一種可實現(xiàn)差幅撲動的撲翼機構與撲翼機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及機器人領域，尤其是涉及一種撲翼機構，本發(fā)明還涉及一種撲翼機。
【背景技術】
[0002]在目前對于仿鳥撲翼飛行器的設計中，一般是依靠翅膀撲動產(chǎn)生飛行時所需的升力和推力，而尾翼則負責提供轉向與機動時所需的俯仰和偏航力矩。對于當前研究得最為廣泛的單自由度平面撲動撲翼飛行器，其翅膀僅用于實現(xiàn)撲動動作，尾翼則完成俯仰和偏航調節(jié)作用。然而自然界中的鳥類在飛行時的機動與轉向調節(jié)作用并不只是依靠尾翼來完成，事實上雙翼發(fā)揮的作用要更大。大部分鳥類的尾巴對于機體的功能是用于平衡與調整其在飛行時的姿態(tài)，而雙翼在撲動時一方面會產(chǎn)生飛行時所需的升力與推力，另一方面則也能夠產(chǎn)生其在轉向與機動動作時所需的俯仰、偏航和滾轉力矩。
[0003]鳥類之所以能夠通過一次撲動就同時產(chǎn)生飛行時所需的所有升力、推力和調整力矩，其最主要的原因在于鳥類的翅膀可以實現(xiàn)非對稱撲動。鳥類翅膀由于其結構的特殊性，單側翅膀可以實現(xiàn)的動作除了上下往復撲動、翅膀的外段相對于內段折疊收攏以及翅膀后緣相對于翅膀前緣扭轉等以外，最重要的是兩側翅膀可以完全獨立地完成這些動作一一不同步、不同幅度。這種撲動規(guī)律可以類比為人類在走路時兩只手的動作，我們可以根據(jù)所需要完成的動作來分別獨立地控制和調整兩只手各自的運動方式。
[0004]在傳統(tǒng)的撲翼機設計中，完全對稱布置的撲動機構由于在任意撲動時刻兩側翅膀上所產(chǎn)生的力都是對稱且一致的，因此其無法產(chǎn)生滾轉力矩。此時的撲翼機的機動與轉向操作都必須依賴于尾翼的調節(jié)作用(尾翼部分通過擺動產(chǎn)生必要的偏航和俯仰力矩)。但是由于尾翼部分所產(chǎn)生的滾轉和偏航力矩有限，同時僅僅依靠尾翼的動作來實現(xiàn)機動也會使得機體在改變飛行方向的同時發(fā)生較大的側滑，因此現(xiàn)有的撲翼機在完成轉向與俯仰動作時往往會形成較大的轉彎半徑。
[0005]此外，對稱布局的平面撲動機構還存在著對環(huán)境的適應性差、機動性能差等缺點。當外界氣流不穩(wěn)定、飛行條件很差時，機身很容易發(fā)生偏轉、滾動或者晃動，此時完全對稱且固定布置的平面撲動結構將無法通過主動地調整撲動模式來抵消或者是減輕惡劣環(huán)境的影響。
[0006]當然，在目前也存在著一些做平面撲動的撲翼飛行器被設計成左右兩側翅膀均能夠完全獨立控制的布局形式一一兩側翼可以完全獨立地控制和調節(jié)其撲動的頻率、幅度和翅膀靜止時的位置，但是這種方式需要通過增加額外驅動電機的數(shù)量、增加機體的自由度來實現(xiàn)。這樣做一方面會增加結構的復雜性、控制的難度以及降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，與此同時，因為差幅撲動時的理論依據(jù)是左右兩側翼在撲動時所產(chǎn)生的整體滾轉力矩效果(即左右兩側翼上產(chǎn)生的氣動力差值的大小對于重心的合力矩值)，而在要求提高滾轉性能時往往并不會要求單側翼需要具備完全靜止而只是依靠另一側翼的撲動的能力。因此，這種能夠完全獨立控制雙側翼的設計對于改善撲翼飛行器在實際飛行過程中性能方面的整體優(yōu)越性其實并不大。
[0007]據(jù)此，本發(fā)明提出了一種結構簡單、控制容易而且性能穩(wěn)定的非對稱撲動機構。

【發(fā)明內容】

[0008]為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種可實現(xiàn)差幅撲動的撲翼機構，可以實現(xiàn)撲翼機以更快的速度和更小的轉彎半徑實現(xiàn)轉向動作，提高撲翼機的機動性能；在外界氣流紊亂的條件下可以通過差幅撲動來矯正機身的滾轉或者是姿態(tài)偏移，增加機體對于環(huán)境的適應性，以及飛行時的穩(wěn)定性。
[0009]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:
一種可實現(xiàn)差幅撲動的撲翼機構，包括作為承載結構的機架；
分列于機架兩側的撲翼搖桿，撲翼搖桿以與機架的連接處作為支點形成搖桿機構；兩處的連桿，連桿的一端作為連接端與同側撲翼搖桿鉸接，另一端作為動力端，其可在外力的作用下帶動對應的撲翼搖桿發(fā)生繞支點的往復轉動；
驅動組件，驅動組件用于驅動兩側連桿的動力端同步運動；
其中
兩側連桿的動力端與同側支點之間的距離可以由相等的第一狀態(tài)調節(jié)為不相等的第二狀態(tài)，當其處于第一狀態(tài)時，兩側的撲翼搖桿在同一撲動行程內的撲動幅度相等；當其處于第二狀態(tài)時，兩側的撲翼搖桿在同一撲動行程內的撲動幅度不相等。
[0010]作為上述方案的進一步改進方式，驅動組件包括曲柄滑塊機構，滑塊與連桿的動力端奴接。
[0011]作為上述方案的進一步改進方式，驅動組件包括主動齒輪、從動齒輪、驅動電機、偏心軸、驅動連桿、直線軸承、軸承基座與第一豎直導桿，其中
主動齒輪與驅動電機的驅動軸連接，并與驅動電機固接在機架上，從動齒輪與主動齒輪嚙合；
從動齒輪上偏尚圓心的位置設有偏心軸，驅動連桿分別與偏心軸、軸承基座鉸接，軸承基座可通過直線軸承沿第一豎直導桿上下運動；
兩側連桿的動力端分別與軸承基座鉸接。
[0012]作為上述方案的進一步改進方式，機架包括相互平行的前立架與后立架，前、后立架之間通過位于其兩側的水平導桿連接為一體，撲翼搖桿上設有安裝孔，水平導桿穿設在該安裝孔內，二者的結合部位形成的支點。
[0013]作為上述方案的進一步改進方式，包括可沿水平方向往復運動的差幅調節(jié)框架，從動齒輪、驅動連桿、直線軸承、軸承基座、第一豎直導桿與連桿均安裝在其內，其中，從動齒輪在隨差幅調節(jié)框架運動的過程中始終與主動輪保持嚙合。
[0014]作為上述方案的進一步改進方式，包括螺母與步進電機，螺母固接于前立架上，步進電機的旋轉軸為水平絲杠，絲杠與螺母螺接，步進電機與差幅調節(jié)框架固接。
[0015]作為上述方案的進一步改進方式，前、后立架上設有水平的導槽，差幅調節(jié)框架上設有導向板，該導向板插接在導槽內并可沿其滑動。
[0016]作為上述方案的進一步改進方式，包括限位連桿、第二豎直導桿與限位滑塊，第二豎直導桿與差幅調節(jié)框架固接，限位滑塊可相對第二豎直導桿上下移動，限位連桿的首端以及從動齒輪的中心與限位滑塊鉸接，限位連桿的尾端與驅動電機的旋轉軸鉸接。
[0017]一種撲翼機，包括翅膀，還包括上述的撲動機構，其中，翅膀分別與兩側的撲翼搖桿連接。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:
可以實現(xiàn)撲翼機以更快的速度和更小的轉彎半徑實現(xiàn)轉向動作，提高撲翼機的機動性能；在外界氣流紊亂的條件下可以通過差幅撲動來矯正機身的滾轉或者是姿態(tài)偏移，增加機體對于環(huán)境的適應性，以及飛行時的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0019]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0020]圖1是本發(fā)明一個實施例的整體示意圖；
圖2是本發(fā)明一個實施例的分解示意圖；
圖3是本發(fā)明差幅調節(jié)框架未發(fā)生偏移時的正視圖(隱藏后立架)；
圖4是本發(fā)明差幅調節(jié)框架未發(fā)生偏移時的運動簡圖；
圖5是本發(fā)明差幅調節(jié)框架向右偏移時的正視圖(隱藏后立架)；
圖6是本發(fā)明差幅調節(jié)框架向右偏移時的運動簡圖。
【具體實施方式】
[0021]以下將結合實施例和附圖對本發(fā)明的構思、具體結構及產(chǎn)生的技術效果進行清楚、完整地描述，以充分地理解本發(fā)明的目的、方案和效果。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0022]需要說明的是，如無特殊說明，當某一特征被稱為“固定”、“連接”在另一個特征，它可以直接固定、連接在另一個特征上，也可以間接地固定、連接在另一個特征上。此外，本發(fā)明中所使用的上、下、左、右等描述僅僅是相對于附圖中本發(fā)明各組成部分的相互位置關系來說的。
[0023]此外，除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與本技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例，而不是為了限制本發(fā)明。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的組合。
[0024]參照圖1與圖2，示出了本發(fā)明一個實施例的整體示意圖與分解示意圖，其包括作為承載結構的機架1，優(yōu)選的，機架I包括相互平行的前立架11與后立架12，前、后立架之間通過位于其兩側的水平導桿13連接為一體。
[0025]機架I的兩側分列有撲翼搖桿2與連桿5，撲翼搖桿2的長度相等，二者分別以其與機架I的連接處作為支點形成搖桿機構。連桿5的一端作為連接端與同側撲翼搖桿2鉸接，另一端作為動力端，其可在外力的作用下帶動對應的撲翼搖桿發(fā)生繞支點的往復轉動。還包括驅動組件，其用于驅動兩側連桿的動力端同步運動，完成搖桿2的撲動