專利名稱：：諧振引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種諧振引擎(resonanceengine)，它特別適用于已知為納米飛行器(NAV)的撲翼飛行設(shè)備(ornithopterflyingdevice),并且尤其涉及能夠飛行和陸地行進的微型多模態(tài)機電昆蟲(miniaturemultimodalelectromechanicalinsects)。
背景技術(shù)：
：創(chuàng)造能夠進行受控的盤旋飛行以及陸地行進的有效率的且可控制的NAV尺寸的昆蟲被證明是一個相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。業(yè)界通常理解的NAV的尺度被限定在翼展小于7.5cm且重量小于10g，然而目前的設(shè)計致力于翼展小于3cm且重量小于Ig的更小尺度。NAV引擎的推進力-重量比需要高到足以升舉電源和控制電子器件所需的程度，然而由于部件功率密度(powerdensity)的非線性可量測性，這對于越小的尺度就越難以實現(xiàn)。為了保持推進力-重量比為高且功率消耗為低，變得愈發(fā)重要的是具有對于空中和陸地行進二者都有效率的馬達和傳輸系統(tǒng)。隨著NAV尺度減小，振翼頻率常常需要不成比例地增大以維持類似的性能。更高的振翼頻率提供了更有效率的升舉，并且改進了在有風(fēng)條件下的飛行穩(wěn)定性，但是馬達和傳輸系統(tǒng)中增大的摩擦能量損耗對效率和引擎壽命(與結(jié)構(gòu)性疲勞引擎故障有關(guān))都有不利影響。典型的用于小于IOOmg的微機械昆蟲引擎的NAV研究和原型采用了復(fù)雜的運動副傳輸(kinematicpairtransmission),帶有曲桿(flexurelever)關(guān)節(jié)以放大來自一個或多個合適的機電換能器的小偏轉(zhuǎn)，從而將電能轉(zhuǎn)變成適于仿昆蟲飛行的復(fù)雜翼動力。正在探索的機電換能器包括壓電材料、形狀記憶材料、介電彈性體和電化學(xué)致動器。NAV電池或電池單元的容量需要使得該NAV可以執(zhí)行有用的飛行持續(xù)時間。對于遠程控制室內(nèi)玩具飛行，2-3分鐘的飛行就可以足夠了，但是對于商用空中攝影，一小時多的飛行持續(xù)時間會是有益的。因此，對于大多數(shù)實際用途，電源是要升舉的沉重部件。以日益減小的翼展通常小于3cm的尺度來創(chuàng)造足夠的推進力-重量比引擎性能的困難，正在驅(qū)使業(yè)界付出相當(dāng)大的努力來減小馬達、機身和傳輸重量，同時增大強度和功率山/又o通常，當(dāng)NAV所要求的翼動力使用更多的運動度來貫徹飛行控制參數(shù)時，添加了又一些傳輸、致動器和關(guān)聯(lián)的電子器件，從而也增加了該引擎的重量，并減小了它的功率密度。如果添加了更多附件，諸如用于陸地行進的腿，則這也會大大增加該NAV在飛行中必須承擔(dān)的重量。另一個考慮方面是在雨、塵、熱和冷等自然飛行條件下的可操作性。曲桿運動副傳輸可以容易遭受來自沙塵的粒子損害，除非在保護罩中，而保護罩會增加重量。溫度波動和雨對傳輸?shù)挠绊懸部梢苑恋K飛行。目前，NAV尺度的撲翼機構(gòu)使用某形式的具有相當(dāng)有限的運動度的運動副傳輸；因此，由于來自受約束的非順從的扭矩運動的更高的支承負載，它們易于遭受增大的摩擦力。另外，這樣的機構(gòu)要求強的從而相對沉重的機身來安裝所述運動副傳輸，以對所述運動副傳輸進行反作用。這些撲翼系統(tǒng)常常受益于諧振運行，這降低了摩擦損耗，從而意味著所述系統(tǒng)比原來更高效率地運行。然而，由于所述運動副傳輸?shù)氖芗s束的運動，所述系統(tǒng)不直接受益于諧振來放大小的應(yīng)變并將其有效率地轉(zhuǎn)化為期望的翼動力的大的應(yīng)變。不如說，從致動器的小偏轉(zhuǎn)到翼的較大偏轉(zhuǎn)的運動放大，是機械地通過所述曲桿運動學(xué)實現(xiàn)的。其他已知的NAV設(shè)備使用化學(xué)致動來操作附件(翼)。上述這些引擎設(shè)計問題阻礙了實用NAV的出現(xiàn)。諧振頻率一般在任何物理產(chǎn)品中都要避免，因為它們可以導(dǎo)致災(zāi)難性的結(jié)構(gòu)故障。然而，通過用頻率和振幅調(diào)制來適當(dāng)?shù)乜刂茩C械諧振，可以按需要產(chǎn)生具有特定量值和方向的有用的機械偏轉(zhuǎn)，用于驅(qū)動微機械昆蟲NAV上的翼和/或腿
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述低效率和問題，提出了一種在本文中被稱為諧振運動放大器(RMA)的諧振引擎。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種諧振引擎，包括驅(qū)動盤(driverplate),聯(lián)結(jié)有至少一個振蕩換能器；驅(qū)動信號生成器，連接至所述振蕩換能器，用于激勵所述振蕩換能器；第一彈簧-質(zhì)量諧振器(spring-massresonator),具有第一自然諧振頻率,且?guī)в幸粋€附接至所述驅(qū)動盤的近端以及一個自由遠端；以及反作用裝置(reactionmeans)，在基本與所述第一彈簧-質(zhì)量諧振器對立的位置附接至所述驅(qū)動盤；其中當(dāng)所述振蕩換能器被來自所述生成器的具有處于或接近所述自然諧振頻率的分量(component)的驅(qū)動信號激勵時，所述第一彈簧-質(zhì)量諧振器基本與所述驅(qū)動盤反相地諧振振蕩。通過提供反作用裝置，并且通過具有合適地調(diào)諧的彈簧-質(zhì)量諧振器，輸入到所述換能器的能量被轉(zhuǎn)變成所述諧振器的偏轉(zhuǎn)，尤其是被轉(zhuǎn)變成所述諧振器的自由遠端的放大的運動，而不是被轉(zhuǎn)變成所述驅(qū)動盤的偏轉(zhuǎn)。所述驅(qū)動信號生成器可以被適配為生成具有可變諧波含量(harmoniccontent)的電信號，也就是說它可以生成具有可以改變的頻率和幅度的周期性電信號。例如，所述驅(qū)動信號可以是AC正弦波，或者是兩個或更多個正弦波的和。這樣的可變信號可以被用來控制所述引擎。所述反作用裝置優(yōu)選地包括第二彈簧-質(zhì)量諧振器，所述第二彈簧-質(zhì)量諧振器被基本與所述第一彈簧-質(zhì)量諧振器對稱地安裝在所述驅(qū)動盤上。一個替代實施方案，可以替代地使用安裝在所述驅(qū)動盤上相對于所述第一彈簧-質(zhì)量諧振器的對立點處的重量，所述第一彈簧-質(zhì)量諧振器反作用于所述重量的慣性以產(chǎn)生諧振。在使用了這樣的重量的情況下，所述重量可以優(yōu)選地由所述引擎的輔助部件(諸如電源)形成。通過使用基本對稱的第二彈簧-質(zhì)量諧振器，簡化了構(gòu)造，并且可以使所述引擎的重量最小化，這對飛行應(yīng)用尤其重要。當(dāng)所述第一彈簧-質(zhì)量諧振器和所述第二彈簧-質(zhì)量諧振器被所述驅(qū)動盤的處于或接近所述諧振器的自然諧振頻率的振蕩共振地(sympathetically)激勵時,所述第一彈簧-質(zhì)量諧振器和所述第二彈簧-質(zhì)量諧振器通過所述驅(qū)動盤以反相關(guān)系反作用于彼此的扭矩運動。這樣一來，所述第一彈簧-質(zhì)量諧振器和第二彈簧-質(zhì)量諧振器在所述驅(qū)動盤的對立端呈現(xiàn)出基本與所述驅(qū)動器的應(yīng)變分量反相的應(yīng)變關(guān)系，從而將所述驅(qū)動盤的振蕩應(yīng)力-應(yīng)變(stress-strain)分量限制到主要是振蕩應(yīng)力。據(jù)此，所述驅(qū)動盤沒有展現(xiàn)出寬的振蕩應(yīng)變形變，且所述驅(qū)動盤中的振蕩能量的大部分都通過所述驅(qū)動盤中的振蕩應(yīng)力而傳遞到所述彈簧-質(zhì)量諧振器，這被轉(zhuǎn)化成所述諧振器中的振蕩偏轉(zhuǎn)(即，應(yīng)變)。這一模式允許漸進加寬的振蕩應(yīng)變沿著所述諧振器的長度被放大，而沒有多余的驅(qū)動形變，也不需要將所述引擎附接至地面或基座質(zhì)量(basemass)以供能量機械振蕩對其進行反作用。優(yōu)選地，所述第二彈簧-質(zhì)量諧振器，獨立地被測量，具有一個不同于所述第一自然諧振頻率的第二自然諧振頻率。通過將所述第一諧振器和所述第二諧振器調(diào)諧到稍微不同的自然諧振頻率，所述第一諧振器可以優(yōu)先于所述第二諧振器而被激勵，反之亦然。例如，如果所述驅(qū)動信號含有處于所述第一諧振器的自然諧振頻率的分量，那么所述第一諧振器將以比所述第二諧振器大的幅度運行。反過來也成立。此外，如果所述驅(qū)動信號含有具有落在所述第一諧振器的自然諧振頻率和所述第二諧振器的自然諧振頻率之間的頻率的分量，那么所述諧振器的頻率將趨于鎖定(lock)，這將在詳細說明中更詳盡地解釋。在一個優(yōu)選實施方案中，所述或每個彈簧-質(zhì)量諧振器的彈簧，連同所述驅(qū)動盤，當(dāng)在所述驅(qū)動盤的平面中看時包括一個Z彎部(Z-bend)，所述Z彎部的近端毗鄰所述驅(qū)動盤。這個配置具有特別的優(yōu)勢，將在具體實施方式中更詳細地描述。所述驅(qū)動盤和所述第一彈簧-質(zhì)量諧振器的彈簧可以彼此整體形成為單一件(unitarypiece)。相似地，所述第二彈簧-質(zhì)量諧振器的彈簧可以與所述驅(qū)動盤整體形成。所有三個部件可以整體形成。這些實施方案具有以下優(yōu)勢減少零件數(shù)目、避免部件之間的聯(lián)結(jié)點處潛在的薄弱，以及使得能夠?qū)崿F(xiàn)原本不可能的制造技術(shù)。例如，所述驅(qū)動盤、所述第一彈簧-質(zhì)量諧振器和所述第二彈簧-質(zhì)量諧振器可以由復(fù)合材料整體形成。通過一優(yōu)選地在單個連續(xù)形狀復(fù)合RMA零件內(nèi)一包括用于驅(qū)動翼或腿的引擎、機構(gòu)和控制，以及通過讓所有翼和腿馬達功能共享所述換能器，NAV的馬達、機身和傳輸?shù)膹?fù)雜度、重量和尺寸得到了相當(dāng)大的降低，從而提供了高功率密度、強度和持久性。在一些實施方案中，分立質(zhì)量可以附接在所述或每個彈簧-質(zhì)量諧振器的自由遠端處或附近。為了將所述彈簧-質(zhì)量諧振器調(diào)諧到一個特定頻率，關(guān)鍵參數(shù)之一是所述諧振器的質(zhì)量。如果僅僅所述彈簧部件的質(zhì)量不夠，或者如果所述彈簧部件的質(zhì)量沒有被適當(dāng)?shù)胤植?，那么可以通過——優(yōu)選地朝著所述彈簧的自由端附接的——附加質(zhì)量進行補m\-ZXo所述第一彈簧-質(zhì)量諧振器通常還包括阻尼器，所述阻尼器被安裝在所述彈簧的自由遠端處，由此形成能夠工作的第一彈簧-質(zhì)量-阻尼器系統(tǒng)。所述阻尼器可以采取各種形式，包括用于與地面接觸的質(zhì)量(用于陸地行進)；鰭(用于在液態(tài)介質(zhì)中推進)；或翼(用于在氣態(tài)介質(zhì)諸如空氣中推進)。在具有第二彈簧-質(zhì)量諧振器的實施方案中，它還可以包括被安裝在所述第二彈簧-質(zhì)量諧振器的彈簧的自由遠端處的阻尼器，由此形成一個能夠工作的第二彈簧-質(zhì)量-阻尼器系統(tǒng)。替代地，所述第二諧振器可以不具有附接至其端部的阻尼器，在此情況下所述第二彈簧-質(zhì)量諧振器的功能是用作反作用裝置。在后一實施方案中，如果所述第一彈簧-質(zhì)量-阻尼器系統(tǒng)包括翼，那么這單個翼將引起旋轉(zhuǎn)飛行。正如所述第一彈簧-質(zhì)量-阻尼器系統(tǒng)的阻尼器那樣，所述第二彈簧-質(zhì)量-阻尼器系統(tǒng)的阻尼器系統(tǒng)的阻尼器可以包括質(zhì)量、鰭或翼。在所述第一彈簧-質(zhì)量-阻尼器系統(tǒng)和所述第二彈簧-質(zhì)量-阻尼器系統(tǒng)都包括翼的情況下，這兩個翼可以被附接為彼此面對相同的方向(如自然的)，或者可以替代地被附接為面對相反的方向(在此情況下會引起旋轉(zhuǎn)運動)。旋轉(zhuǎn)實施方案由于涉及回旋力(gyroscopicforce)而具有額外穩(wěn)定性的優(yōu)勢。此夕卜，由于所述翼在空氣中旋動的迎角(angleofattack),可以產(chǎn)生附加的升舉。又一些附加的彈簧-質(zhì)量諧振器可以被附接至所述驅(qū)動盤。這些附加的諧振器每個都可以包括相應(yīng)的阻尼器。尤其，可以添加附加翼對。附加地或替代地，所述附加的諧振器可以包括腿，所述腿延伸以與地面接觸。所述腿以產(chǎn)生陸地行進的方式可顫動(Vibratable)0所述或每個附加的彈簧-質(zhì)量諧振器可以具有相應(yīng)的不同于所述第一彈簧-質(zhì)量諧振器(以及不同于所述第二彈簧-質(zhì)量諧振器，或不同于任何其他彈簧-質(zhì)量諧振器)的自然諧振頻率。如上面針對所述第一諧振器和所述第二諧振器的相對自然頻率所討論的，自然諧振頻率的這一差異意味著，通過改變所述驅(qū)動信號的分量，所選擇的諧振器可以優(yōu)先于其他諧振器而被激勵。下面在具體說明中給出如何利用它來控制運動的具體實施例。所述振蕩換能器可以包括選自以下組的至少一個材料壓電材料；介電彈性體材料；機電活性材料(electromechanicallyactivematerial);電磁-機械活性材料(electromagnetic-mechanicalIyactivematerial);核直接集電致動感生振蕩的源(sourceofnucleardirectcollected-charge-to-motioninducedoscillation)。在一些實施方案中，所述驅(qū)動盤和所述振蕩換能器可以被整體形成為單一件。換言之，所述驅(qū)動盤自身可以形成所述振蕩換能器。這在所述驅(qū)動盤由例如壓電材料、介電彈性體材料形成的情況下，或者在它包括具有整體活性內(nèi)含物(integralactiveinclusion)的復(fù)合物(composite)的情況下,是可行的。這樣的單一件還可以與所述諧振器的彈簧成為一體，由此形成單件引擎。這些實施方案具有以下優(yōu)勢減少零件數(shù)目、避免部件之間的聯(lián)結(jié)點處潛在的薄弱，以及使得能夠?qū)崿F(xiàn)原本不可能的制造技術(shù)?？梢园ㄖ辽僖粋€機載電源(on-boardpowersource),所述至少一個機載電源選自以下組電池；可再充電電池；核電池；電池單元；可再充電電池單元；太陽能電池單元；燃料電池單元，可被包括。通常,所述至少一個電源通過至少一個能源(energysource)可再充電,所述至少一個能源選自以下組照射在所述太陽能電池單元上的光；通過所述壓電換能器的外部顫動刺激(stimulus)產(chǎn)生的電；放射性同位素衰變(radio-isotopicdecay);用于所述燃料電池單元的燃料；由熱差產(chǎn)生的電；至充電器的直接電聯(lián)結(jié)。附加地或替代地，所述引擎還可以包括機載接收器(其可以是，例如，感應(yīng)線圈、光傳感器、天線等等)，所述機載接收器被適配為接收外部電磁能并將該外部電磁能調(diào)整成電能?？梢圆捎没旌夏茉?，包括上述任意電源的組合。對于具有用于飛行的翼的引擎的實施方案尤其重要的，是所述引擎和關(guān)聯(lián)的輔助部件的重量。輕型電源常規(guī)地意味著受限的電力供應(yīng)，從而限制了飛行時間。通過使得所述電源能夠被再充電(諸如通過上面列舉的手段)，可以減輕這個問題。在一些實施方案中，所述諧振引擎可以包括應(yīng)力或應(yīng)變傳感器，所述應(yīng)力或應(yīng)變傳感器連接至所述驅(qū)動盤以檢測其應(yīng)力和/或應(yīng)變。這可以被用來診斷所述引擎的運行，在具體實施方式中更充分地解釋。在一些實施方案中，所述諧振引擎可以包括至少一個傳感器，所述至少一個傳感器選自以下組姿態(tài)傳感器(attitudesensor);位置傳感器；方向傳感器；運動傳感器；定位傳感器；慣性傳感器；回旋傳感器(gyrosensor);磁傳感器；光傳感器；接近度傳感器(proximitysensor);掃描傳感器；高度傳感器；攝像機。來自所述至少一個傳感器的輸出可以被用在到所述驅(qū)動信號生成器的反饋回路(feedbackloop)中，以控制所述引擎的運行。優(yōu)選地，在某些實施方案中，所述至少一個傳感器能夠檢測所述引擎相對于固定參考坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)取向。在這樣的實施方案——其對于所述引擎生成旋轉(zhuǎn)飛行的配置尤其有用一中，來自所述至少一個傳感器以檢測旋轉(zhuǎn)取向的輸出在反饋回路中被饋送至所述驅(qū)動信號生成器，以使來自所述生成器的驅(qū)動信號與所述引擎的旋轉(zhuǎn)同步。這可以被用來將所述引擎維持在特定取向。附加地或替代地，所述輸出可以被其他部件使用，以克服旋轉(zhuǎn)效應(yīng)。例如，攝像機可以接收所述信號，以使圖像捕獲與所述引擎的特定取向同步，由此，即使當(dāng)所述攝像機隨著所述引擎旋轉(zhuǎn)時，也能夠?qū)o態(tài)目標(biāo)成像。在某些旋轉(zhuǎn)實施方案中，所述諧振引擎可以通過旋轉(zhuǎn)聯(lián)結(jié)被安裝至一個這樣的第二引擎。優(yōu)選地，所述第二引擎被配置為(即，所述翼被安裝為)以與所述第一引擎相反的方式旋轉(zhuǎn)，由此所述第二引擎可以被控制以相對于固定參考坐標(biāo)系保持固定旋轉(zhuǎn)位置。盡管所述引擎可以包括以自動獨立方式運行所要求的所有部件，但是在一些實施方案中，所述諧振引擎包括用于遠程操作所述驅(qū)動信號生成器的裝置。這個功能使得所述引擎能夠被遠程操作，例如通過人或虛擬操作者。與所有運行都是獨立的實施方案不同，這也使得能夠從所述引擎卸除某些部件，由此使其重量最小化。在所述引擎具有多于一個的彈簧-質(zhì)量諧振器的情況下，各種彈簧-質(zhì)量諧振器優(yōu)選地被這樣調(diào)諧并布置為使得，由相應(yīng)的彈簧-質(zhì)量諧振器生成的扭力矩(torqueforcemoments)基本彼此抵消，并且基本抵消所述驅(qū)動盤的扭力矩，由此得到一個系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中基本所有輸入到所述驅(qū)動盤的能量都被傳輸至所述彈簧-質(zhì)量諧振器用于偏轉(zhuǎn)該彈簧-質(zhì)量諧振器的自由遠端，而不是導(dǎo)致所述驅(qū)動盤的相當(dāng)大偏轉(zhuǎn)。以此方式，實現(xiàn)了最優(yōu)的效率以及有效率的控制。此外，不必依賴于輔助反作用裝置(諸如被定位的重量)，這會對于涉及飛行的實施方案明顯有害。將參照附圖通過實施例來描述本發(fā)明，在附圖中圖IA和IB分別是具有根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案的諧振引擎的NAV的平面圖和正視圖；圖IC是圖IA和IB的NAV的等角視圖；圖2示出了示意性NAV的四個翼沖程位置(wingstrokepositions),其姿態(tài)取向用于靜態(tài)盤旋，并且揭示了翼和諧振器動力的豎直、水平和旋轉(zhuǎn)分量；圖3A和3B示出了三個翼位置的正視圖，先是上沖程，然后是下沖程；圖4A-4D每個都示出了處于所述翼沖程位置的頂部和底部的示意性NAV，其翼沖程幅度分別用于高升舉、低升舉、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)；圖5A和5B分別示出了受到遠程控制的包含根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案的諧振引擎的微機械昆蟲的俯視圖和下側(cè)視圖，與所述第一實施方案的不同有附加的六個腿諧振器、電源、遙測器和慣性測量單元；圖6示出了本發(fā)明的又一實施方案，其中左翼與右翼對立安裝，使得整個納米飛行器在飛行中旋轉(zhuǎn)；圖7A和7B示出了具有兩個彈簧_質(zhì)量諧振器但只有一個翼的旋轉(zhuǎn)引擎的俯視圖和側(cè)視圖；圖8示出了使用兩個諧振引擎來驅(qū)動兩個反向旋轉(zhuǎn)翼(counter-rotatingwings)的NAV；圖9A示出了使用一個諧振引擎的四翼NAV，所述諧振引擎帶有所述驅(qū)動器的電分隔區(qū)域用于反饋感測，其中電力供應(yīng)和控制電路被附接在所述引擎的中心位置；圖9B示出了另一個四翼NAV，其中電力和控制模塊以及傳感器模塊被安裝在所述諧振引擎下方的中心點。圖10示出了具有六個彈簧-質(zhì)量諧振器和四個翼阻尼器以使用僅一個驅(qū)動盤來實現(xiàn)全姿態(tài)和推進控制的NAV的俯視圖；以及圖IlA和IlB示例性地示出了當(dāng)在諧振振蕩中時，分別在向上周期和向下周期中，兩個對立驅(qū)動盤-彈簧附接點上的對立的扭矩矢量。具體實施例方式在下面的具體說明中，描述了納米飛行器(NAV)的各種實施方案。這些實施方案普遍的是在按照如下原理運行的諧振引擎將振蕩換能器的相對小的振蕩放大成至少一個彈簧-質(zhì)量諧振器的自由端的相對大的偏轉(zhuǎn)。這樣的諧振引擎在本文中將被稱為諧振運動放大器(RMA)。盡管對RMA的描述是在NAV的語境中給出的，但應(yīng)理解，RMA可以容易被應(yīng)用至其他應(yīng)用。例如，翼可以被替換成用于能夠在液體中“游泳”的(納米)運載工具的鰭。而且，盡管該技術(shù)對于這樣的納米尺度應(yīng)用尤其有益，但它是可縮放的(scaleable),因此合適地適配的RMA也可以被用來驅(qū)動較大的運載工具。圖1A-1C示出了對蒼蠅或蜜蜂類昆蟲進行模擬的第一實施方案NAV10。NAV10具有由輕量、高張力模量材料制成的身體，包括驅(qū)動盤12，驅(qū)動盤12帶有從其對立側(cè)對稱地伸出的右彈簧RS和左彈簧LS。振蕩換能器14，諸如壓電材料或其他機電響應(yīng)材料，被聯(lián)結(jié)至驅(qū)動盤12，例如通過粘結(jié)?？梢栽隍?qū)動盤12的頂側(cè)或底側(cè)有單個這樣的換能器，或者可以在對立的頂側(cè)和底側(cè)有一對這樣的換能器(如所示)。一組電極16被電連接至換能器14，用于提供來自驅(qū)動信號生成器(未示出)的電驅(qū)動信號，以激勵所述換能器。所述或每個換能器可以是單壓電晶片(unimorph)(即，它趨于在僅一個方向上彎曲離開靜止位置)或者是雙壓電晶片(bimorph)(即，它趨于交替地向靜止位置的對立兩側(cè)彎曲)。當(dāng)在驅(qū)動盤12的平面中看時，每個彈簧-質(zhì)量諧振器以及所述驅(qū)動盤，都包括一個Z彎部，其中所述Z彎部的近端毗鄰所述驅(qū)動盤12。盡管所示出的Z彎部彈簧已經(jīng)被證明特別適于這個應(yīng)用，但應(yīng)理解，其他配置也是可行的。附接至左彈簧LS的自由端和右彈簧RS的自由端的分別是左翼LD和右翼RD，每個翼都包括膜18和支撐脈20。附接至左彈簧LS和右彈簧RS的自由端的還有分立質(zhì)量LM和RM。彈簧LS和RS，連同關(guān)聯(lián)的質(zhì)量LM和RM—起，形成了彈簧-質(zhì)量諧振器，所述彈簧-質(zhì)量諧振器以它們的自然頻率被驅(qū)動盤12機械地激勵，而驅(qū)動盤12被振蕩換能器14激勵。所述彈簧-質(zhì)量諧振器，與關(guān)聯(lián)的翼LD和RD結(jié)合，一起形成了彈簧-質(zhì)量-阻尼器系統(tǒng)，每個彈簧-質(zhì)量-阻尼器系統(tǒng)都具有獨立測得的自然諧振頻率。每個彈簧-質(zhì)量-阻尼器系統(tǒng)的獨立的自然諧振頻率都受到諸如尺寸、重量、重量分布、張力模量、慣性、風(fēng)阻(在阻尼器是翼的情況下)等因素的影響。這樣，所述諧振頻率可以通過改變一個或多個參數(shù)而被調(diào)諧。應(yīng)注意，如果左彈簧LS和右彈簧RS的質(zhì)量和/或左翼LD和右翼RD的質(zhì)量具有足夠的振蕩器質(zhì)量從而不需要添加質(zhì)量，則可以不需要分立振蕩器質(zhì)量LM和RM。當(dāng)振蕩換能器14在使用中被激勵時，通過提供來自驅(qū)動信號生成器的含有至少一個周期性分量的電驅(qū)動信號，所述換能器被迫使響應(yīng)于這個周期性分量而屈曲。這進而在驅(qū)動盤12中引起振蕩應(yīng)力和應(yīng)變。驅(qū)動盤12中的這些應(yīng)力和應(yīng)變被轉(zhuǎn)變成所述彈簧-質(zhì)量-阻尼器系統(tǒng)的偏轉(zhuǎn)，并且尤其轉(zhuǎn)變成相應(yīng)彈簧LS和RS的自由端的放大的偏轉(zhuǎn)，從而轉(zhuǎn)變成翼LD和RD的放大的偏轉(zhuǎn)。彈簧LS和RS從而在它們的自由端展現(xiàn)出寬的振幅振蕩運動，它們存儲的能量的一部分通過附接的翼LD和RD流出，翼LD和RD充當(dāng)諧振器阻尼器，并隨同振翼提供升舉和推進。所述驅(qū)動信號生成器被適配為生成驅(qū)動信號，該驅(qū)動信號包括，例如包含一個或多個混合頻率分量的交變電流，通常是正弦形狀，在所述彈簧-質(zhì)量諧振器的基礎(chǔ)諧振頻率處或附近。這個交流(AC)驅(qū)動信號，當(dāng)用所述彈簧-質(zhì)量諧振器的自然頻率來調(diào)諧時，在驅(qū)動盤12中引起振蕩彎曲應(yīng)力，而所述彈簧-質(zhì)量諧振器展現(xiàn)出與驅(qū)動盤12的以及彼此的反相應(yīng)變關(guān)系，因此驅(qū)動器應(yīng)變大量地被抵消，從而使多余的應(yīng)變——其原本可能會破壞脆弱的壓電材料——最小化。這個原理允許更有效率的激勵，因為PZT應(yīng)力不需要使驅(qū)動盤12相當(dāng)大變形以給彈簧-質(zhì)量諧振器附件賦予強勁的動量。阻尼諧振器彈簧LS和RS，連同它們的質(zhì)量LM和RM以及翼LD和RD—起，被設(shè)置形狀、輪廓和位置，以使得它們當(dāng)被電極16上適當(dāng)?shù)碾娦盘柤顣r采取優(yōu)選的振蕩動力。所述翼動力是諧振器形狀、它們的質(zhì)量分布、張力強度以及驅(qū)動器的交流電驅(qū)動信號的諧波含量的結(jié)果。所得到的動力可以是旋轉(zhuǎn)和/或沿著幾個軸線的平移運動的各種組合，只要是有效率的飛行和飛行控制所需要的。左彈簧LS和右彈簧RS，連同翼LD和RD—起，也具有幾個彈性自由度——這取決于他們的形狀和輪廓，從而允許被動動力順從空氣動力，這幫助使得拍打著的翼動力包括翼旋轉(zhuǎn)。為了幫助在翼沖程的每個變化時執(zhí)行的大的被動翼梢旋轉(zhuǎn)，臂段的長寬比和輪廓可以被優(yōu)化，以允許合適的、與寬度同方向地的旋轉(zhuǎn)彈性順從。合適地設(shè)計的彈簧-質(zhì)量諧振器可以對應(yīng)于多于一個的諧振頻率而按多于一個的軸線移動，并且獨立地由所述驅(qū)動器的諧波應(yīng)力分量可控制。例如，可以通過向所述驅(qū)動器信號添加另一個頻率分量且將所述諧振器適當(dāng)?shù)匦纬蔀閷π骂l率敏感，來產(chǎn)生向前和向后翼動力分量，從而產(chǎn)生期望的動力響應(yīng)。當(dāng)所述驅(qū)動信號的周期性分量處于彈簧-質(zhì)量-阻尼器系統(tǒng)的自然諧振頻率(或其諧波)處或附近時，實現(xiàn)了優(yōu)化的翼偏轉(zhuǎn)。左側(cè)諧振器LS和LM的自然諧振優(yōu)選地被調(diào)諧至與右側(cè)諧振器RS和RM相近但稍微不同的頻率，以使得可以通過改變驅(qū)動信號來控制相應(yīng)的翼的偏轉(zhuǎn)幅度。在自由空間中，并且當(dāng)被單個相近的驅(qū)動器頻率激勵時，左側(cè)和右側(cè)的動力相位都鎖定，以使得左翼LD和右翼RD隨著振翼頻率而以彼此相同的頻率(可能稍微不同的相位角)拍打。有效率地，左側(cè)和右側(cè)一起形成了單個彈簧-質(zhì)量諧振器系統(tǒng)，它具有它自己的自然頻率。然而，個體部件(即，相應(yīng)的左側(cè)和右側(cè))隨著變化的振翼幅度而拍打，所述變化的振翼幅度取決于驅(qū)動器頻率有多么接近于左彈簧-質(zhì)量諧振器LS和LM或右彈簧-質(zhì)量諧振器RS和RM的自然諧振頻率。這在擺動控制(roll-control)的語境中參照圖4A-4D更詳細地描述。在本發(fā)明的另一個實施方案(未示出)中，左彈簧LS和右彈簧RS以及驅(qū)動盤12都由壓電材料或壓電復(fù)合材料或其他機電響應(yīng)材料形成，使得所有這些零件都既是驅(qū)動器又是諧振器，而不使用由機電響應(yīng)材料制成的分立的、粘結(jié)的諧振器14。圖2示出了具有用于靜態(tài)盤旋的姿態(tài)取向的NAV的四個下沖程動力位置N1-N4的側(cè)視圖，示出了升舉L的方向和翼排氣(wingexhaust)E的凈方向。翼的上下動力分量D(對應(yīng)于翼梢幅度)與翼的前后動力分量F和翼的旋轉(zhuǎn)動力分量R組合，以提供昆蟲式飛行動力的基礎(chǔ)分量(由于上述被動動力順從，所述翼事實上以8字型輪廓拍打)。然而，通過使用具有合適形狀的、被其關(guān)聯(lián)驅(qū)動器頻率刺激共振激勵的RMA，可以實現(xiàn)其他動力分量。上下動力分量D的幅度與振動驅(qū)動器應(yīng)力和應(yīng)變與所述諧振器的自然頻率的合調(diào)(in-tune)程度成正比，并且與所述驅(qū)動信號的幅度成正比。被動翼旋轉(zhuǎn)動量R是由所述翼的前沿和后沿上的不均勻翼負荷導(dǎo)致的，并且是彈性翼形變和諧振器順從彈性扭曲的結(jié)果。圖3A示出了RMA的上沖程Dl的三個動力位置的正視圖，其中翼向后旋轉(zhuǎn)Kl、K2和K3，并且繞大致的旋轉(zhuǎn)點(或節(jié)點)Pl拍打。圖3B示出了RMA的下沖程D2的對應(yīng)的三個動力位置的正視圖，其中翼向前旋轉(zhuǎn)Kl、K2和K3，并且繞一個主要的旋轉(zhuǎn)點(或節(jié)點)Pl拍打。圖4A-4D示意性示出了NAV10受到僅一個具有可變頻率和功率的驅(qū)動信號(優(yōu)選地是正弦波)的控制，從而在需要時提供了獨立的相位鎖定的左-右翼沖程幅度控制。通過改變驅(qū)動功率，翼沖程幅度可以增大或減小以用于推進力控制；注意，推進力被直接鏈接至翼沖程幅度，并且與翼排氣處于相反方向。事實上，實驗已經(jīng)顯示，第一彈簧-質(zhì)量諧振器和第二彈簧-質(zhì)量諧振器將在沒有足夠的獨立的反作用裝置(例如，對由所述諧振器施加的力發(fā)生反作用的足夠重量)的情況下仍然有效率地作為具有相對于彼此鎖定的幅度的單諧振器系統(tǒng)(singleresonatorsystem)運行。如果一個彈簧_質(zhì)量諧振器被調(diào)諧到與另一個彈簧_質(zhì)量諧振器不同的自然諧振頻率，那么來自這另一個諧振器的反作用將不會完全抵消由第一諧振器生成的力，而是僅局部抵消，或者根本不抵消。對于最佳運行，每個彈簧-質(zhì)量諧振器將包括具有相同自然諧振頻率的一組諧振器的一部分，并且被放置為使得通過該組的一個部件作用的力將被那些通過該組的另一部件或每個其他部件作用的力平衡掉。這將參照在圖10中例示的實施方案而被更充分地描述。盡管如此，通過具有響應(yīng)于稍微不同的驅(qū)動頻率的翼來控制飛行的原理仍然成立，并在下面描述。圖4A示出了如下的NAV10，它的驅(qū)動器信號功率被設(shè)置為高，且它的頻率設(shè)置在稍微被調(diào)諧分離開的阻尼諧振器的自然諧振之間，所述諧振器被描繪為處于寬翼沖程RDl和LDl的頂部和寬翼沖程RD2和LD2的底部，以使得翼沖程幅度RAl和LAl具有相等的幅度，從而提供平衡的豎直升舉。圖4B示出了如下的NAV10，它的驅(qū)動器信號功率被設(shè)置在比圖4A低的水平。驅(qū)動器頻率再一次被設(shè)置在稍微被調(diào)諧分離開的阻尼諧振器的自然諧振之間，所述諧振器在此被描繪為處于窄翼沖程RD3和LD3的頂部和窄翼沖程RD4和LD4的底部，以使得翼沖程幅度RA2和LA2具有相等的幅度，從而提供平衡的豎直升舉，但處于與圖4A的驅(qū)動信號相比較的低的水平。寬泛地說，具有基本對稱安裝的阻尼諧振器——其具有相近但稍微被調(diào)諧分離開的自然頻率——的RMA以共振諧振方式相位鎖定至驅(qū)動信號頻率，并且因左右翼沖程幅度差異和/或相位角差異而展現(xiàn)出任何未調(diào)諧的應(yīng)力分量。通過改變這兩個阻尼諧振器的自然頻率之間的驅(qū)動信號頻率，可以實現(xiàn)有差異的左右翼沖程幅度，這對于擺動控制是有用的。已經(jīng)觀察到，這樣的鎖定的諧振器之間可以存在少許相位角差異，但它們確實以彼此相同的頻率諧振。圖4C示出了如下的NAV10，其阻尼諧振器被描繪為處于翼沖程RD5和LD5的頂部以及翼沖程RD6和LD6的底部，其中它的驅(qū)動器信號功率被設(shè)置為高，且它的驅(qū)動信號頻率被設(shè)置在右阻尼諧振器RD5的自然諧振與左阻尼諧振器LD5的自然諧振之間，但比起左阻尼諧振器LD5的自然諧振，更接近右阻尼諧振器RD5的自然諧振。這導(dǎo)致了右側(cè)的寬翼沖程幅度RA3以及左側(cè)的窄翼沖程幅度LA3，結(jié)果在翼沖程幅度RA3與LA3之間存在差異。因此，在RMA15右側(cè)的升舉多于左側(cè)，從而導(dǎo)致NAV10擺向左側(cè)L。圖4D示出了如下的NAV10，其阻尼諧振器被描繪為處于翼沖程RD7和LD7的頂部以及翼沖程RD8和LD8的底部，其中它的驅(qū)動器信號功率被設(shè)置為高，且它的驅(qū)動信號頻率被設(shè)置在右阻尼諧振器RD7的自然諧振與左阻尼諧振器LD7的自然諧振之間，但比起右阻尼諧振器RD7的自然諧振，更接近左阻尼諧振器LD7的自然諧振。這導(dǎo)致了左側(cè)的寬翼沖程幅度LA4以及右側(cè)的窄翼沖程幅度RA4，結(jié)果在翼沖程幅度RA4與LA4之間存在差異。因此，在NAV10左側(cè)的升舉多于右側(cè)，從而導(dǎo)致NAV10擺向右側(cè)R。圖5A和5B示出了第二實施方案NAV10a，它是既能夠飛行又能夠地面行進的多模態(tài)(multi-modal)NAV。NAVIOa與第一實施方案的NAV10相似，但包括附加的部件；與第一實施方案相同的部分被給予相同的參考標(biāo)記。而且，該實施方案的振蕩換能器14是一件式元件，其附接至驅(qū)動盤12的正上側(cè)。除了左翼LD和右翼RD之外，還有六個諧振器，它們的自然頻率被調(diào)諧到與翼諧振器不同的頻帶，并且彼此稍微調(diào)諧分開，這六個諧振器向下突出，并且當(dāng)NAVIOa處于表面上時充當(dāng)用于陸地行進的腿。每個腿包括Z形折疊彈簧S1-S6，它們與翼諧振器的彈簧相似但更細。該彈簧的近端與驅(qū)動盤12接觸連接。分立質(zhì)量M1-M6被安裝在該彈簧的自由端。若不具有分立質(zhì)量M1-M6，該質(zhì)量可以被包括在腿彈簧S1-S6的質(zhì)量中。通過在稍微調(diào)諧分開腿諧振器的自然頻率附近掃掠驅(qū)動信號頻率，實現(xiàn)了受控制的向前、向后、向左和向右的跳躍振動行進，因為在任何給定時刻，與正在掃掠的驅(qū)動頻率最合調(diào)的腿將比那些較不合調(diào)的腿諧振器反作用更強烈，從而允許獨立控制腿與表面的振動接觸力，如此在期望的方向上推進NAV10a。當(dāng)NAVIOa被要求在陸地行進和飛行之間切換時，它僅需要將驅(qū)動頻率改變?yōu)榕c相應(yīng)的翼或腿諧振器的自然頻率合調(diào)。通過使所有馬達功能共享一個驅(qū)動器，實現(xiàn)了重量減小。圖5A-5B也示出了附接至驅(qū)動盤12的電子器件22，用于環(huán)境和內(nèi)部感覺反饋。包括電源的電力模塊24——其可以包括電池、可再充電電池、核電池、電池單元、可再充電電池單元、太陽能電池單元或燃料電池單元，也被聯(lián)結(jié)至驅(qū)動盤12?？梢蕴峁┲T如太陽能面板26之類的裝置，以給該電源再充電。相反，該電源也可以被下列能源中至少一個再充電，諸如照射在所述太陽能電池單元上的光；通過所述壓電換能器的外部顫動刺激產(chǎn)生的電；放射性同位素衰變；用于所述燃料電池單元的燃料；由熱差產(chǎn)生的電；或至充電器的直接電聯(lián)結(jié)。替代地或附加地，電力模塊24可以包括接收器，該接收器被適配為接收外部電磁能并將其調(diào)整成電能。這樣的接收器的實例包括感應(yīng)線圈、光傳感器、天線等等?？梢圆捎没旌夏茉矗ㄈ魏紊鲜鲭娫吹慕M合。電力模塊24可以包括電力控制電路和驅(qū)動信號生成器(未示出)。電力模塊24通過所述電極和關(guān)聯(lián)的引線16被電連接至換能器14。該電子控制電路可以被遠程控制，例如通過電磁輻射遠程控制，其中接收器28被電連接至該電源和控制模塊24。另一種NAV的身體可以中央安裝有兩個或更多個分立的驅(qū)動器和翼諧振器，用于更好的飛行控制(未示出)。更復(fù)雜的折疊和精致的諧振器彈簧輪廓(profiled)特征可以在翼沖程逆轉(zhuǎn)時引起突然轉(zhuǎn)變，以實現(xiàn)更有利的主動翼旋轉(zhuǎn)及其他有用的諧振頻率動力效應(yīng)(未示出)。從圖3A和3B中將看到，彈簧臂在偏轉(zhuǎn)期間稍微彎曲。為了使彎曲半徑沿著該彈簧臂的長度基本均勻，該彈簧臂可以具有漸細的輪廓，朝自由端具有更少的材料。更均勻的彎曲對應(yīng)于更大的能量傳遞效率。圖6示出了第三實施方案NAV10b，它具有兩個對立安裝的諧振器翼阻尼器，它們的翼30和31面對相反方向，從而該NAV，包括附接的電力模塊33和控制電子器件模塊35，在飛行中旋轉(zhuǎn)，用于實現(xiàn)因回轉(zhuǎn)力而提高的穩(wěn)定性以及增大的升舉L，因為該NAV變成了由它的拍打和旋轉(zhuǎn)翼30、31驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)翼飛機?？梢圆捎脙H一個或任何數(shù)目的拍打翼、鰭或其他裝置來釋放所存儲的諧振器能量，從而以提供行進的方式直接或間接執(zhí)行任務(wù)。如果使用一個阻尼諧振器，則電力和控制部分的所有質(zhì)量會被安裝為與該翼對立，使得該諧振器具有的慣性質(zhì)量發(fā)生反作用。這樣的一個實例是具有與懸鈴木種子(sycamoreseed)相似形態(tài)的拍打和旋轉(zhuǎn)單翼NAV(未示出)。如果使用多于一個的相似的頻率阻尼諧振器且它們被相對定位，則它們的反相反作用扭矩彼此作用，使得不要求具有供這些諧振器發(fā)生反作用的慣性質(zhì)量。這些原理被組合在圖7A和7B中例示的實施方案中，其中第四實0施方案NAVIOc包括如下的旋轉(zhuǎn)NAV，該旋轉(zhuǎn)NAV具有兩個彈簧-質(zhì)量諧振器LS、LM、RS和RM，但僅有單個翼阻尼器Dl—它附接至左諧振器。該左諧振器被與右諧振器對立地安裝至驅(qū)動盤12。該左諧振器和該右諧振器被調(diào)諧至相近的頻率，并且在合適的驅(qū)動信號控制下，拍打翼D1，從而迫使NAVIOc繞其質(zhì)量中心C旋轉(zhuǎn)。升舉L由翼Dl的拍打和旋轉(zhuǎn)二者產(chǎn)生。在這樣的實施方案中，電力和控制電路模塊37被安裝至該RMA的中心C。NAVIOc具有傳感器模塊39，它可以包括磁和光傳感器，以感測繞著該NAV的旋轉(zhuǎn)的相對點，使得NAVIOc可以通過在沿著其旋轉(zhuǎn)相位的限定的點增大驅(qū)動器激勵信號幅度來執(zhí)行全姿態(tài)控制，從而即刻增大在該點的升舉。圖8示出了第五實施方案，其中NAV50包括兩個RMA，它們驅(qū)動兩個反向旋轉(zhuǎn)的翼Dl和D2。兩個單翼RMA60和70使用繞它們的旋轉(zhuǎn)中心的旋轉(zhuǎn)聯(lián)結(jié)R附接至彼此。第一RMA60的翼Dl面對與第二RMA70的翼D2相反的巡回方向，使得它們的旋轉(zhuǎn)方向61、71相反。第一RMA60，可以大體與第四實施方案的NAVIOc相似，包括電力和控制電路模塊37，在它旋轉(zhuǎn)61時為NAV50提供升舉L和姿態(tài)修正；而第二RMA70使用來自它的翼D2的推進力、使用來自傳感器模塊38的反饋來保持關(guān)于它周邊的相對旋轉(zhuǎn)位置，傳感器模塊38可以包括磁和光傳感器，很像NAVIOc的模塊39。圖9A示出了第六實施方案NAV10d，其中換能器14具有用于應(yīng)力-應(yīng)變反饋感測的電分隔區(qū)域80，兩個附接的翼81和82連接至該NAV的控制器電子器件模塊84和傳感器模塊86，使得它可以檢測處于用于最大效率的正確驅(qū)動激勵頻率的適當(dāng)調(diào)諧的諧振。NAVIOd具有兩對翼較大的一對翼90和較小的一對翼92，它們關(guān)于沿著該NAV的縱向延伸的軸線對稱布置。圖9B示出了第七實施方案NAV10e，其中它的電力和控制模塊24和傳感器模塊22被附接在驅(qū)動盤12下方、處于該RMA的中心點C，使得對它的平衡的振蕩應(yīng)力-應(yīng)變分量顯現(xiàn)出最小的影響。圖10示出了第八實施方案NAVIOf，它具有三對對立的彈簧-質(zhì)量諧振器，對立地安裝在驅(qū)動盤12上。一對彈簧-質(zhì)量諧振器的兩個部件彈簧-質(zhì)量諧振器LS、LM、RS和RM被調(diào)諧至相近的頻率，使得它們一起響應(yīng)于驅(qū)動器的信號諧波含量中的相近的頻率分量，并且附接有翼阻尼器LD和RD以提供用于NAVlOf的升舉。這兩個部件諧振器沿著驅(qū)動盤12的一條軸線對立布置，使得由這些諧振器引起的扭矩運動被彼此抵消(并且抵消來自該驅(qū)動盤自身的、作用于該軸線的扭矩運動)。第二對彈簧-質(zhì)量諧振器LS2、LM2、RS2和RM2類似地包括兩個相似調(diào)諧的部件，它們沿著驅(qū)動盤12上的另一條軸線——其偏離該第一對的軸線——對立布置。該第二對中的僅一個彈簧-質(zhì)量諧振器RS2和RM2附接有翼阻尼器RD2。該翼RD2為該NAV提供了姿態(tài)控制。該第二對的對立部件不附接有翼阻尼器；它唯一的功能是抵消由對立的彈簧-質(zhì)量-阻尼器RS2、RM2和RD2引起的扭矩運動。該第二對LS2、LM2、RS2和RM2的已調(diào)諧頻率不同于該第一對LS、LM、RS和RM的已調(diào)諧頻率。第三對相似調(diào)諧的彈簧-質(zhì)量諧振器LS3、LM3、RS3和RM3與該第二對相似，但翼阻尼器LD3附接在左側(cè)而非右側(cè)，并且被調(diào)諧至另一個不同的頻率。該第三對沿著布置的軸線與該第二對的軸線以相同的角度偏離該第一對的軸線，但反過來也提供了沿著NAVIOf的縱向軸線的對稱布置。如同該第二對的單翼阻尼器RD2—樣，單翼阻尼器LD3也提供了用于該NAV的姿態(tài)控制。該配置允許通過如下方式對這三對諧振彈簧-質(zhì)量附件進行獨立的翼沖程幅度控制對變化幅度的三個不同的頻率振蕩信號(優(yōu)選地是正弦波)總計(sum)以構(gòu)造驅(qū)動激勵信號，于是每對彈簧-質(zhì)量諧振器將僅響應(yīng)當(dāng)驅(qū)動器信號的諧波含量包括它的頻率時的有力運動(energeticmovement)。只要驅(qū)動器的激勵信號的諧波含量僅包含與這三對彈簧-質(zhì)量諧振器之中的一個或更多個諧振器相近的頻率分量，則驅(qū)動器應(yīng)變就將保持最小，同時有效率地使該驅(qū)動器的振蕩應(yīng)力能量向所述翼的有力運動的轉(zhuǎn)變最大化。該實施方案的尤其有利之處在于，每對諧振器充當(dāng)一個真實調(diào)諧的對，消除由該對中的對立諧振器產(chǎn)生的扭矩運動，而不需要另外的反作用裝置(諸如質(zhì)量)。優(yōu)選地，每對沿著相應(yīng)的軸線定位，這些軸線都穿過驅(qū)動盤12的中心點。應(yīng)理解，沒有使用單個彈簧-質(zhì)量諧振器(諸如RS3、RM3)抵消來自對立的彈簧-質(zhì)量(-阻尼器)諧振器(諸如LS3、MS3(和LD3))的動量，而是該單個彈簧-質(zhì)量諧振器RD3、RM3可以被替換成兩個或更多個彈簧-質(zhì)量諧振器，它們都被調(diào)諧至相同的頻率，并且被布置為使得它們的總計動量抵消對立的彈簧-質(zhì)量(_阻尼器)諧振器的動量。例如，彈簧-質(zhì)量諧振器RS3、RM3可以被替換成一對重量更輕型的彈簧-質(zhì)量諧振器，它被布置為對稱地偏置在該第三對起初沿著對齊的軸線的對立側(cè)，該替換對的動量的總計與彈簧-質(zhì)量諧振器RS3、RM3的動量的總計相等(并且與彈簧-質(zhì)量(-阻尼器)諧振器LS3、LM3(和LD3)的動量的總計相等但相反)。圖IlA和IlB示出了RMA的兩個相位，該RMA具有兩個對立附接的彈簧-質(zhì)量諧振器RS、LS、RM和LM，在諧振振蕩中分別處于向上周期和向下周期。圖IlA示出了質(zhì)量RM和LM處于朝著向上周期的盡頭的高位置。在該情形下，所述彈簧-質(zhì)量諧振器施加扭力矢量RSU和LSU，它們試圖向上彎曲驅(qū)動盤12的對立端部RC和LC，其中所述彈簧-質(zhì)量諧振器被附接至該驅(qū)動盤。同時，在換能器14的作用下，驅(qū)動盤12的扭力矢量RDD和LDD試圖向下彎曲對立端部RC和LC。圖IlB示出了質(zhì)量RM和LM處于朝著向下周期的盡頭的低位置。在該情形下，所述彈簧-質(zhì)量諧振器施加扭力矢量RSD和LSD，它們試圖向下彎曲驅(qū)動盤12的對立端部RC和LC。同時，在換能器14的作用下，驅(qū)動盤12的扭力矢量RDU和LDU試圖向上彎曲對立端部RC和LC。在整個周期中，由所述彈簧-質(zhì)量諧振器施加的扭力矢量趨于抵消由驅(qū)動盤12施加的扭力矢量，從而基本抵消該驅(qū)動盤企圖的寬振蕩應(yīng)變。彈簧RS和LS的在連接點RC和LC處附接至驅(qū)動盤12的端部，優(yōu)選地展現(xiàn)出相對于中心點C的最小應(yīng)變。結(jié)果，由振蕩換能器14在驅(qū)動盤12中引起的應(yīng)力沒有被轉(zhuǎn)變成該驅(qū)動盤的應(yīng)變(即，偏轉(zhuǎn))，而是以有效率的能量傳遞轉(zhuǎn)變成沿著彈簧RS和LS的長度的漸寬的應(yīng)變。這導(dǎo)致了寬的有力偏轉(zhuǎn)RO和L0，而適于聯(lián)結(jié)至一個或多個阻尼器一諸如翼一來執(zhí)行任務(wù)。當(dāng)壓電材料被用于換能器14時，該180°C異相條件意味著，它可以比其他情況更強勁地驅(qū)動，因為避免了來自多余應(yīng)變的損害。兩個或更多個彈簧-質(zhì)量諧振器可以被如此調(diào)諧和放置在驅(qū)動盤12上，使得引起多個頻率可選擇的變形，它們集合起來使驅(qū)動器應(yīng)變最小化。若驅(qū)動盤12不與分立的振蕩換能器14結(jié)合，這兩個部件可以被形成為單一件，例如通過形成由壓電材料制成或由具有整體活性內(nèi)含物的材料制成的整件。在大約蜜蜂尺寸的小尺度，目前可用的電池技術(shù)的功率密度僅能提供短時間飛行，因此設(shè)想，對于短距離運行(比如幾米)，基于RMA的NAV可以通過電磁輻射將它們的電力傳輸至機載感應(yīng)線圈，用于持久飛行，并且可以通過在電磁場附近盤旋來在飛行中再充電，而不需要著陸。應(yīng)認識到，上述各種實施方案的方面可以與其他實施方案的方面組合，以開發(fā)出其他的替代的NAV。例如，在任何這些實施方案中可以采用應(yīng)力或應(yīng)變傳感器。類似地，一個實施方案的電力模塊和/或傳感器模塊可以與另一個實施方案的交換。圖10的實施方案的成對已調(diào)諧諧振器的原理可以被延伸應(yīng)用在任何其他實施方案中。一些NAV設(shè)計可以由多于一個的分立RMA組成，它們附接至電源、傳感器和控制電子器件，從而被用不同的激勵信號幅度分立地控制，以提供幾個空間分立的適于姿態(tài)取向控制的推進源。該RMA引擎原理對于很廣的尺度范圍都有效。例如，大RMA可以被用于適當(dāng)設(shè)計的輕型飛機彈性翼，使其在附接至人背部的控制挽具時作為個人運輸機。使用小應(yīng)變來工作的壓電致動普遍存在于許多產(chǎn)品中，因為RMA引擎通常不需要強支撐框架或質(zhì)量來發(fā)生反作用，并且它的驅(qū)動器通常在運行中顯現(xiàn)出可忽略的應(yīng)變。它的原理可以被用來制作許多產(chǎn)品，這些產(chǎn)品更有效率地使用壓電材料，并且具有小得多的不想要的振動、支撐框架或質(zhì)量，從而有效率地工作。總體上，RMA引擎可以被用作如下的NAV，它使用一個或多個翼阻尼器，所述翼阻尼器附接至兩個或更多個彈簧-質(zhì)量諧振器，所述諧振器被基本對立地結(jié)合到壓電驅(qū)動盤上。這些諧振彈簧-質(zhì)量-阻尼器系統(tǒng)被該驅(qū)動盤激勵以諧振，并且放大壓電振蕩應(yīng)力以及一些殘余應(yīng)變，轉(zhuǎn)變成適于驅(qū)動所述翼的大的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)?？焖僬褚硪种屏酥C振、釋放了能量、并且產(chǎn)生了強勁的尾潤推力(wakevortextrust)。一個驅(qū)動器用于所有馬達功能。因為把應(yīng)力和小的驅(qū)動器應(yīng)變放大成拍打翼動力是僅由諧振運動放大實現(xiàn)的，而不使用樞轉(zhuǎn)聯(lián)結(jié)零件或其他類型的運動副，所以該引擎提供了理想地適于NAV尺度的微機械昆蟲設(shè)計的低摩擦、高速度和高效率。因為該RMA馬達(motor)和傳輸機構(gòu)沒有緊密放置的零件，所以由摩擦引起的機械引擎故障以及由外部粒子污染引起的故障是低的。制造成本是低的，因為RMA的整個身體(包括它的諧振器附件)，可以通過模塑、三維打印、擠壓以及其他既定制造方法被形成為一件。通過制造適當(dāng)成型的諧振器，可以實現(xiàn)具有可限定的量的三維被動順從運動，從而輔助復(fù)雜的昆蟲飛行動力，包括被動翼旋轉(zhuǎn)。機構(gòu)復(fù)雜度是低的，因為僅僅單零件RMA可以被成型為對于多于一個的驅(qū)動器頻率具有多于一個的諧振機械響應(yīng)，從而允許通過將驅(qū)動信號調(diào)節(jié)到增強的飛行控制來根據(jù)需求執(zhí)行限定的動力。優(yōu)選地，該RMA(包括翼脈)被形成為單個零件，盡管它可以被形成為附接的子部件的組裝件。優(yōu)選地，該RMA和翼脈由使用碳和/或超高分子重聚乙烯纖維復(fù)合物的輕重量且高張力的零件制成，盡管它可以包括其他材料，諸如碳納米管和石墨。優(yōu)選地，該RMA的振動驅(qū)動器由雙壓電晶片換能器形成，其中兩層壓電材料結(jié)合到機體(body)的兩側(cè)，盡管它可以包括一個或多個壓電結(jié)合的零件。雖然相應(yīng)的各對諧振器通常被描述為在驅(qū)動盤12上彼此對立，但應(yīng)理解，它們可以稍微偏離這樣的對稱對齊，盡管這樣的布置很可能不那么有效率，除非采用一個或多個另外的反作用裝置(附加的質(zhì)量或附加的諧振器)來平衡這些力。該引擎自身以及用于驅(qū)動翼的機構(gòu)可以被形成為單個復(fù)合零件。該解決方案降低了昆蟲尺寸設(shè)備的重量，并且能夠產(chǎn)生高的振翼頻率。該設(shè)備用一個柔性零件取代了胸腔外骨骼、背-腹和背-縱向昆蟲肌肉。單個彈簧-質(zhì)量諧振器和驅(qū)動器在輕繩索上時未在諧振處展現(xiàn)出寬偏轉(zhuǎn)，除非該驅(qū)動器的對立端附接至重基(地面)以充當(dāng)反作用裝置來隔離反向彎曲動量。然而，如果兩個鏡像諧振器被安裝至驅(qū)動器的對立端，因為扭力處于反相，則這兩個諧振器將產(chǎn)生大的翼偏轉(zhuǎn)，從而為每個彈簧-質(zhì)量諧振器呈現(xiàn)出虛擬地面。該引擎可以包括被組裝在一起的若干個分立元件，諸如分立的驅(qū)動盤12、換能器14和彈簧-質(zhì)量諧振器，或者可以由輕型高張力模量材料的連續(xù)部分形成。權(quán)利要求1.一種諧振引擎，包括驅(qū)動盤，聯(lián)結(jié)有至少一個振蕩換能器；驅(qū)動信號生成器，連接至所述振蕩換能器，用于激勵所述振蕩換能器；第一彈簧-質(zhì)量諧振器，具有第一自然諧振頻率，且?guī)в幸粋€附接至所述驅(qū)動盤的近端以及一個自由遠端；以及反作用裝置，在基本與所述第一彈簧-質(zhì)量諧振器對立的位置附接至所述驅(qū)動盤；其中當(dāng)所述振蕩換能器被來自所述生成器的具有處于或接近所述第一自然諧振頻率的分量的驅(qū)動信號激勵時，所述第一彈簧-質(zhì)量諧振器基本與所述驅(qū)動盤反相地諧振振蕩。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的諧振引擎，其中所述驅(qū)動信號生成器被適配為生成具有可變諧波含量的電信號。3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的諧振引擎，其中所述反作用裝置包括第二彈簧-質(zhì)量諧振器，所述第二彈簧-質(zhì)量諧振器被基本與所述第一彈簧-質(zhì)量諧振器對稱地安裝在所述驅(qū)動盤上。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的諧振引擎，其中所述第二彈簧-質(zhì)量諧振器，獨立地被測量，具有一個不同于所述第一自然諧振頻率的第二自然諧振頻率。5.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的諧振引擎，其中所述或每個彈簧-質(zhì)量諧振器的彈簧，連同所述驅(qū)動盤，當(dāng)在所述驅(qū)動盤的平面中看時包括一個Z彎部，所述Z彎部的近端毗鄰所述驅(qū)動盤。6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的諧振引擎，其中所述驅(qū)動盤和所述或每個彈簧彼此整體形成為單一件。7.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的諧振引擎，還包括附接在所述或每個彈簧-質(zhì)量諧振器的自由遠端處或附近的分立質(zhì)量。8.根據(jù)權(quán)利要求5、6或7中任一所述的諧振引擎，其中所述第一彈簧-質(zhì)量諧振器還包括阻尼器，所述阻尼器被安裝在所述彈簧的自由遠端處，由此形成第一彈簧-質(zhì)量-阻尼器系統(tǒng)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的諧振引擎，其中所述阻尼器包括翼。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的諧振引擎，當(dāng)從屬于權(quán)利要求3時，其中所述第二彈簧-質(zhì)量諧振器還包括阻尼器，所述阻尼器被安裝在它的彈簧的自由遠端處，由此形成第二彈簧-質(zhì)量-阻尼器系統(tǒng)。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的諧振引擎，其中所述第二彈簧-質(zhì)量-阻尼器系統(tǒng)的阻尼器包括翼。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的諧振引擎，其中所述第二彈簧-質(zhì)量-阻尼器系統(tǒng)的翼與所述第一彈簧-質(zhì)量-阻尼器系統(tǒng)的翼面對相同的方向。13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的諧振引擎，其中所述第二彈簧-質(zhì)量-阻尼器系統(tǒng)的翼與所述第一彈簧-質(zhì)量-阻尼器系統(tǒng)的翼面對相反的方向。14.根據(jù)權(quán)利要求3或從屬于它的任一權(quán)利要求所述的諧振引擎，還包括附接至所述驅(qū)動盤的至少一個附加的彈簧-質(zhì)量諧振器。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的諧振引擎，其中所述或每個附加的彈簧-質(zhì)量諧振器具有相應(yīng)的不同于所述第一彈簧-質(zhì)量諧振器的自然諧振頻率。16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的諧振引擎，其中進一步地，所述彈簧-質(zhì)量諧振器形成腿，所述腿延伸以與地面接觸，且以引起陸地行進的方式可顫動。17.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的諧振引擎，其中所述振蕩換能器包括選自以下組的至少一個材料壓電材料；介電彈性體材料；機電活性材料；電磁-機械活性材料；核直接集電致動感生振蕩的源。18.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的諧振引擎，其中所述驅(qū)動盤和所述振蕩換能器被整體形成為單一件。19.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的諧振引擎，還包括至少一個機載電源，所述至少一個機載電源選自以下組電池；可再充電電池；核電池；電池單元；可再充電電池單元；太陽能電池單元；燃料電池單元。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的諧振引擎，其中所述至少一個電源通過至少一個能源可再充電，所述至少一個能源選自以下組照射在所述太陽能電池單元上的光；通過所述壓電換能器的外部顫動刺激產(chǎn)生的電；放射性同位素衰變；用于所述燃料電池單元的燃料；由熱差產(chǎn)生的電；至充電器的直接電聯(lián)結(jié)。21.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的諧振引擎，還包括機載接收器，所述機載接收器被適配為接收外部電磁能并將該外部電磁能調(diào)整成電能。22.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的諧振引擎，還包括應(yīng)力或應(yīng)變傳感器，所述應(yīng)力或應(yīng)變傳感器連接至所述驅(qū)動盤以檢測其力。23.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的諧振引擎，還包括至少一個傳感器，所述至少一個傳感器選自以下組姿態(tài)傳感器；位置傳感器；方向傳感器；運動傳感器；定位傳感器；慣性傳感器；回旋傳感器；磁傳感器；光傳感器；接近度傳感器；掃描傳感器；高度傳感器；攝像機。24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的諧振引擎，其中所述至少一個傳感器能夠檢測所述引擎相對于固定參考坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)取向。25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的諧振引擎，當(dāng)從屬于權(quán)利要求2以及從屬于權(quán)利要求9或13時，其中來自所述至少一個傳感器的輸出在反饋回路中被饋送至所述驅(qū)動信號生成器，以使來自所述生成器的驅(qū)動信號與所述引擎的旋轉(zhuǎn)同步。26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的諧振引擎，還包括通過旋轉(zhuǎn)聯(lián)結(jié)被安裝至它的一個這樣的第二引擎，由此所述第二引擎被控制以相對于所述固定參考坐標(biāo)系保持固定旋轉(zhuǎn)位置。27.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的諧振引擎，還包括用于遠程操作所述驅(qū)動信號生成器的裝置。28.根據(jù)權(quán)利要求3或從屬于它的任一權(quán)利要求所述的諧振引擎，其中所述彈簧-質(zhì)量諧振器被這樣調(diào)諧并布置為使得，由相應(yīng)的彈簧-質(zhì)量諧振器生成的扭力矩基本彼此抵消，并且基本抵消所述驅(qū)動盤的扭力矩，由此得到一個系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中基本所有輸入到所述驅(qū)動盤的能量都被傳輸至所述彈簧-質(zhì)量諧振器用于偏轉(zhuǎn)該彈簧-質(zhì)量諧振器的自由遠端，而不是導(dǎo)致所述驅(qū)動盤的相當(dāng)大的偏轉(zhuǎn)。29.一種諧振引擎，如前文參照附圖描述的。全文摘要公開了一種諧振引擎，包括驅(qū)動盤(12)，聯(lián)結(jié)有至少一個振蕩換能器(14)；驅(qū)動信號生成器，連接至所述振蕩換能器，用于激勵所述振蕩換能器；第一彈簧-質(zhì)量諧振器，具有第一自然諧振頻率，帶有一個附接至所述驅(qū)動盤(12)的近端以及一個自由遠端；以及反作用裝置，在基本與所述第一彈簧-質(zhì)量諧振器對立的位置附接至所述驅(qū)動盤。當(dāng)所述振蕩換能器(14)被來自所述生成器的具有處于或接近所述自然諧振頻率的分量的驅(qū)動信號激勵時，所述第一彈簧-質(zhì)量諧振器基本與所述驅(qū)動盤(12)反相地諧振振蕩。所述振蕩換能器(14)中的小的顫動應(yīng)變被轉(zhuǎn)化為可控制動力運動的大的應(yīng)變。文檔編號B64C33/02GK102712365SQ201080061440公開日2012年10月3日申請日期2010年12月15日優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日發(fā)明者G·T·格利尼爾申請人:邁普伯德有限公司