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一种仿蝴蝶微型扑翼 飞行器

阅读：343发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种仿蝴蝶微型扑翼飞行器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种仿蝴蝶微型扑翼飞行器，包括机架，扑动机构与机翼；机架用于安装扑动机构、驱动器与机身连杆；扑动机构为双曲柄双摇杆机构，包含主轴齿轮，传动齿轮及连杆、摇杆等，主轴齿轮驱动传动齿轮转动，连杆将齿轮的转动转化为摇杆的摆动，实现扑动；第一、第二级机翼与摇杆连接，随摇杆上下扑动产生升力，其中第二机翼与第一机翼铰接，除了随第一机翼扑动之外，还可翻转实现姿态控制。本实用新型在简单紧凑的结构中实现了翅翼的整体扑动及尾缘的偏转，实现飞行器前进、滚转、上升、下降等复杂运动的控制。(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利，下面是一种仿蝴蝶微型扑翼飞行器专利的具体信息内容。

权利要求

1.仿蝴蝶微型扑翼飞行器，其特征在于：所述仿蝴蝶微型扑翼飞行器包括机架(1)，扑动机构(2)与机翼(3)；所述机架上设置有驱动器安装孔(101)、机身连杆安装孔(102)与两个齿轮安装孔(103)；所述扑动机构包括驱动器(201)、机身连杆(205)、主轴齿轮(202)、两个传动齿轮(203)、两个连杆(204)及两根摇杆(206,207)；所述机翼包括碳纤维骨架和翼膜；
驱动器(201)为减速电机，安装于驱动器安装孔(101)内，驱动器输出轴与主轴齿轮(202)固定，两个传动齿轮(203)分别安装于两个齿轮安装孔(103)内，两传动齿轮相互啮合，其中之一与主轴齿轮(202)啮合；两个传动齿轮上都设置偏心孔，分别通过铰接连接连杆(204)一端，两个连杆的另一端分别与两摇杆(206、207)中部铰接；机身连杆(205)安装在机身连杆安装孔(102)内，两根摇杆端部均与机身连杆间隙配合以实现转动。
2.根据权利要求1所述的仿蝴蝶微型扑翼飞行器，其特征在于，所述的机架(1)上驱动器安装孔(101)直径为5.95mm，用于与直接6mm的驱动器紧密配合，机身连杆安装孔(102)直径1.95mm，用于与直径2mm的机身连杆紧密配合，齿轮安装孔(103)直径0.95mm，用于与直径
1mm 钢轴紧密配合。
3.根据权利要求1所述的仿蝴蝶微型扑翼飞行器，其特征在于，所述的扑动机构的驱动器(201)采用直径6mm空心杯减速电机，转速为1200r/min，输出轴直径2mm；主轴齿轮(202)模数0.5，齿数13，轴孔直径1.9mm，与驱动器输出轴紧密配合；传动齿轮(203)模数0.5，齿数
28，轴孔直径1.05mm，与直径1mm钢轴间隙配合以实现转动。
4.根据权利要求1所述的仿蝴蝶微型扑翼飞行器，其特征在于，所述的机架采用激光树脂3D打印制得。
5.根据权利要求1所述的仿蝴蝶微型扑翼飞行器，其特征在于，所述的机身连杆采用碳纤管。
6.根据权利要求1所述的仿蝴蝶微型扑翼飞行器，其特征在于，所述的碳纤维骨架包含一对一级机翼骨架(301)和一对二级机翼骨架(302)；一级机翼骨架与摇杆粘接，随摇杆扑动，二级机翼骨架与一级机翼骨架铰接，随一级机翼骨架扑动的同时可独立控制进行上下翻转，翼膜与碳纤维骨架粘接。

说明书全文

一种仿蝴蝶微型扑翼飞行器

技术领域

[0001] 本实用新型涉及一种仿蝴蝶微型扑翼飞行器。

背景技术

[0002] 微型扑翼飞行器具有强机动、低噪音、低成本、携带方便、操作简单等优点，在军用及民用领域具有极高的应用价值。军事用途中，可在低空条件下进行敌情侦察及监视，进行危险评估、目标搜索、通讯干扰等，亦可通过摄像机进行红外或热成像侦察敌军建筑内部的情况，监测化学、核或生物武器等。在民用领域，可在微型飞行器上配置相应传感器，进行灾后幸存者搜查、检测危险建筑物内部、检测有毒气体或危险化学物质源等。

[0003] 目前国外研究者取得一定成果，制作出了性能优异的微型扑翼飞行器，如加州理工学院的“Microbat”、多伦多大学和美国斯坦福研究中心的“Mentor”等。目前国内，主要为西北工业大学、南京航空航天大学、北京航空航天大学、清华大学等机构进行有关仿生微型扑翼飞行器方面的研究。

[0004] 蝴蝶的飞行原理与常见的鸟类不同，其最大特点在于翅膀只有上下扑动，几乎不发生扭转，自由度近似为1，且不含水平尾翼、垂直尾翼等安定面，仅靠身体摆动实现姿态控制，因此仿生难度较大。目前较为成功的仿生蝴蝶为Festo公司的机器蝴蝶，国内关于仿蝴蝶微型扑翼飞行器的研究成果非常之少。实用新型内容

[0005] 本实用新型的目的在于提供一种仿蝴蝶的微型扑翼飞行器。

[0006] 本实用新型提供的仿蝴蝶微型扑翼飞行器，包括机架，扑动机构与第一、第二级机翼；所述机架包括驱动器安装孔、机身连杆安装孔与两个齿轮安装孔；所述扑动机构包括驱动器、机身连杆、主轴齿轮、两个传动齿轮、两个连杆及两根摇杆；所述第一、第二级机翼包括碳纤维骨架和翼膜；

[0007] 驱动器为减速电机，安装于驱动器安装孔内，驱动器输出轴与主轴齿轮固定，两个传动齿轮分别安装于两个齿轮安装孔内，两传动齿轮相互啮合，其中之一与主轴齿轮啮合；两个传动齿轮上都设置偏心孔，分别通过铰接连接连杆一端，两个连杆的另一端分别与两摇杆中部铰接；机身连杆安装在机身连杆安装孔内，两根摇杆端部均与机身连杆间隙配合以实现转动。

[0008] 上述技术方案中，进一步的，所述的机架上驱动器安装孔直径为5.95mm，用于与直接6mm的驱动器紧密配合，机身连杆安装孔直径1.95mm，用于与直径2mm的机身连杆紧密配合，齿轮安装孔直径0.95mm，用于与直径1mm 钢轴紧密配合。

[0009] 进一步的，所述的扑翼机构的驱动器采用直径6mm空心杯减速电机，转速为1200r/min，输出轴直径2mm；主轴齿轮模数0.5，齿数13，轴孔直径1.9mm，与驱动器输出轴紧密配合；传动齿轮模数0.5，齿数28，轴孔直径1.05mm，与直径1mm钢轴间隙配合以实现转动。

[0010] 进一步的，所述的机架采用激光树脂3D打印制得。

[0011] 进一步的，所述的机身连杆采用碳纤管。

[0012] 进一步的，所述的碳纤维骨架包含一对一级机翼骨架和一对二级机翼骨架；一级机翼骨架与摇杆粘接，随摇杆扑动，二级机翼骨架与一级机翼骨架铰接，随一级机翼骨架扑动的同时可独立进行上下翻转，翼膜与碳纤维骨架粘接。

[0013] 本实用新型提供的仿蝴蝶微型扑翼飞行器尺寸小(翼展可做到仅150mm)，重量轻(20g)，结构简单紧凑可靠，能够实现对称仿生扑动，采用舵机控制飞行器姿态，实现飞行器前进、转向、上升、下降等复杂运动的控制。附图说明

[0014] 下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

[0015] 图1是本实用新型扑翼飞行器的结构立体示意图(只展示一半机翼)；

[0016] 图2是所述机架立体示意图。

[0017] 图3是所述扑翼机构立体示意图。

[0018] 图4是所述机翼平面示意图。

[0019] 图5是主轴齿轮立体示意图。

[0020] 图6是左侧传动齿轮平面示意图。

[0021] 图7是右侧传动齿轮平面示意图。

[0022] 图8是扑翼机构连杆示意图。

[0023] 图9和图10是扑翼机构两根摇杆的一种具体结构示意图。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图对本实用新型实施方式进行详细说明。

[0025] 如图1到图10所示，本实用新型包括机架1，扑动机构2与第一、第二级机翼3。机架为激光树脂3D打印件，机架上设置有驱动器安装孔101，机身连杆安装孔102与两个齿轮安装孔103；扑动机构包括驱动器201，主轴齿轮202，两个传动齿轮203，两个连杆204、机身连杆205、及两根摇杆206,207；第一、第二级机翼包括碳纤维骨架、超轻翼膜。

[0026] 所述的机架1上驱动器安装孔101直径为5.95mm，用于与直接6mm的驱动器紧密配合，机身连杆安装孔102直径1.95mm，用于与直径2mm的机身连杆紧密配合，齿轮安装孔103直径0.95mm，用于与直径1mm钢轴紧密配合。

[0027] 所述的扑翼机构的驱动器201采用直径6mm空心杯减速电机，转速为1200r/min，输出轴直径2mm；主轴齿轮202模数0.5，齿数13，轴孔直径1.9mm，与驱动器输出轴紧密配合；传动齿轮203模数0.5，齿数28，轴孔直径1.05mm，与直径1mm钢轴间隙配合以实现转动。

[0028] 安装扑动机构时，首先将6mm驱动器201与机架驱动器安装孔101紧密配合，将2mm机身连杆与机身连杆安装孔102紧密配合，将两根合适长度的直径1mm钢轴与两个齿轮安装孔103紧密配合。后将主轴齿轮202与驱动器输出轴紧密配合，将两个传动齿轮203相互啮合后装到机架的钢轴上，其中一个传动齿轮要与主轴齿轮啮合，如图3。后将两根连杆204与传动齿轮的偏心孔用销轴铰接，销轴与偏心孔紧密配合，而与连杆间隙配合以实现转动，将两根摇杆206,207端部相互配合后(本实施例中两摇杆的端部分别如图9和10所示)安装到机身连杆上，机身连杆与摇杆间隙配合，在机架上可在前后各安装一对这样的摇杆以使控制更稳定，最后将连杆与机架前侧的两根摇杆的中部通过销轴铰接，扑动机构便安装完毕。

[0029] 安装完成后，启动驱动器，驱动器带动传动齿轮转动，由于偏心孔的存在，传动齿轮的转动转化为连杆的平动，连杆的平动使摇杆绕机身连杆转动，从而实现扑动。而且选择合适的连杆长度可使扑动机构上扑角度为60度，下扑角度为30度，与蝴蝶扑动类似，具有较好的仿生效果。

[0030] 扑动机构安装完成后，将第一级机翼骨架与机架前侧两根摇杆配合粘接，将第二级机翼骨架与第一级机翼骨架铰接，再将超轻翼膜覆于机翼骨架之上完成机翼的安装。将两个微型舵机安装于机身连杆上或者机翼骨架上，以驱动第二级机翼骨架的翻转运动。

[0031] 整机安装完成后，安装好电子设备便可实现飞行器的遥控飞行。本实用新型中扑动机构为双曲柄双摇杆机构，主轴齿轮驱动传动齿轮转动，连杆将齿轮的转动转化为摇杆的摆动，实现扑动；第一、第二级机翼骨架与摇杆连接，随摇杆上下扑动产生升力，其中第二机翼骨架除了可随第一机翼骨架扑动之外，还可翻转实现姿态控制。本实用新型在简单紧凑的结构中实现了翅翼的整体扑动及尾缘的偏转，实现飞行器前进、滚转、上升、下降等复杂运动的控制。

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