本發(fā)明涉及微型飛行器領域，具體來說，是一種微小型多翼仿生撲翼飛行器。

背景技術：

自二十世紀九十年代以來，隨著傳統(tǒng)飛行器設計技術的不斷成熟和微電子技術的大幅進步，微型飛行器被提出并快速發(fā)展。

微型飛行器由于具有體積小、重量輕和機動性強等特征，在國家安全和國民經(jīng)濟建設方面具有廣泛的應用前景，適用于復雜環(huán)境下的偵查、勘探和協(xié)助救援等工作。

同時，隨著人們對自然生物飛行的不斷探索，仿生學設計被越來越多的應用于微型飛行器領域，開始出現(xiàn)模仿昆蟲飛行的撲翼微型飛行器。

現(xiàn)有撲翼微型飛行器布局的機構設計，大多數(shù)采用單對撲翼提供升力和控制力矩，且控制方式比較簡單。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決微小型飛行器在有限空間內(nèi)不能提供足夠的升力問題，受蜻蜓等多翅昆蟲啟發(fā)提出了一種微小型多翼仿生撲翼飛行器，以簡單的機構實現(xiàn)高效的拍動方式，能提供足夠的升力和控制力矩，可用于復雜環(huán)境的偵查救援等工作。

所述的微小型多翼仿生撲翼飛行器，包括機架、搖臂、拍動驅(qū)動機構和拍動翼。

機架整體成型，為左右對稱結構；中心是柱型空腔，兩側分別各預留兩個安裝孔，四個頂角位置分別預留四個安裝孔。

搖臂共四個，搖臂的中間位置鉸接在機架的四個頂角位置，一端留有柱形空腔，與拍動翼主梁固定連接；實現(xiàn)由搖臂帶動拍動翼運動；另一端通過預留孔固定連接拍動驅(qū)動機構的輸出端。

拍動驅(qū)動機構有電機、齒輪減速機構和連桿組成。

電機固定在機架上的中心柱型空腔內(nèi)；

齒輪減速機構為二級齒輪減速機構，包括2個齒輪a，2個齒輪b和1個齒輪c，齒輪c安裝在電機輸出軸上，齒輪a和齒輪b分別固定在機架上柱型空腔一側的安裝孔上，兩側的齒輪a和齒輪b分別關于機架對稱分布；齒輪c同時嚙合2個齒輪b，每個齒輪b各嚙合一個齒輪a，五個齒輪把電機輸出的高速轉(zhuǎn)動減速。

連桿共有四個，對稱分布在機架左右；每個連桿的一端通過安裝孔與齒輪a鉸接，另一端作為拍動驅(qū)動機構的輸出端固定連接搖臂。

拍動翼包括主梁、輔梁和翼膜，共有四個，分別連接四個搖臂，對稱分布在機架兩側。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1、本發(fā)明一種微小型多翼仿生撲翼飛行器，采用多撲翼方式實現(xiàn)飛行，是一種新的多撲翼布局方式。

2、本發(fā)明一種微小型多翼仿生撲翼飛行器，使用齒輪和連桿機構傳動，制造簡單，容易獲得較高的設計精度。

3、本發(fā)明一種微小型多翼仿生撲翼飛行器，相較于單對撲翼飛行器，多撲翼之間的影響能夠增加升力，充分利用昆蟲的高升力機制，具有較高的效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種微小型多翼仿生撲翼飛行器的整體結構示意圖；

圖2為本發(fā)明微小型多翼仿生撲翼飛行器的機架結構局部放大圖；

圖3為本發(fā)明微小型多翼仿生撲翼飛行器的的連桿局部放大圖；

圖4為本發(fā)明微小型多翼仿生撲翼飛行器的拍動翼結構局部放大圖。

圖5為本發(fā)明微小型多翼仿生撲翼飛行器的搖臂結構局部放大圖。

其中，1-拍動翼，2-搖臂，3-連桿，4-齒輪a，5-齒輪b，6-齒輪c，7-機架；

101-輔梁，102-主梁，103-翼膜；201-預留孔，202-安裝孔，203-柱形空腔。

具體實施例

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方法進行詳細說明。

本發(fā)明受蜻蜓等多對撲翼昆蟲的啟發(fā)，設計了一種微小型多翼仿生撲翼飛行器；與單對撲翼飛行器相比，在相同的條件下可以提供更大的升力，且由于設計機構的對稱性，機構的復雜性并沒有明顯增加。

所述的微小型多翼仿生撲翼飛行器，如圖1所示，包括拍動翼1，搖臂2，連桿3,齒輪a4，齒輪b5，齒輪c6以及機架7；

如圖2所示，機架7采用樹脂材料或者聚乳酸(pla)，通過3d打印整體成型；為左右對稱結構，機架7上預留一系列安裝孔，方便與其他結構相連接。

具體為：機架7的中心位置預留有柱形空腔，其內(nèi)徑與電機直徑相同，用于固定安裝電機，柱形空腔與電機配合連接，且在電機輸出軸上安裝齒輪c6。同時，在中心柱型空腔的每側分別各預留兩個安裝孔，且兩側的安裝孔對稱分布，同側的兩個安裝孔分別固定鉸接齒輪a4和齒輪b5，各齒輪相互嚙合，齒輪c6同時嚙合2個齒輪b5，每個齒輪b5各嚙合一個齒輪a4，五個齒輪構成齒輪減速機構，共同把電機輸出的高速轉(zhuǎn)動減速；機架7的四個頂角位置分別各預留一個安裝孔，用于安裝搖臂2。

搖臂2共四個，如圖5所示，結構呈鑰匙狀，每側對稱安裝兩個，頂頭設有預留孔201，中間設有安裝孔202，端部留有柱形空腔203；通過安裝孔202將搖臂2鉸接在機架7的四個頂角；通過柱形空腔203與拍動翼1的主梁102固定連接；實現(xiàn)由搖臂2帶動拍動翼1運動。同時通過預留孔201固定鉸接拍動驅(qū)動機構的輸出端。

拍動驅(qū)動機構包括連桿3，齒輪減速機構和電機；

齒輪減速機構選用二級齒輪減速機構。

連桿3共有四個，如圖3所示，對稱分布在機架1左右；每側的兩個連桿3為一對。連桿3上兩端各預留有一個安裝孔，每個連桿3的一端通過安裝孔與齒輪a4鉸接，另一端作為拍動驅(qū)動機構的輸出端固定連接搖臂2。

如圖4所示，拍動翼1包括主梁102、輔梁101和翼膜103。翼梁材料為碳桿，翼膜材料選用厚度約為0.04mm的雙向拉伸聚丙烯薄膜、聚酯薄膜或其他薄膜。通過合理的初始安裝，保證四個拍動翼對稱分布，由于拍動驅(qū)動機構為對稱分布的，所以四個拍動翼能夠?qū)崿F(xiàn)同幅度的對稱的往復拍動。

本發(fā)明一種微小型多翼仿生撲翼飛行器的具體使用過程為：

通過控制器驅(qū)動該微小型多翼仿生撲翼飛行器的電機，電機輸出高速轉(zhuǎn)動，經(jīng)齒輪c、齒輪b與齒輪a組成的齒輪減速機構實現(xiàn)減速。齒輪a的轉(zhuǎn)動帶動與其連接的連桿3運動，進而轉(zhuǎn)換為搖臂2的往復擺動。搖臂2上固定有拍動翼1，拍動翼1實現(xiàn)低頻往復拍動，并產(chǎn)生豎直方向的氣動升力。當氣動升力大于重力時，所述的微小型多翼仿生撲翼飛行器垂直起飛。飛行過程中，通過控制器控制電機轉(zhuǎn)速，改變拍動翼1的升力，進而實現(xiàn)垂直起降。

技術特征：

技術總結
本發(fā)明公開了一種微小型多翼仿生撲翼飛行器，涉及微型飛行器領域；具體包括機架；四個搖臂；電機；2個齒輪a，2個齒輪b，1個齒輪c；四個連桿和四個拍動翼；電機固定在機架中心，齒輪c安裝在電機輸出軸上，同時嚙合2個齒輪b，每個齒輪b各嚙合一個齒輪a，每個齒輪a同時將兩個連桿的一端鉸接在一起，每個連桿的另一端固定連接一個搖臂；同時，每個搖臂的另一端與拍動翼固定連接；搖臂帶動拍動翼實現(xiàn)低頻往復拍動，并產(chǎn)生豎直方向的氣動升力。本發(fā)明使用齒輪和連桿機構傳動，制造簡單，容易獲得較高的設計精度；相較于單對撲翼飛行器，多撲翼之間的影響能夠增加升力，充分利用昆蟲的高升力機制，具有較高的效率。

技術研發(fā)人員：吳江浩;李港;李雨生;時寒陽;楊玉騰;張艷來;孫茂
受保護的技術使用者：北京航空航天大學
技術研發(fā)日：2017.02.27
技術公布日：2017.07.14