本實用新型專利技術涉及一種兩自由度撲翼飛行器。其技術方案是：所述飛行器由機身(1)、驅動機構(3)、兩個機翼(4)、尾翼機構(5)和控制系統組成。電動機(22)通過齒輪將運動傳遞給第一轉軸(25)，安裝在第一轉軸(25)兩端的曲柄(26)通過兩個連桿(27)帶動兩個機翼(4)實現機翼的撲動運動。安裝在第一轉軸(25)中部的小皮帶輪(28)通過皮帶與大皮帶輪(31)連接，大皮帶輪(31)的轉動通過第二連桿(17)、搖桿(18)和兩個機翼(4)實現機翼的扭轉運動。發射機(41)將遙控信號傳輸給接收機(6)，控制電動機(22)以實現機翼的撲動和扭轉，控制尾翼舵機(38)實現飛行器的轉向。本實用新型專利技術具有結構簡單、驅動原動件少、能實現兩自由度的撲翼運動、飛行靈活和產生的有效升力大的特點。
【技術實現步驟摘要】
本技術屬于撲翼飛行器
尤其涉及一種兩自由度的撲翼飛行器。
技術介紹
撲翼飛行具有很好的機動性和靈活性。相比于固定翼飛行，在低雷諾數下，能夠充分利用非定常空氣動力特性獲取高升力，具有很高的飛行穩定性。多自由度撲翼運動相比單自由度撲翼運動能夠更好地實現飛行生物的姿態，飛行靈活，并且在運動的過程中能夠更好地控制飛行方式。目前，研究的撲翼飛行器大多為單自由度機構，實現的運行形式簡單，飛行靈活性和穩定性無法與飛行生物相比，而已有的多自由度撲翼飛行器結構復雜，驅動原動件多，控制系統復雜，難以微型化。一種微型仿蜻蜓雙撲翼飛行器（CN102211665A）采用單自由度撲翼運動，雖然有前后兩對撲翼但由于向上和向下的撲動是對稱的，產生的升力和阻力相等且抵消，不能產生有效的升力。
技術實現思路
本技術旨在克服現有技術的不足，目的是提供一種結構簡單、能夠實現撲動和扭轉兩個自由度運動、飛行靈活和有效升力大的兩自由度撲翼飛行器。為實現上述目的，本技術采用的技術方案是：所述兩自由度撲翼飛行器由機身、驅動機構、兩個機翼、尾翼機構和控制系統組成。設機身頭部為前方，面對機身頭部的左側為左方，前后方向為縱向，左右方向為橫向。機身是由機身頭部、機身中部和機身尾部依次連接而成。機身中部的結構是：左側的豎直框架和右側的豎直框架通過四個橫向水平桿件連接為一個箱形框架，兩側的豎直框架對稱設置。豎直框架的靠近底部處對稱地設有縱向水r>平梁，兩個縱向水平梁的中部對稱地設有第一軸承座。兩側的豎直框架的上水平桿件下平面的靠近前端處對稱地設有第三軸承座（8），右側豎直框架的上水平桿件下平面的靠近后端處設有第二軸承座；兩側的豎直框架底部靠近前端處沿橫向設有電機固定架，兩側的豎直框架的前部上角處對稱地設有電池固定架。機身頭部由兩個相同的弧形構件構成，弧形構件對稱地固定在機身中部的前端兩側。機身尾部是由縱向水平桿和縱向固定桿構成。縱向水平桿的前端固定在機身中部后端的橫向上水平桿的中間位置處，縱向固定桿的前端固定在機身中部后端的橫向下水平桿的中間位置處，縱向固定桿的后端與縱向水平桿的中部固定連接，縱向水平桿和縱向固定桿與對應的橫向上水平桿和橫向下水平桿相互垂直；縱向水平桿件由后向前依次設有銷孔和螺紋孔。驅動機構包括電動機、小齒輪、大齒輪、小皮帶輪、第一轉軸、兩個曲柄、兩個連桿、第二轉軸、大皮帶輪、第二連桿、搖桿、第三轉軸和兩個機翼安裝架。電動機安裝在機身中部的電機固定架上，小齒輪安裝在電動機的輸出軸，小齒輪與大齒輪嚙合。第一轉軸安裝在機身中部的第一軸承座上，在第一轉軸的兩端對稱地裝有曲柄，兩個曲柄之間由左向右依次裝有大齒輪和小皮帶輪。兩個曲柄末端與各自對應的連桿的一端通過球面副連接，兩個連桿的另一端設有球面副，球面副的外圈固定有連接機翼的銷軸。第二轉軸安裝在機身中部的第二軸承座上，第二轉軸靠近左端處裝有大皮帶輪，大皮帶輪通過皮帶與小皮帶輪連接，大皮帶輪的側面靠近邊緣處裝有連接連桿的銷軸。第三軸承座上裝有第三轉軸，第三轉軸的兩端固定有機翼安裝架，機翼安裝架位于第三軸承座的外側，機翼安裝架為長方體，機翼安裝架沿長的方向開有連接機翼的通孔。第三轉軸的中部靠近左端處固定有搖桿，搖桿的另一端與第二連桿的一端鉸接，第二連桿的另一端與大皮帶輪上的連接連桿的銷軸鉸接。兩個機翼形狀相同，均由翼面、凹形構件和連接機翼安裝架的銷軸構成；翼面的根部與凹形構件的封閉端固定連接，凹形構件的開口端裝有連接機翼安裝架的銷軸，連接機翼安裝架的銷軸與連接機翼的通孔活動連接；凹形構件封閉端的平面開有銷軸通孔，銷軸通孔與連桿球面副的外圈固定的連接機翼的銷軸固定連接。尾翼機構由尾翼舵機、舵臂、第三連桿、尾翼和連接機身尾部的銷軸組成。尾翼是由垂尾和平尾組成；垂尾的平面形狀為梯形，平尾是由前部的等腰三角形和后部的矩形構成的整體，垂尾垂直地固定在平尾的中間位置處。尾翼舵機通過螺栓和機身尾部的螺紋孔與機身尾部固定連接，尾翼舵機的輸出軸裝有舵臂，舵臂與第三連桿的一端鉸接，第三連桿的另一端與尾翼鉸接；尾翼通過連接機身尾部的銷軸和機身尾部的銷孔與機身尾部活動連接。控制系統的結構是：發射機與接收機無線連接，鋰電池與接收機的輸入端口連接；接收機的輸出端口1與電動機連接，接收機的輸出端口2與尾翼舵機連接；鋰電池安裝在電池固定架上，接收機固定在機身尾部的縱向水平桿件的靠近前端處。所述兩側的豎直框架的結構相同，是由后豎直桿件、縱向上水平桿件、前豎直桿件、縱向下水平桿件和弧形桿件依次連接為封閉式框架。其中：前豎直桿件和后豎直桿件的上端固定有縱向上水平桿件，前豎直桿件的下端固定有縱向下水平桿件，后豎直桿件下端和縱向下水平桿件的后端通過弧形桿件相連。縱向下水平桿件的長度為縱向上水平桿件的0.4~0.6倍，后豎直桿件的長度為前豎直桿件的0.2~0.4倍。所述縱向固定桿的后端與縱向水平桿的中部固定連接是指縱向固定桿與縱向水平桿在連接處的夾角為25~30°。所述凹形構件的封閉端寬度為翼面根部寬度的0.6~0.8倍。由于采用上述技術方案，本技術與現有技術相比具有如下積極效果：本技術由機身、驅動機構、兩個機翼、尾翼機構和控制系統組成，結構簡單；由一個電動機實現兩個自由度的撲翼運動，驅動原動件少。本技術由于具有撲動和扭轉兩個自由度的運動，在飛行時能夠通過扭轉運動改變機翼的迎角，相對于單自由度撲翼飛行器，飛行靈活，產生的有效升力更大。本技術中的電動機啟動時，電動機輸出軸上的小齒輪轉動，小齒輪與大齒輪嚙合，將扭矩傳遞給第一轉軸及安裝在第一轉軸上的小皮帶輪；第一轉軸的轉動帶動安裝在第一轉軸兩端的兩個曲柄轉動，兩個曲柄帶動各自的連桿，兩個連桿通過球面副外圈的銷軸與各自對應的機翼連接；兩個曲柄、兩個連桿、兩個機翼、機身組成空間連桿機構，兩個曲柄的轉動通過兩個連桿使得兩個機翼在空間上下撲動，實現機翼的撲動運動。本技術中的小皮帶輪隨著第一轉軸轉動，小皮帶輪通過皮帶，將扭矩傳遞給大皮帶輪，大皮帶輪驅動安裝在大皮帶輪上的第二連桿轉動，第二連桿帶動搖桿往復擺動，搖桿和第三轉軸固定在一起，第三轉軸兩端固定機翼安裝架，兩個機翼安裝在機翼安裝架上，搖桿的往復擺動使得兩個機翼繞著機翼中線轉動；大皮帶輪、第二連桿、搖桿和機翼構成曲柄搖桿機構，實現機翼的扭轉運動。通過上述空間連桿機構實現機翼的撲動運動，曲柄搖桿機構實現機翼的扭轉運動，兩個運動合成，實現了機翼的撲動-扭轉耦合運動。<本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種兩自由度撲翼飛行器，其特征在于所述兩自由度撲翼飛行器由機身(1)、驅動機構(3)、兩個機翼(4)、尾翼機構(5)和控制系統組成；設機身頭部為前方，面對機身頭部的左側為左方，前后方向為縱向，左右方向為橫向；機身(1)是由機身頭部(11)、機身中部(10)和機身尾部(14)依次連接而成；機身中部(10)的結構是：左側的豎直框架和右側的豎直框架通過四個橫向水平桿件連接為一個箱形框架，兩側的豎直框架對稱設置；豎直框架的靠近底部處對稱地設有縱向水平梁，兩個縱向水平梁的中部對稱地設有第一軸承座(13)；兩側的豎直框架的上水平桿件下平面的靠近前端處對稱地設有第三軸承座（8），右側豎直框架的上水平桿件下平面的靠近后端處設有第二軸承座(7)；兩側的豎直框架底部靠近前端處沿橫向設有電機固定架(12)，兩側的豎直框架的前部上角處對稱地設有電池固定架(9)；機身頭部(11)由兩個相同的弧形構件構成，弧形構件對稱地固定在機身中部(10)的前端兩側；機身尾部(14)是由縱向水平桿和縱向固定桿構成；縱向水平桿的前端固定在機身中部(10)后端的橫向上水平桿的中間位置處，縱向固定桿的前端固定在機身中部(10)后端的橫向下水平桿的中間位置處，縱向固定桿的后端與縱向水平桿的中部固定連接，縱向水平桿和縱向固定桿與對應的橫向上水平桿和橫向下水平桿相互垂直；縱向水平桿件由后向前依次設有銷孔(15)和螺紋孔(16)；驅動機構(3)包括電動機(22)、小齒輪(23)、大齒輪(24)、小皮帶輪(28)、第一轉軸(25)、兩個曲柄(26)、兩個連桿(27)、第二轉軸(30)、大皮帶輪(31)、第二連桿(17)、搖桿(18)、第三轉軸(21)和兩個機翼安裝架(20)；電動機(22)安裝在機身中部(10)的電機固定架(12)上，小齒輪(23)安裝在電動機(22)的輸出軸，小齒輪(23)與大齒輪(24)嚙合；第一轉軸(25)安裝在機身中部(10)的第一軸承座(13)上，在第一轉軸(25)的兩端對稱地裝有曲柄(26)，兩個曲柄(26)之間由左向右依次裝有大齒輪(24)和小皮帶輪(28)；兩個曲柄(26)末端與各自對應的連桿(27)的一端通過球面副連接，兩個連桿(27)的另一端設有球面副，球面副的外圈固定有連接機翼的銷軸(29)；第二轉軸(30)安裝在機身中部(10)的第二軸承座(7)上，第二轉軸(30)靠近左端處裝有大皮帶輪(31)，大皮帶輪(31)通過皮帶與小皮帶輪(28)連接，大皮帶輪(31)的側面靠近邊緣處裝有連接連桿的銷軸；第三軸承座(8)上裝有第三轉軸(21)，第三轉軸(21)的兩端固定有機翼安裝架(20)，機翼安裝架(20)位于第三軸承座(8)的外側，機翼安裝架(20)為長方體，機翼安裝架(20)沿長的方向開有連接機翼的通孔(19)；第三轉軸(21)的中部靠近左端處固定有搖桿(18)，搖桿(18)的另一端與第二連桿(17)的一端鉸接，第二連桿(17)的另一端與大皮帶輪(31)上的連接連桿的銷軸鉸接；兩個機翼(4)形狀相同，均由翼面(32)、凹形構件(34)和連接機翼安裝架的銷軸(35)構成；翼面(32)的根部與凹形構件(34)的封閉端固定連接，凹形構件(34)的開口端裝有連接機翼安裝架的銷軸(35)，連接機翼安裝架的銷軸(35)與連接機翼的通孔(19)活動連接；凹形構件(34)封閉端的平面開有銷軸通孔(33)，銷軸通孔(33)與連桿(27)球面副的外圈固定的連接機翼的銷軸(29)固定連接；尾翼機構(5)由尾翼舵機(38)、舵臂(39)、第三連桿(40)、尾翼(36)和連接機身尾部的銷軸(37)組成；尾翼(36)是由垂尾和平尾組成；垂尾的平面形狀為梯形，平尾是由前部的等腰三角形和后部的矩形構成的整體，垂尾垂直地固定在平尾的中間位置處；尾翼舵機(38)通過螺栓和機身尾部(14)的螺紋孔(16)與機身尾部(14)固定連接，尾翼舵機(38)的輸出軸裝有舵臂(39)，舵臂(39)與第三連桿(40)的一端鉸接，第三連桿(40)的另一端與尾翼(36)鉸接；尾翼(36)通過連接機身尾部的銷軸(37)和機身尾部(14)的銷孔(15)與機身尾部(14)活動連接；控制系統的結構是：發射機(41)與接收機(6)無線連接，鋰電池(2)與接收機(6)的輸入端口連接；接收機(6)的輸出端口1與電動機(22)連接，接收機(6)的輸出端口2與尾翼舵機(38)連接；鋰電池(2)安裝在電池固定架(9)上，接收機(6)固定在機身尾部(14)的縱向水平桿件的靠近前端處。...
【技術特征摘要】
1.一種兩自由度撲翼飛行器，其特征在于所述兩自由度撲翼飛行器由機身(1)、驅動機
構(3)、兩個機翼(4)、尾翼機構(5)和控制系統組成；設機身頭部為前方，面對機身頭部的左
側為左方，前后方向為縱向，左右方向為橫向；
機身(1)是由機身頭部(11)、機身中部(10)和機身尾部(14)依次連接而成；
機身中部(10)的結構是：左側的豎直框架和右側的豎直框架通過四個橫向水平桿件連
接為一個箱形框架，兩側的豎直框架對稱設置；豎直框架的靠近底部處對稱地設有縱向水
平梁，兩個縱向水平梁的中部對稱地設有第一軸承座(13)；兩側的豎直框架的上水平桿件
下平面的靠近前端處對稱地設有第三軸承座（8），右側豎直框架的上水平桿件下平面的靠
近后端處設有第二軸承座(7)；兩側的豎直框架底部靠近前端處沿橫向設有電機固定架
(12)，兩側的豎直框架的前部上角處對稱地設有電池固定架(9)；
機身頭部(11)由兩個相同的弧形構件構成，弧形構件對稱地固定在機身中部(10)的前
端兩側；
機身尾部(14)是由縱向水平桿和縱向固定桿構成；縱向水平桿的前端固定在機身中部
(10)后端的橫向上水平桿的中間位置處，縱向固定桿的前端固定在機身中部(10)后端的橫
向下水平桿的中間位置處，縱向固定桿的后端與縱向水平桿的中部固定連接，縱向水平桿
和縱向固定桿與對應的橫向上水平桿和橫向下水平桿相互垂直；縱向水平桿件由后向前依
次設有銷孔(15)和螺紋孔(16)；
驅動機構(3)包括電動機(22)、小齒輪(23)、大齒輪(24)、小皮帶輪(28)、第一轉軸
(25)、兩個曲柄(26)、兩個連桿(27)、第二轉軸(30)、大皮帶輪(31)、第二連桿(17)、搖桿
(18)、第三轉軸(21)和兩個機翼安裝架(20)；
電動機(22)安裝在機身中部(10)的電機固定架(12)上，小齒輪(23)安裝在電動機(22)
的輸出軸，小齒輪(23)與大齒輪(24)嚙合；
第一轉軸(25)安裝在機身中部(10)的第一軸承座(13)上，在第一轉軸(25)的兩端對稱
地裝有曲柄(26)，兩個曲柄(26)之間由左向右依次裝有大齒輪(24)和小皮帶輪(28)；兩個
曲柄(26)末端與各自對應的連桿(27)的一端通過球面副連接，兩個連桿(27)的另一端設有
球面副，球面副的外圈固定有連接機翼的銷軸(29)；
第二轉軸(30)安裝在機身中部(10)的第二軸承座(7)上，第二轉軸(30)靠近左端處裝
有大皮帶輪(31)，大皮帶輪(31)通過皮帶與小皮帶輪(28)連接，大皮帶輪(31)的側面靠近
邊緣處裝有連接連桿的銷軸；
第三軸承座(8)上裝有第三轉軸(21)，第三轉軸(21)的兩端固定有機翼安裝架(20)，機
翼安裝架(20)位于第三軸...
【專利技術屬性】
技術研發人員：侯宇，阮龍歡，童超，段宇，李詩雷，
申請(專利權)人：武漢科技大學，
類型：新型
國別省市：湖北;42
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