一種用于微型撲翼實驗的驅(qū)動裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種撲翼驅(qū)動機構(gòu)，特別涉及一種用于微型撲翼實驗的驅(qū)動裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]微型撲翼飛行器是一種模仿自然界鳥類或昆蟲飛行的新型飛行器，具有體積小、重量輕、隱蔽性高、使用靈活等特點，因而具有廣闊應(yīng)用前景。
[0003]微型撲翼飛行器雖具有眾多獨特的優(yōu)勢，但撲翼的空氣動力學(xué)特性卻更為復(fù)雜。以自然界的鳥類和昆蟲為例，從運動形式來看，在撲動飛行的過程中，鳥類或昆蟲能夠根據(jù)外界環(huán)境實時調(diào)整自身翼翅的撲動頻率和撲動幅度，通過改變翼翅產(chǎn)生的氣動力來滿足不同的飛行要求，如起飛、轉(zhuǎn)彎、平飛、加速、降落等；從氣動機理來看，通過對鳥類和昆蟲的觀察，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了 “拍飛(Clap_Fling)”、“延時失速(Delayed Stall)”、“旋轉(zhuǎn)環(huán)流(Rotat1nal Circulat1n)”和“尾流捕獲(Wake Capture)”這四種產(chǎn)生大升力的機理。
[0004]撲翼氣動特性的復(fù)雜性激起了眾多氣動研宄人員對它的研宄熱情。在眾多研宄手段中，以風(fēng)洞實驗為代表的流體力學(xué)實驗以其直觀、可信度高等優(yōu)點成為撲翼研宄的一種重要方法。現(xiàn)有的撲翼風(fēng)洞實驗機構(gòu)很少有針對撲翼運動特性和風(fēng)洞實驗要求而進行專門設(shè)計的，存在以下問題:第一，無法實現(xiàn)不更換機構(gòu)器件就調(diào)整撲動幅度的功能；第二，缺乏撲動角反饋，對撲動頻率的控制精度較差；第三，難以保證撲動角和輸入輸出功率等測量量的實時性和同步性。這些問題從硬件架構(gòu)方面制約了撲翼氣動研宄的精度和普適性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種用于撲翼實驗的驅(qū)動裝置，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對撲動幅度和撲動頻率的精確調(diào)節(jié)和控制，同時能夠?qū)崿F(xiàn)對機構(gòu)的撲動角度和輸入輸出功率的實時測量，有助于進一步提尚撲翼的實驗?zāi)芰蛯嶒灳取?br>[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
一種用于微型撲翼實驗的驅(qū)動裝置，包括電機、機架、輸出盤、連桿、搖臂、連接器、角度傳感器、支架和撲翼安裝座；
其特殊之處在于:
所述電機的機殼與機架固連，電機的樞軸與輸出盤沿旋轉(zhuǎn)軸線固連，連桿分別與輸出盤和搖臂鉸接，將電機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為搖臂的上下?lián)鋭?；左、右的搖臂之間通過齒輪嚙合實現(xiàn)傳動，連接器分別與搖臂和角度傳感器固連，將搖臂的撲動動作傳入角度傳感器；支架的一端和機架固連，撲翼安裝座與支架的另一端固連，該撲翼安裝座與搖臂一起實現(xiàn)與撲翼的連接。
[0007]上述搖臂的一端為圓心角小于180°的齒輪結(jié)構(gòu)，另一端為柱狀方體結(jié)構(gòu)，端面上有一個安裝孔，用于與撲翼之間的插接，并且在上下表面集成了一體式的轉(zhuǎn)矩傳感器；
上述齒輪結(jié)構(gòu)為一種“雙層齒輪”構(gòu)型，由兩層相同規(guī)格的齒輪相互交錯疊聯(lián)而成，以增加傳動的平穩(wěn)性； 上述轉(zhuǎn)矩傳感器由電阻應(yīng)變片構(gòu)成，通過在搖臂的上下表面各貼I片或2片電阻應(yīng)變片，構(gòu)成惠斯通半橋或全橋，實現(xiàn)對搖臂的輸出轉(zhuǎn)矩的測量。
[0008]上述電機為一種伺服電機，通過閉環(huán)控制實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的精確控制，并且能夠?qū)崟r反饋其工作電壓和電流；
上述輸出盤的盤面上安置有多個螺紋連接孔，它們在盤面上由內(nèi)向外呈螺旋狀分布，每個連接孔距盤中心的距離都不同，用于調(diào)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)的撲動幅度；
上述角度傳感器是機械式的接觸性角度傳感器或是電磁式、光電式的非接觸性角度傳感器。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
本發(fā)明采用閉環(huán)控制的伺服電機作為驅(qū)動電機，能夠?qū)崿F(xiàn)對輸出轉(zhuǎn)速的精確控制，從而實現(xiàn)對驅(qū)動機構(gòu)的撲動頻率的準(zhǔn)確控制，并且由于電機內(nèi)部自帶有無回差的行星齒輪減速器，因而無需額外增加減速器，大大增加了本發(fā)明在運行中的可靠性；
本發(fā)明采用輸出盤代替?zhèn)鹘y(tǒng)四連桿機構(gòu)上的曲柄，并在盤面上布置多個與盤中心距離不同的螺紋連接孔，輸出盤通過這些螺紋連接孔與連桿鉸接，不同的連接孔對應(yīng)不同的撲動幅度，因而能夠在不更換零部件的情況下簡單快捷的實現(xiàn)對撲動幅度的調(diào)節(jié)；
本發(fā)明采用具有“雙齒輪”結(jié)構(gòu)的搖臂，使兩個搖臂之間的嚙合傳動更加平穩(wěn)，而且這種傳動能夠保證左右搖臂的撲動動作完全對稱。
[0010]本發(fā)明增加了角度傳感器和搖臂上的轉(zhuǎn)矩傳感器，角度傳感器能夠?qū)崟r測量搖臂的運動位置，即能夠得到撲翼的實時撲動角度，并通過簡單的差分計算便能夠得到撲翼的撲動角速度和角加速度；轉(zhuǎn)矩傳感器能夠測量搖臂的輸出轉(zhuǎn)矩，配合角度傳感器測得的角速度能夠計算出搖臂的輸出功率；另外由于電機能夠?qū)崟r反饋其輸入電流和電壓，因而能夠直接測量驅(qū)動機構(gòu)的輸入功率；因此，本發(fā)明能夠?qū)崟r測量撲翼的撲動角度、角速度和角加速度，同時還能夠同步測量機構(gòu)的輸入功率和輸出功率。
【附圖說明】
[0011]附圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖2為輸出盤示意圖；
附圖3為搖臂示意圖；
附圖4為角度傳感器與搖臂的連接示意圖。
[0012]附圖標(biāo)號說明:1-電機，2-機架，3-輸出盤，3A-螺紋連接孔，3B-盤面，3C-聯(lián)軸端，4-連桿，5-搖臂，5A-力矩傳感器，5B’ -撲翼安裝孔，5C-鉸接孔，5D-連接孔，5E-雙層齒輪，6-連接器，7-角度傳感器，8-支架，9-撲翼安裝座，9A-軸孔。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的描述。
[0014]本發(fā)明的驅(qū)動裝置包括電機1、機架2、輸出盤3、連桿4、搖臂5、連接器6、角度傳感器7、支架8和撲翼安裝座9。
[0015]所述電機I為一種基于CAN總線的直流伺服電機，能夠通過閉環(huán)控制實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的精確控制，這在驅(qū)動機構(gòu)上則體現(xiàn)為對撲動頻率的精確控制，同時，電機能夠?qū)崟r反饋電機的輸入電壓和電流，因而可以得到電機的輸入功率；另外，電機內(nèi)部自帶無回差的行星齒輪減速器，使得在驅(qū)動機構(gòu)中無需再添加額外的減速裝置；電機的機殼與機架2固連，樞軸在穿過機架上的傳動軸孔后與輸出盤3固連。
[0016]輸出盤3包括盤面3B和聯(lián)軸端3C，聯(lián)軸端3C與電機I的樞軸固連，盤面