膀的高频率大幅度往复拍打运动；通过将传动机构与机身设计成一体，避免了传动机构和机身之间的装配，大大提高了装配精度。

主权项

1.一种昆虫尺度压电驱动扑翼微飞行器，其特征在于，包括：一个压电驱动器，包含机身的传动机构，两个翅膀，两个被动扭转铰链，以及辅助结构；其中：所述传动机构与所述机身一体化成型，所述压电驱动器的尾端固定在所述机身上，所述压电驱动器的头部与所述传动机构相连，两个所述被动扭转铰链的一端分别与所述翅膀的根部固结，两个所述被动扭转铰链的另一端与所述传动机构固结；所述辅助结构用于将机身固定，为整个微飞行器提供支撑；所述微飞行器以所述压电驱动器作为动力装置，所述压电驱动器往复上下振动，所述传动机构将所述压电驱动器的微小振动位移放大，转化为两个翅膀的往复拍打运动；通过控制所述压电驱动器的驱动电压和频率，调节两个翅膀的拍打幅值和拍打频率，且两个翅膀由一个所述压电驱动器控制，实现对称的拍打动作；微飞行器在系统共振频率下工作，实现克服自身重力起飞；所述的压电驱动器采用双晶片压电驱动器；压电驱动器以两片压电陶瓷作为变形层、一层碳纤维作为电极层、四层玻璃纤维作为结构层和绝缘层，其中：变形层分布于压电驱动器中部的上、下层；电极层分布于压电驱动器的中间层；结构层和绝缘层分布于压电驱动器的头部和尾端，用于承载及与机身绝缘；且电极层、结构层和绝缘层的本身含有环氧树脂胶，在高温高压作用下实现将变形层、电极层、结构层和绝缘层的七层材料粘接在一起；所述的传动机构采用平面四连杆结构，平面四连杆结构包括连杆和铰链，其中：连杆由碳纤维材料构成；铰链采用柔性铰链，柔性铰链由“碳纤维‑柔性薄膜‑碳纤维”的三明治结构组成。