專利名稱：仿昆蟲(chóng)微型撲翼飛行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種微機(jī)電技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種仿昆蟲(chóng)微型撲翼飛行
O
背景技術(shù)：
目前仿昆蟲(chóng)微型飛行器基本處于一種理論上的研究，還沒(méi)有真正能夠獨(dú)立飛行的 產(chǎn)品問(wèn)世。之所以難以實(shí)現(xiàn)飛行的主要原因就是翅膀小，沒(méi)有高效的傳動(dòng)效率，來(lái)產(chǎn)生足以 讓飛行器飛行器的升力和推進(jìn)力。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)CN03112944. 7中公開(kāi)了一種電磁 式的具有撲翼裝置的仿生微型飛行器，該裝置采用永磁體和電磁驅(qū)動(dòng)器相結(jié)合的方式控制 兩對(duì)翅膀產(chǎn)生撲翼運(yùn)動(dòng)。但是該現(xiàn)有技術(shù)由于采用多對(duì)永磁體和電磁驅(qū)動(dòng)器，電磁干擾嚴(yán)重，控制方式復(fù) 雜，難以產(chǎn)生精確地翅膀運(yùn)動(dòng)，并且永磁體磁性受干擾會(huì)減弱甚至消失，不便于長(zhǎng)久使用， 整機(jī)難以實(shí)現(xiàn)微型化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種仿昆蟲(chóng)微型撲翼飛行器，通過(guò)電 磁驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)翼高頻扇動(dòng)產(chǎn)生升力，同時(shí)采用柔性鉸鏈、圓形剛度圈以及翅痣來(lái)提高翼 扇動(dòng)過(guò)程中在空氣動(dòng)力學(xué)作用下的被動(dòng)旋轉(zhuǎn)，獲得多自由度的翅膀扇動(dòng)，來(lái)產(chǎn)生更大的升 力和推進(jìn)力。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括胸腔構(gòu)架、柔性運(yùn)動(dòng)塊、電控系 統(tǒng)、翅膀以及剛度圈，其中柔性運(yùn)動(dòng)塊垂直設(shè)置于胸腔構(gòu)架的中部，剛度圈分別與翅膀和 柔性運(yùn)動(dòng)塊相連接，電控系統(tǒng)位于胸腔構(gòu)架尾部并通過(guò)微加工技術(shù)直接布線與胸腔構(gòu)架相 連。所述的胸腔構(gòu)架為圓環(huán)形筒狀結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)側(cè)骨架、柔性鉸鏈和平面線圈，其中 平面線圈位于內(nèi)側(cè)骨架的外表面上，并通過(guò)微加工技術(shù)在胸腔構(gòu)架外表面上布導(dǎo)線與電控 系統(tǒng)相連，柔性鉸鏈處于內(nèi)側(cè)骨架的中部并與柔性運(yùn)動(dòng)塊的末端粘接。所述的柔性運(yùn)動(dòng)塊包括柔性橫梁和軟金屬層，其中軟金屬層位于柔性橫梁的 外表面且處于柔性橫梁的中間位置，軟金屬層與電控系統(tǒng)采用細(xì)金屬絲在胸腔構(gòu)架內(nèi)部連 接。所述的電控系統(tǒng)包括位于電控系統(tǒng)內(nèi)側(cè)表面的電源，控制電路單元和遙感接收 發(fā)射器，其中電源采用3. 7v鋰電池。所述的翅膀包括翅脈、翅膜和翅痣，其中翅痣嵌在翅脈的前緣末端位置，翅膜 包覆于翅脈的上下表面。所述的剛度圈為平面螺旋式線圈，該剛度圈可以使翼在空氣動(dòng)力學(xué)的作用下發(fā)生 旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明通過(guò)電磁驅(qū)動(dòng)原理，在胸腔構(gòu)架中的線圈中通電流，會(huì)在胸腔內(nèi)部產(chǎn)生平 行于構(gòu)架的磁場(chǎng)，而通電的柔性運(yùn)動(dòng)塊的軟金屬層在磁場(chǎng)中會(huì)受到安培力的作用，安培力 方向垂直于胸腔構(gòu)架，通過(guò)控制線圈電流方向可以使柔性運(yùn)動(dòng)塊發(fā)行向上和向下的交替形 變運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)翼上下扇動(dòng)，在扇動(dòng)過(guò)程中，柔性鉸鏈減少機(jī)構(gòu)摩擦，提高傳動(dòng)效率，翼前 緣的小質(zhì)量塊質(zhì)量集中，會(huì)帶動(dòng)翼產(chǎn)生更大的偏角，在翼和空氣的相互作用過(guò)程中，剛度圈 會(huì)發(fā)生一定的彈性形變，使翼產(chǎn)生內(nèi)外翻轉(zhuǎn)和攻角，從而達(dá)到高效率的扇動(dòng)效果，產(chǎn)生使飛 行器能夠飛行的升力和推進(jìn)力。本發(fā)明采用電磁式驅(qū)動(dòng)，相比其他驅(qū)動(dòng)方式具有響應(yīng)頻率高，輸出力和位移大等 特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明仿昆蟲(chóng)微型撲翼飛行器俯視圖。圖2是本發(fā)明仿昆蟲(chóng)微型撲翼飛行器斜視圖。圖3是本發(fā)明剛度圈和柔性鉸鏈視圖。圖4是本發(fā)明仿昆蟲(chóng)微型撲翼飛行器后視圖。圖5是本發(fā)明仿昆蟲(chóng)微型撲翼飛行器側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。如圖1-5所示，本裝置包括胸腔構(gòu)架1、柔性運(yùn)動(dòng)塊2、電控系統(tǒng)3、翅膀4以及剛 度圈5，其中柔性運(yùn)動(dòng)塊2垂直設(shè)置于胸腔構(gòu)架1的中部，剛度圈5分別與翅膀4和柔性 運(yùn)動(dòng)塊2相連接，電控系統(tǒng)3位于胸腔構(gòu)架1尾部并通過(guò)微加工技術(shù)直接布線與胸腔構(gòu)架 1相連。所述的柔性運(yùn)動(dòng)塊2包括軟金屬層6和柔性橫梁7，其中軟金屬層6位于柔性 橫梁7的外表面且處于柔性橫梁7的中間位置，軟金屬層6與電控系統(tǒng)3采用細(xì)金屬絲在 胸腔構(gòu)架內(nèi)部連接。所述的胸腔構(gòu)架1為圓環(huán)形筒狀結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)側(cè)骨架8、柔性鉸鏈9和平面線圈 10，其中平面線圈10位于內(nèi)側(cè)骨架8的外表面上，并通過(guò)微加工技術(shù)在胸腔構(gòu)架1外表面 上布導(dǎo)線與電控系統(tǒng)3相連，柔性鉸鏈9處于內(nèi)側(cè)骨架8的中部并與柔性運(yùn)動(dòng)塊2的末端 粘接。所述的電控系統(tǒng)3包括位于電控系統(tǒng)內(nèi)側(cè)表面的電源、控制電路單元和遙感接 收發(fā)射器，其中電源為3. 7v鋰電池。所述的翅膀4包括翅脈11、翅膜12和翅痣13，其中翅痣13嵌在翅脈11的前緣 末端位置，翅膜12包覆于翅脈11的上下表面。所述的剛度圈5為平面螺旋式線圈，該剛度圈使翼在空氣動(dòng)力學(xué)的作用下發(fā)生旋 轉(zhuǎn)。本實(shí)施例的工作過(guò)程如下
由電控系統(tǒng)3中的電源經(jīng)電流放大供電給胸腔構(gòu)架1中的平面線圈10和軟金屬 層6，平面線圈10在內(nèi)側(cè)骨架8內(nèi)部產(chǎn)生磁場(chǎng)，并在軟金屬層6上產(chǎn)生電流，由電磁原理，通 電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中會(huì)受到安培力的作用。假定如圖4所示，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，當(dāng)軟金屬層6通向左電流時(shí)，軟金屬層 6所受安培力方向向下，柔性橫梁7向下彎曲，帶動(dòng)翅膀4產(chǎn)生下拍運(yùn)動(dòng)；當(dāng)軟金屬層6通 向右電流時(shí)，安培力方向改變?yōu)橄蛏希嵝詸M梁7向上彎曲，帶動(dòng)翅膀4產(chǎn)生上拍運(yùn)動(dòng)。這一上拍、下拍扇翅運(yùn)動(dòng)的完成都是靠柔性橫梁7的彎曲帶動(dòng)的，其中柔性鉸鏈9 起到了很好的連接作用減少能量損失，翅痣13增加了翅膀4末端質(zhì)量，增大了翅膀4的扇 角，而在上下拍動(dòng)過(guò)程中，受空氣動(dòng)力學(xué)影響，翅膀4會(huì)發(fā)生變形和翻轉(zhuǎn)，能量交換發(fā)生在 剛度圈5上，下拍過(guò)程中，擠壓剛度圈5儲(chǔ)存能量，使翅膀4產(chǎn)生外翻，并在下拍剛完成開(kāi)始 上拍時(shí)釋放能量，開(kāi)始拉伸剛度圈5，是翅膀4產(chǎn)生內(nèi)翻。上拍過(guò)程正好相反完成能量交換 和翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的電磁驅(qū)動(dòng)方式具有操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，采用軟金屬層所受電流安培力的作 用來(lái)驅(qū)動(dòng)，避免了采用磁體因長(zhǎng)久使用、外界磁場(chǎng)干擾等因素使其磁性減弱或失效缺點(diǎn)，柔 性鉸鏈和剛度圈的采用增加了翅膀扇動(dòng)的自由度，便于實(shí)現(xiàn)上拍下拍結(jié)束時(shí)的被動(dòng)翻轉(zhuǎn)， 有助于空氣動(dòng)力學(xué)中渦流的產(chǎn)生和捕獲，增加翅膀產(chǎn)生的升力和推進(jìn)力。
權(quán)利要求
一種仿昆蟲(chóng)微型撲翼飛行器，包括胸腔構(gòu)架、柔性運(yùn)動(dòng)塊、電控系統(tǒng)、翅膀以及剛度圈，其特征在于柔性運(yùn)動(dòng)塊垂直設(shè)置于胸腔構(gòu)架的中部，剛度圈分別與翅膀和柔性運(yùn)動(dòng)塊相連接，電控系統(tǒng)位于胸腔構(gòu)架尾部并通過(guò)微加工技術(shù)直接布線與胸腔構(gòu)架相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿昆蟲(chóng)微型撲翼飛行器，其特征是，所述的胸腔構(gòu)架為圓環(huán) 形筒狀結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)側(cè)骨架、柔性鉸鏈和平面線圈，其中平面線圈位于內(nèi)側(cè)骨架的外表 面上，并通過(guò)微加工技術(shù)在胸腔構(gòu)架外表面上布導(dǎo)線與電控系統(tǒng)相連，柔性鉸鏈處于內(nèi)側(cè) 骨架的中部并與柔性運(yùn)動(dòng)塊的末端粘接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿昆蟲(chóng)微型撲翼飛行器，其特征是，所述的柔性運(yùn)動(dòng)塊包括 柔性橫梁和軟金屬層，其中軟金屬層位于柔性橫梁的外表面且處于柔性橫梁的中間位置， 軟金屬層與電控系統(tǒng)采用細(xì)金屬絲在胸腔構(gòu)架內(nèi)部連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿昆蟲(chóng)微型撲翼飛行器，其特征是，所述的電控系統(tǒng)包括位 于電控系統(tǒng)內(nèi)側(cè)表面的電源，控制電路單元和遙感接收發(fā)射器，其中電源采用3. 7v鋰電 池。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿昆蟲(chóng)微型撲翼飛行器，其特征是，所述的翅膀包括翅脈、 翅膜和翅痣，其中翅痣嵌在翅脈的前緣末端位置，翅膜包覆于翅脈的上下表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿昆蟲(chóng)微型撲翼飛行器，其特征是，所述的剛度圈為平面螺 旋式線圈，該剛度圈使翼在空氣動(dòng)力學(xué)的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)。全文摘要
一種微機(jī)電技術(shù)領(lǐng)域的仿昆蟲(chóng)微型撲翼飛行器，胸腔構(gòu)架、柔性運(yùn)動(dòng)塊、電控系統(tǒng)、翅膀以及剛度圈，柔性運(yùn)動(dòng)塊垂直設(shè)置于胸腔構(gòu)架的中部，剛度圈分別與翅膀和柔性運(yùn)動(dòng)塊相連接，電控系統(tǒng)位于胸腔構(gòu)架尾部并通過(guò)微加工技術(shù)直接布線與胸腔構(gòu)架相連。本發(fā)明通過(guò)電磁驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)翼高頻扇動(dòng)產(chǎn)生升力，同時(shí)采用柔性鉸鏈、圓形剛度圈以及翅痣來(lái)提高翼扇動(dòng)過(guò)程中在空氣動(dòng)力學(xué)作用下的被動(dòng)旋轉(zhuǎn)，來(lái)產(chǎn)生更大的升力和推進(jìn)力。
文檔編號(hào)B64C33/00GK101948008SQ20101028952
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月22日
發(fā)明者劉武, 吳校生, 孟坤, 崔峰, 張衛(wèi)平, 李洪誼, 遲鵬程, 陳文元 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué);中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所