本實(shí)用新型涉及仿生撲翼機(jī)器人領(lǐng)域，具體地講是一種曲柄連桿滑塊彈簧式仿生撲翼裝置。

背景技術(shù)：

鳥類在飛行時(shí)通過控制其撲翼上羽毛的張開或收攏進(jìn)行排風(fēng)或兜風(fēng)，即將空氣從羽毛張開的排風(fēng)口中排出，或?qū)湟硐路降目諝舛底。瑥亩鴾p小空氣對(duì)鳥類飛行的阻力或增大鳥類飛行的浮力，提高其工作效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高空、長(zhǎng)距離的持續(xù)飛行。現(xiàn)有的大部分仿生撲翼僅實(shí)現(xiàn)了上、下擺動(dòng)，并沒有充分考慮兜風(fēng)、排風(fēng)原理，因此工作效率比較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供了一種曲柄連桿滑塊彈簧式仿生撲翼裝置，其目的是通過控制羽片的張合，克服現(xiàn)有仿生撲翼工作效率低的問題，利于實(shí)現(xiàn)仿生撲翼機(jī)器人高空、遠(yuǎn)距離的飛行。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下：一種曲柄連桿滑塊彈簧式仿生撲翼裝置，包括支架、轉(zhuǎn)軸和若干羽片，所述轉(zhuǎn)軸固定插設(shè)于支架內(nèi)側(cè)，所述羽片并排設(shè)于支架內(nèi)側(cè)，且可繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，每片羽片下方設(shè)有一滑塊，滑塊與羽片的底部設(shè)有一彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)連接。所有滑塊之間由一固定桿固定連接；所有滑塊均可沿其下方設(shè)有的滑軌滑動(dòng)，滑軌固定在支架上。所述滑軌底部固定連接一電機(jī)座，所述電機(jī)座上設(shè)有一步進(jìn)電機(jī)，并與滑塊配合設(shè)置。所述步進(jìn)電機(jī)的輸出軸上固定連接有一曲柄，所述曲柄與任一滑塊通過一連桿聯(lián)動(dòng)連接。

進(jìn)一步地，所述支架為U形支架，所述羽片為與U形支架相適應(yīng)的弧形片，所述羽片為向上隆起的?；⌒蔚闹Ъ堋⒂鹌軠p小其上方受到的阻力，增大其下方受到的浮力，從而有利于增強(qiáng)仿生撲翼機(jī)器人的飛行能力。

進(jìn)一步地，所述羽片的四側(cè)側(cè)邊和支架的內(nèi)側(cè)邊沿上均設(shè)有密封條，用以減小羽片閉合時(shí)羽片之間、羽片與支架間的間隙，從而增強(qiáng)兜風(fēng)效果。

進(jìn)一步地，所述羽片上表面、羽片下表面各設(shè)有一風(fēng)速傳感器。所述風(fēng)速傳感器用于監(jiān)測(cè)羽片上、下表面的風(fēng)速，利用風(fēng)速數(shù)據(jù)能夠判斷撲翼上、下擺動(dòng)的狀態(tài)，以便控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)軸為中空軸，以降低撲翼的重量。

進(jìn)一步地，所述固定架的形狀為U形。

進(jìn)一步地，所述彈簧一端與羽片轉(zhuǎn)動(dòng)連接，其另一端與滑塊轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述彈簧具有足夠的剛度，推動(dòng)或拉動(dòng)羽片運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述與連桿相連的滑塊側(cè)面、曲柄表面均設(shè)有棍軸，所述連桿的兩端分別與滑塊側(cè)面、曲柄表面上的棍軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接。

進(jìn)一步地，所述電機(jī)座的形狀為U形。

本實(shí)用新型的工作原理及有益效果如下：本實(shí)用新型采用兜風(fēng)、排風(fēng)原理，在支架上設(shè)有羽片，由步進(jìn)電機(jī)提供驅(qū)動(dòng)力，通過曲柄連桿滑塊彈簧機(jī)構(gòu)帶動(dòng)羽片轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)羽片的張開或收攏，從而減小飛行的阻力，增加飛行的浮力，提高其工作效率，進(jìn)而利于實(shí)現(xiàn)仿生撲翼機(jī)器人高空、遠(yuǎn)距離的飛行。

具體地講，撲翼從最下端擺動(dòng)至最上端包括三個(gè)部分：第一部分為撲翼從最下端向上擺動(dòng)時(shí)，羽片受彈簧拉力作用向下轉(zhuǎn)動(dòng)，相鄰羽片之間的排風(fēng)口逐漸增大，撲翼上方的空氣從排風(fēng)口中排出，從而減小撲翼上方的空氣阻力；第二部分為當(dāng)撲翼擺動(dòng)至水平位置時(shí)，羽片受彈簧推力作用向上轉(zhuǎn)動(dòng)，相鄰羽片之間的排風(fēng)口逐漸減?。坏谌糠譃楫?dāng)撲翼擺動(dòng)至最上端時(shí)，相鄰羽片之間無(wú)縫隙貼合。當(dāng)撲翼從最上端向下擺動(dòng)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，保持相鄰羽片之間緊閉、貼合的狀態(tài)，將撲翼下方的空氣兜住，從而增加撲翼的空氣浮力，以利于實(shí)現(xiàn)仿生撲翼機(jī)器人的上升。

本實(shí)用新型結(jié)合風(fēng)速傳感器監(jiān)測(cè)撲翼上表面和下表面的風(fēng)速變化，判斷撲翼上、下擺動(dòng)的狀態(tài)，通過步進(jìn)電機(jī)的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)羽片打開的角度，以滿足飛行要求。本實(shí)用新型采用曲柄連桿滑塊彈簧機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了所有羽片的聯(lián)動(dòng)動(dòng)作，提高了羽片的同步性和穩(wěn)定性，降低了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，便于加工、裝配及控制，尤其適用于大風(fēng)、強(qiáng)風(fēng)等惡劣環(huán)境中中型、大型仿生撲翼機(jī)器人的持續(xù)飛行。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型具體實(shí)施例整體示意圖；

圖2為本實(shí)用新型具體實(shí)施例底部結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本實(shí)用新型具體實(shí)施例兜風(fēng)狀態(tài)圖；

圖4為本實(shí)用新型具體實(shí)施例排風(fēng)狀態(tài)圖。

圖中所示：支架1、羽片2、固定架3、彈簧4、滑軌5、滑塊6、步進(jìn)電機(jī)7、固定桿8、連桿9、曲柄10、風(fēng)速傳感器11、排風(fēng)口12、轉(zhuǎn)軸13、密封條14、電機(jī)座15。

具體實(shí)施方式

如圖1、圖2所示，本實(shí)施例主要由支架1、羽片2、彈簧4、滑塊6、滑軌5、連桿9、曲柄10和步進(jìn)電機(jī)7等零部件組成。羽片2并排平鋪設(shè)于支架1中，相鄰羽片2之間互不重疊，其四側(cè)側(cè)邊以及支架1內(nèi)側(cè)邊沿上設(shè)有密封條14，用于減小羽片2閉合時(shí)羽片2之間、羽片2與支架1之間的間隙，降低撲翼兜風(fēng)狀態(tài)下漏風(fēng)、跑風(fēng)情況。支架1為U形支架1，羽片2為與U形支架1相適應(yīng)的弧形片。羽片2的左半側(cè)通過轉(zhuǎn)軸13轉(zhuǎn)動(dòng)固定于支架1上，羽片2右側(cè)底部與滑塊6之間通過彈簧4連接?；瑝K6設(shè)于其下方的滑軌5上，并可在滑軌5上來(lái)回滑動(dòng)，滑軌5通過固定架3固定在支架1上。滑塊6之間通過固定桿8連接為一體，最右端的滑塊6與步進(jìn)電機(jī)7輸出軸之間通過曲柄10、連桿9傳動(dòng)連接。步進(jìn)電機(jī)7安裝在電機(jī)座15上，電機(jī)座15固定在滑軌5底部。曲柄10垂直于步進(jìn)電機(jī)7的輸出軸，且固定安裝于步進(jìn)電機(jī)7的輸出軸上。曲柄10的遠(yuǎn)離步進(jìn)電機(jī)7的外表面上垂直設(shè)有棍軸一，最右端的滑塊6與步進(jìn)電機(jī)7輸出軸同側(cè)的側(cè)面上垂直設(shè)有棍軸二，棍軸一與棍軸二末端位于同一豎直平面上，連桿9位于該豎直平面中，且其兩端分別與棍軸一、棍軸二轉(zhuǎn)動(dòng)連接。羽片2的上表面、下表面各設(shè)有一風(fēng)速傳感器11，風(fēng)速傳感器11用于監(jiān)測(cè)羽片2上、下表面的風(fēng)速變化，其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)用于控制步進(jìn)電機(jī)7。

結(jié)合圖3所示，撲翼在整個(gè)下擺過程中，所有羽片2始終相互貼合，彈簧4處于自然狀態(tài)，滑塊6位于彈簧4正下方，整個(gè)過程中撲翼上、下表面的空氣無(wú)法經(jīng)過撲翼流動(dòng)，利用撲翼本身的弧形結(jié)構(gòu)將下方的空氣兜住，增加其下方受到的空氣浮力，從而實(shí)現(xiàn)仿生撲翼機(jī)器人的上升。結(jié)合圖4所示，當(dāng)撲翼下擺至最低端需要再次上擺時(shí)，步進(jìn)電機(jī)7帶動(dòng)曲柄10一起轉(zhuǎn)動(dòng)，然后通過連桿9帶動(dòng)最右端的滑塊6向左移動(dòng)；由于相鄰滑塊6之間通過固定桿8聯(lián)動(dòng)，因此其他滑塊6跟隨最右端滑塊6一同移動(dòng)；各滑塊6向左移動(dòng)過程中拉動(dòng)彈簧4，彈簧4受到拉力產(chǎn)生形變，向下拉動(dòng)羽片2右半側(cè)的側(cè)邊使其順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，相鄰羽片2之間出現(xiàn)排風(fēng)口12，撲翼上表面的空氣通過排風(fēng)口12排出至撲翼下表面，從而減小撲翼上表面的空氣阻力；當(dāng)撲翼擺動(dòng)至水平位置繼續(xù)向上擺動(dòng)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)7開始反轉(zhuǎn)，連桿9帶動(dòng)滑塊6右移，羽片2在彈簧4的推力作用下緩慢閉合；當(dāng)撲翼擺動(dòng)至最上端時(shí)，步進(jìn)電機(jī)7反轉(zhuǎn)至起始點(diǎn)，羽片2通過曲柄10連桿9滑塊6彈簧4機(jī)構(gòu)完全閉合。

本實(shí)用新型采用兜風(fēng)、排風(fēng)原理，結(jié)合風(fēng)速傳感器11監(jiān)測(cè)撲翼的擺動(dòng)狀態(tài)，控制步進(jìn)電機(jī)7的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過曲柄10連桿9滑塊6彈簧4機(jī)構(gòu)控制羽片2的閉合與張開，調(diào)節(jié)仿生撲翼上、下表面的受力，提高仿生撲翼的工作效率，從而利于實(shí)現(xiàn)仿生撲翼機(jī)器人高空、長(zhǎng)距離的飛行。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于加工裝配與維修、控制方便、穩(wěn)定性好，特別適用于大風(fēng)、強(qiáng)風(fēng)等惡劣環(huán)境下中型或大型仿生撲翼機(jī)器人的持續(xù)飛行。