被動(dòng)變幅撲動(dòng)機(jī)構(gòu)以及撲動(dòng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于撲翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種被動(dòng)變幅撲動(dòng)機(jī)構(gòu)以及撲動(dòng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]撲翼飛行器是一種模仿自然界鳥(niǎo)類(lèi)或昆蟲(chóng)飛行的仿生飛行器，具有體積小、重量輕、隱蔽性高以及使用靈活等特點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]作為撲翼飛行器的關(guān)鍵部件，撲動(dòng)機(jī)構(gòu)直接決定了撲翼飛行器的飛行性能。通過(guò)觀察鳥(niǎo)類(lèi)的飛行方式發(fā)現(xiàn)，大部分鳥(niǎo)類(lèi)都會(huì)通過(guò)改變翅膀的撲動(dòng)幅度來(lái)適應(yīng)不同的飛行狀態(tài)。這一點(diǎn)也可以通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)、即風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)證實(shí)。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)表明，在一定范圍內(nèi)，撲翼的氣動(dòng)力隨撲動(dòng)幅度的增大而增大。因此，設(shè)計(jì)一款能夠?qū)崿F(xiàn)變幅功能的撲動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)提高撲翼飛行器的性能顯得很有必要。
[0004]現(xiàn)有的撲動(dòng)機(jī)構(gòu)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)撲動(dòng)動(dòng)作，但大部分撲動(dòng)機(jī)構(gòu)只能進(jìn)行單一幅度的撲動(dòng)，無(wú)法改變撲動(dòng)幅度，從而影響了撲翼飛行器的飛行性能。另外，雖然出現(xiàn)少數(shù)能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)變幅功能的撲動(dòng)機(jī)構(gòu)，但是，為了實(shí)現(xiàn)變幅撲動(dòng)的功能，往往添加復(fù)雜的控制機(jī)構(gòu)，因而需要在機(jī)構(gòu)的可靠性、重量和體積等方面付出相應(yīng)代價(jià)，甚至抵消了變幅對(duì)提升飛行器性能的貢獻(xiàn)?？梢?jiàn)，上述問(wèn)題從硬件架構(gòu)方面制約了撲翼飛行器的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種被動(dòng)變幅撲動(dòng)機(jī)構(gòu)以及撲動(dòng)方法，能夠根據(jù)撲翼的撲動(dòng)狀態(tài)被動(dòng)地改變撲動(dòng)幅度，同時(shí)基本不付出額外的重量和體積代價(jià)，有助于提高撲翼飛行器的性能。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]本發(fā)明提供一種被動(dòng)變幅撲動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括:機(jī)架(1)、電機(jī)(2)、減速齒輪組和撲動(dòng)桿組；
[0008]其中，所述減速齒輪組為兩級(jí)平行減速器，包括:一級(jí)主動(dòng)齒輪(3)、一級(jí)從動(dòng)齒輪
(4)、二級(jí)主動(dòng)齒輪(5)和二級(jí)從動(dòng)齒輪(6);
[0009]所述電機(jī)(2)的基座固定安裝到所述機(jī)架(1)，所述電機(jī)(2)的輸出軸固定安裝所述一級(jí)主動(dòng)齒輪(3);所述一級(jí)主動(dòng)齒輪(3)與所述一級(jí)從動(dòng)齒輪(4)嚙合，所述一級(jí)從動(dòng)齒輪(4)通過(guò)傳動(dòng)軸與所述二級(jí)主動(dòng)齒輪(5)聯(lián)動(dòng)，所述二級(jí)主動(dòng)齒輪(5)與所述二級(jí)從動(dòng)齒輪(6)嚙合;所述電機(jī)(2)通過(guò)齒輪嚙合傳動(dòng)關(guān)系，最終帶動(dòng)所述二級(jí)從動(dòng)齒輪(6)轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0010]此外，所述二級(jí)從動(dòng)齒輪(6)配置有齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸，該齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸水平設(shè)置；
[0011]在所述二級(jí)從動(dòng)齒輪(6)側(cè)面開(kāi)挖形成護(hù)蓋槽(6-4)、扭簧槽(6-5)和弧形滑槽(6-6);并于槽中分別裝配有齒輪護(hù)蓋(6-1)、調(diào)幅扭簧(6-2)以及連桿軸(6-3);
[0012]所述護(hù)蓋槽(6-4)為凹槽，用于嵌裝所述齒輪護(hù)蓋(6-1);在所述護(hù)蓋槽(6-4)的槽底進(jìn)一步向內(nèi)挖形成所述扭簧槽(6-5)，所述扭簧槽(6-5)具有扭簧安裝支點(diǎn)(6-5-1 )，所述扭簧槽(6-5)具有弧形外沿，該弧形外沿的一端處于所述二級(jí)從動(dòng)齒輪(6)軸心位置;在該弧形外沿位置繼續(xù)向內(nèi)挖形成所述弧形滑槽(6-6)，即:所述弧形滑槽(6-6)與所述弧形外沿重合，所述弧形滑槽(6-6)的一端同樣處于所述二級(jí)從動(dòng)齒輪(6)軸心位置，另一端為離心位置；
[0013]所述連桿軸(6-3)包括弧形滑塊(6-3A)和軸本體(6-3B)，所述弧形滑塊(6-3A)與所述弧形滑槽(6-6)相適配，可沿所述弧形滑槽(6-6)自由滑動(dòng)，所述軸本體(6-3B)的一端置于所述弧形滑槽(6-6)的外表面，且與所述弧形滑槽(6-6)的外表面垂直；
[0014]所述調(diào)幅扭簧(6-2)包括簧體以及自所述簧體向兩端延伸的第一簧臂和第二簧臂;所述簧體固定到所述扭簧安裝支點(diǎn)(6-5-1)，所述第一簧臂為固定簧臂，所述第二簧臂為限位簧臂，其與所述軸本體(6-3B)接觸，用于向所述連桿軸(6-3)提供朝向二級(jí)從動(dòng)齒輪
(6)軸心的力;
[0015]所述齒輪護(hù)蓋(6-1)通過(guò)所述護(hù)蓋槽(6-4)固定到所述二級(jí)從動(dòng)齒輪(6)的側(cè)面，并且，所述齒輪護(hù)蓋(6-1)開(kāi)設(shè)有護(hù)蓋滑槽(6-1-1)，當(dāng)所述齒輪護(hù)蓋(6-1)固定到所述二級(jí)從動(dòng)齒輪(6)的側(cè)面時(shí)，所述護(hù)蓋滑槽(6-1-1)與所述弧形滑槽(6-6)完全重合，并且，所述連桿軸(6-3)的軸本體(6-3B)穿過(guò)所述護(hù)蓋滑槽(6-1-1)而伸出到所述齒輪護(hù)蓋(6-1)的外面；
[0016]所述撲動(dòng)桿組包括:左連桿(7-1)、右連桿(7-2)、左搖臂軸(11)、右搖臂軸(12)、左搖臂(13)和右搖臂(14);
[0017]所述左連桿(7-1)的尾端和所述右連桿(7-2)的尾端均與所述連桿軸(6-3)鉸接；所述左連桿(7-1)的頂端與所述左搖臂(13)的右端鉸接;此外，所述左搖臂(13)通過(guò)所述左搖臂軸(11)實(shí)現(xiàn)與所述機(jī)架(1)的鉸接；
[0018]所述右連桿(7-2)的頂端與所述右搖臂(14)的左端鉸接;此外，所述右搖臂(14)通過(guò)所述右搖臂軸(12)實(shí)現(xiàn)與所述機(jī)架(1)的鉸接。
[0019]優(yōu)選的，所述機(jī)架(1)為左右對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，以面向機(jī)頭方向?yàn)檎妫?br>[0020]所述電機(jī)(2)固定安裝于所述機(jī)架(1)背面的縱向中心線位置，所述一級(jí)主動(dòng)齒輪
(3)固定安裝于所述電機(jī)(2)的輸出軸;在所述一級(jí)主動(dòng)齒輪(3)的正下方設(shè)置所述一級(jí)從動(dòng)齒輪(4)；
[0021]所述二級(jí)主動(dòng)齒輪(5)和所述二級(jí)從動(dòng)齒輪(6)設(shè)置于所述機(jī)架(1)正面，并且，所述二級(jí)主動(dòng)齒輪(5)與所述一級(jí)從動(dòng)齒輪(4)等高度且相對(duì)于所述機(jī)架(1)對(duì)稱(chēng)設(shè)置。
[0022]優(yōu)選的，所述扭簧槽(6-5)為扇形槽;所述扭簧安裝支點(diǎn)(6-5-1)為所述扇形槽的圓心位置。
[0023]優(yōu)選的，在所述齒輪護(hù)蓋(6-1)還開(kāi)設(shè)有第1裝配孔(6-1-2)和第2裝配孔(6-1-3);所述齒輪護(hù)蓋(6-1)嵌入到所述護(hù)蓋槽(6-4)后，通過(guò)第1緊固件緊固到所述第1裝配孔(6-1-2)、第2緊固件緊固到所述第2裝配孔(6-1-3)，進(jìn)而將所述齒輪護(hù)蓋(6-1)固定到所述二級(jí)從動(dòng)齒輪(6)側(cè)面。
[0024]本發(fā)明還提供一種被動(dòng)變幅撲動(dòng)方法，包括以下步驟:
[0025]步驟1，將被動(dòng)變幅撲動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝到撲翼飛行器，使左搖臂(13)與左撲動(dòng)翼固定連接，右搖臂(14)與右撲動(dòng)翼固定連接；
[0026]設(shè)二級(jí)從動(dòng)齒輪(6)軸心位置為0點(diǎn)，弧形滑槽(6-6)的一端與0點(diǎn)重合，弧形滑槽(6-6)的另一端點(diǎn)記為A點(diǎn)；
[0027]步驟2，在飛行狀態(tài)時(shí)，左撲動(dòng)翼和右撲動(dòng)翼分別向左搖臂(13)和右搖臂(14)施加向上的負(fù)載力，同時(shí)，該負(fù)載力的大小與電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)速存在正相關(guān)關(guān)系；
[0028]在某個(gè)時(shí)刻的某個(gè)特定負(fù)載力下，負(fù)載力通過(guò)左連桿(7-1)和右連桿(7-2)的傳遞，將連桿軸(6-3)向二級(jí)從動(dòng)齒輪(6)的離心方向牽拉，進(jìn)而帶動(dòng)連桿軸(6-3)在弧形滑槽(6-6)內(nèi)向A點(diǎn)方向滑動(dòng)；同時(shí)，連桿軸(6-3)受到來(lái)自于調(diào)幅扭簧(6-2)的阻擋力，進(jìn)而限制連桿軸(6-3)在弧形滑槽(6-6)內(nèi)向A點(diǎn)方向滑動(dòng);所以，當(dāng)調(diào)幅扭簧(6-2)的阻擋力與連桿軸(6-3)的牽拉力相平衡時(shí)，連桿軸(6-3)固定于所述弧形滑槽(6-6)中的特定