差動(dòng)變幅撲翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及驅(qū)動(dòng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于撲翼飛行器驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種差動(dòng)變幅撲翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及驅(qū)動(dòng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微型撲翼飛行器是一種模仿鳥類或昆蟲，能夠通過翅膀的撲動(dòng)同時(shí)產(chǎn)生推力和升力的新概念飛行器。由于其在低雷諾數(shù)下優(yōu)良的氣動(dòng)特性和仿生飛行器的特殊應(yīng)用前景，目前國內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)都在對其進(jìn)行研究。作為撲翼飛行器的關(guān)鍵部件，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)對撲翼飛行器的整體效率有著至關(guān)重要的影響。
[0003]通過分析鳥類的飛行特點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，鳥類總是能根據(jù)飛行環(huán)境的變化，變換適合的飛行方式，選擇合適的撲動(dòng)頻率和撲動(dòng)幅度，既保證了飛行所需的氣動(dòng)力，又高效地利用了環(huán)境以及自身的能量。從整個(gè)飛行過程來看，除了最基本的翅膀上下?lián)鋭?dòng)運(yùn)動(dòng)外，一個(gè)很重要的運(yùn)動(dòng)是翅膀的幅度變化能力。
[0004]目前已經(jīng)研制成功的撲翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)有美國Aero Vironment公司設(shè)計(jì)的“蜂鳥”驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，日本電子通信大學(xué)研制的可以驅(qū)動(dòng)兩段機(jī)翼的撲翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以及美國特拉華大學(xué)研制的可實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的兩自由度撲動(dòng)機(jī)構(gòu)等。這些新穎的撲動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，有些已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了裝機(jī)飛行，但是受制于撲動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的低效率，距離實(shí)際應(yīng)用仍有一定的差距。
[0005]中國專利公開號CN102285453A、公開日2011年12月21日、發(fā)明名稱為一種無級調(diào)幅撲翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該申請公開了一種利用兩級行星齒輪實(shí)現(xiàn)撲翼幅度變化的機(jī)構(gòu)。其不足之處是機(jī)構(gòu)組成復(fù)雜、重量大以及變幅可靠性低。
[0006]由此可見，現(xiàn)有撲翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的不足主要在于:仿生程度低、機(jī)械效率不高以及變幅驅(qū)動(dòng)能力差等；因此，提供一種新穎的撲翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，解決現(xiàn)有技術(shù)中撲翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的相關(guān)問題，具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種差動(dòng)變幅撲翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及驅(qū)動(dòng)方法，可有效解決上述問題。
[0008]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0009]本發(fā)明提供一種差動(dòng)變幅撲翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括:機(jī)架(1)、電機(jī)(2)、減速齒輪組
(3)、撲動(dòng)桿組(4)、調(diào)幅桿組(5)和舵機(jī)組；
[0010]其中，所述機(jī)架(I)為左右對稱結(jié)構(gòu)，以面向機(jī)頭方向?yàn)檎妫?br>[0011]所述減速齒輪組(3)為兩級平行減速器，包括:一級主動(dòng)齒輪(3A)、一級從動(dòng)齒輪(3B)、二級主動(dòng)齒輪(3C)、二級左從動(dòng)齒輪(3D)、二級右從動(dòng)齒輪(3D’)以及傳動(dòng)軸(3E);
[0012]所述電機(jī)(2)固定安裝于所述機(jī)架(I)背面的縱向中心線位置，在所述電機(jī)(2)的輸出軸上安裝所述一級主動(dòng)齒輪(3A)，在所述一級主動(dòng)齒輪(3A)的正下方設(shè)置所述一級從動(dòng)齒輪(3B);所述電機(jī)(2)的輸出端與所述一級主動(dòng)齒輪(3A)聯(lián)動(dòng)，所述一級主動(dòng)齒輪(3A)與所述一級從動(dòng)齒輪(3B)嚙合；另外，所述一級從動(dòng)齒輪(3B)與所述傳動(dòng)軸(3E)的一端套設(shè)連接，所述傳動(dòng)軸(3E)的另一端穿過所述機(jī)架(I)而延伸到所述機(jī)架(I)正面，與位于所述機(jī)架(I)正面的所述二級主動(dòng)齒輪(3C)套設(shè)連接，并且，所述傳動(dòng)軸(3E)與所述機(jī)架(I)所在平面垂直；在所述機(jī)架(I)正面底部的左右兩端，對稱安裝所述二級左從動(dòng)齒輪(3D)和所述二級右從動(dòng)齒輪(3D’)，并且，所述二級主動(dòng)齒輪(3C)與所述二級左從動(dòng)齒輪(3D)嚙合，而所述二級左從動(dòng)齒輪(3D)與所述二級右從動(dòng)齒輪(3D’ )嚙合；
[0013]所述撲動(dòng)桿組(4)包括左撲動(dòng)子系統(tǒng)、右撲動(dòng)子系統(tǒng)和搖臂軸(4C);其中，所述左撲動(dòng)子系統(tǒng)包括左連桿(4A)、左搖臂(4B)和左連桿軸(4E);所述右撲動(dòng)子系統(tǒng)包括右連桿(4A’)、右搖臂(4B’ )和右連桿軸(4E’ );
[0014]所述搖臂軸(4C)設(shè)置于所述機(jī)架(I)正面的縱向中心線頂部，所述左搖臂(4B)和所述右搖臂(4B’)對稱設(shè)置于所述搖臂軸(4C)的左右兩側(cè)，并且，所述左搖臂(4B)的右端和所述右搖臂(4B’ )的左端均與所述搖臂軸(4C)鉸接；此外，所述左搖臂(4B)開設(shè)有左滑槽(4B-1);所述右搖臂(4B’ )開設(shè)有右滑槽(4B’ -1);
[0015]另外，所述左連桿軸(4E)固定安裝于所述二級左從動(dòng)齒輪(3D)的偏心位置點(diǎn)；所述右連桿軸(4E’ )固定安裝于所述二級右從動(dòng)齒輪(3D’ )的偏心位置點(diǎn)；并且，所述左連桿軸(4E)在所述二級左從動(dòng)齒輪(3D)的安裝位置與所述右連桿軸(4E’)在所述二級右從動(dòng)齒輪(3D’ )的安裝位置鏡像對稱；
[0016]則:所述左連桿(4A)的頂端固定安裝左滑塊，該左滑塊位于所述左滑槽(4B-1)中，并可沿所述左滑槽(4B-1)滑動(dòng)；所述左連桿(4A)的底端與所述左連桿軸(4E)鉸接；
[0017]所述右連桿(4A’)的頂端固定安裝右滑塊，該右滑塊位于所述右滑槽(4B’_1)中，并可沿所述右滑槽(4B’ -1)滑動(dòng)；所述右連桿(4A’ )的底端與所述右連桿軸(4E’ )鉸接；
[0018]所述調(diào)幅桿組(5)包括:左調(diào)幅子系統(tǒng)和右調(diào)幅子系統(tǒng)；
[0019]所述左調(diào)幅子系統(tǒng)包括:左調(diào)幅搖臂(5A)、左調(diào)幅銷(5B)、左短連桿(5C)和左舵盤(5D);所述右調(diào)幅子系統(tǒng)包括:右調(diào)幅搖臂(5A’)、右調(diào)幅銷(5B’)、右短連桿(5C’ )和右舵盤(5D’)；
[0020]所述舵機(jī)組包括左舵機(jī)^A)和右舵機(jī)^B);所述左舵機(jī)^A)和所述右舵機(jī)(6B)對稱固定安裝于所述機(jī)架(I)背面的兩側(cè)；
[0021]則:所述左調(diào)幅子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為:所述左舵機(jī)(6A)的輸出端與所述左舵機(jī)搖臂(5D)的一端可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述左舵機(jī)搖臂(5D)的另一端與所述左短連桿(5C)的一端鉸接，所述左短連桿(5C)的另一端記為A端，A端與所述左調(diào)幅搖臂(5A)的一端鉸接，所述左調(diào)幅搖臂(5A)的另一端鉸接到所述機(jī)架(I);此外，A端還過盈配合安裝所述左調(diào)幅銷(5B)，所述左調(diào)幅銷(5B)的軸向與所述機(jī)架(I)所在平面垂直，并且，所述左連桿(4A)沿軸向開設(shè)有左連桿滑槽(4A-1)，所述左調(diào)幅銷(5B)的自由端配合安裝在所述左連桿滑槽(4A-1)中，并可沿所述左連桿滑槽(4A-1)自由滑動(dòng)；
[0022]所述右調(diào)幅子系統(tǒng)和所述左調(diào)幅子系統(tǒng)為對稱結(jié)構(gòu)。
[0023]優(yōu)選的，所述機(jī)架(I)的頂端和底端分別設(shè)置有軸線垂直于機(jī)架表面的機(jī)構(gòu)固定孔(IA)，通過所述機(jī)構(gòu)固定孔(IA)，將所述差動(dòng)變幅撲翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)固定安裝到撲翼飛行器機(jī)身；
[0024]所述機(jī)架(I)背面的縱向中心線位置開設(shè)有電機(jī)安裝孔(IC)，通過所述電機(jī)安裝孔(1C)，將所述電機(jī)(2)安裝固定到所述機(jī)架⑴；
[0025]所述機(jī)架⑴的頂部開設(shè)有搖臂軸孔(IG)，通過所述搖臂軸孔(IG)，將所述搖臂軸(4C)安裝到所述機(jī)架(I);
[0026]所述機(jī)架⑴的左右兩側(cè)分別對稱開設(shè)有左舵機(jī)安裝孔(IB)和右舵機(jī)安裝孔(1B’)；通過所述左舵機(jī)安裝孔(IB)，將所述左舵機(jī)(6A)安裝到所述機(jī)架(I);通過所述右舵機(jī)安裝孔(1B’)，將所述右舵機(jī)^B)安裝到所述機(jī)架(I);
[0027]所述機(jī)架(I)的左右兩側(cè)還分別對稱開設(shè)有左調(diào)幅搖臂安裝孔(ID)和右調(diào)幅搖臂安裝孔(1D’)；通過所述左調(diào)幅搖臂安裝孔(ID)，將所述左調(diào)幅搖臂(5A)鉸接到所述機(jī)架(I);通過所述右調(diào)幅搖臂安裝孔(1D’)，將所述右調(diào)幅搖臂(5A’)鉸接到所述機(jī)架(I);
[0028]所述機(jī)架(I)的下部開設(shè)有一級傳動(dòng)軸孔(IE)，通過所述一級傳動(dòng)軸孔(IE)安裝所述傳動(dòng)軸(3E);
[0029]在所述一級傳動(dòng)軸孔(IE)下方的左右兩側(cè)，分別開設(shè)有二級左安裝軸孔(IF)和二級右安裝軸孔(1F’ );所述二級左安裝軸孔(IF)用于將所述二級左從動(dòng)齒輪(3D)安裝到所述機(jī)架(I);所述二級右安裝軸孔(1F’ )用于將所述二級右從動(dòng)齒輪(3D’ )安裝到所述機(jī)架(I)。
[0030]優(yōu)選的，所述機(jī)構(gòu)固定孔(IA)、所述電機(jī)安裝孔(IC)、所述搖臂軸孔(IG)、所述左舵機(jī)安裝孔(IB)、所述右舵機(jī)安裝孔(1B’)、所述左調(diào)幅搖臂安裝孔(ID)、所述右調(diào)幅搖臂安裝孔(1D’)、所述一級傳動(dòng)軸孔(IE)、所述二級左安裝軸孔(IF)和所述二級右安裝軸孔(1F’ )的軸線相互平行且為通孔。
[0031]優(yōu)選的，所述減速齒輪組(3)的總減速比為21?22。
[0032]優(yōu)選的，所述減速齒輪組(3)的總減速比為21.6。
[0033]優(yōu)選的，對于所述撲動(dòng)桿組(4)，以等效曲柄長度為基準(zhǔn)長度1.0，則:所述左連桿(4A)的連桿長度和所述右連桿(4A’ )的長度相等，均為9.0，所述左搖臂(4B)的搖臂長度和所述右搖臂(4B’ )的搖臂長度相等，均為9.5 ;其中，所述等效曲柄長度為:將所述左連桿(4A)底端用于與所述左連桿軸(4E)鉸接的軸孔記為第I軸孔，所述第I軸孔與所述二級左從動(dòng)齒輪(3D)軸孔之間的圓心距即為所述等效曲柄長度。
[0034]優(yōu)選的，對于所述調(diào)幅桿組(5)，以左舵盤(5D)或右舵盤(5D’ )長度為基準(zhǔn)長度1.0，則:所述左短連桿(5C)和所述右短連桿(5C’)的長度相等，均為0.5?0.6 ;所述左調(diào)幅搖臂(5A)和所述左調(diào)幅搖臂(5A)的長度相等，均為1.3?1.4。
[0035]本發(fā)明還提供一種差動(dòng)變幅撲翼驅(qū)動(dòng)方法，包括以下步驟: