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原文传递一种主动扭转与折叠的仿生扑翼驱动机构以及驱动方法

专利名称：	一种主动扭转与折叠的仿生扑翼驱动机构以及驱动方法
摘要：	本发明提供一种主动扭转与折叠的仿生扑翼驱动机构以及驱动方法，主动扭转与折叠的仿生扑翼驱动机构，包括：机架、左扑翼驱动机构和右扑翼驱动机构；所述左扑翼驱动机构和所述右扑翼驱动机构对称安装于所述机架的左右两侧；左扑翼驱动机构和所述右扑翼驱动机构的结构相同，均包括电机、齿轮、齿轮轴、前曲柄摇臂机构、后曲柄摇臂机构、前梁和后梁。本机构的主动扭转与主动折叠运动紧密耦合、同时实现，在机构形式简洁的基础上保证了多自由度仿生运动，且该两种运动幅度均为主动控制，且通过参数调整可以达到最优，所实现的运动规律与鸟类翅膀运动规律高度相似。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西北工业大学
发明人：	杨文青;孟祥瑞;李渊博;高江鑫;张锐;宣建林;宋笔锋;薛栋
专利状态：	有效
申请日期：	2019-09-20T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-19T00:00:00+0800
申请号：	CN201910892481.4
公开号：	CN110466757A
代理机构：	北京市盛峰律师事务所
代理人：	席小东
分类号：	B64C33/02(2006.01);B;B64;B64C;B64C33
申请人地址：	710072 陕西省西安市友谊西路127号
主权项：	1.一种主动扭转与折叠的仿生扑翼驱动机构，其特征在于，包括：机架(100)、左扑翼驱动机构(200)和右扑翼驱动机构(300)；所述左扑翼驱动机构(200)和所述右扑翼驱动机构(300)对称安装于所述机架(100)的左右两侧；所述左扑翼驱动机构(200)和所述右扑翼驱动机构(300)的结构相同，均包括电机、齿轮(A2)、齿轮轴(A3)、前曲柄摇臂机构(A4)、后曲柄摇臂机构(A5)、前梁(A6)和后梁(A7)；所述齿轮(A2)在所述电机的驱动下转动；所述齿轮(A2)的中心固定安装所述齿轮轴(A3)，所述齿轮轴(A3)的前端安装所述前曲柄摇臂机构(A4)，所述前曲柄摇臂机构(A4)与所述前梁(A6)的一端铰接，所述齿轮轴(A3)旋转时，通过所述前曲柄摇臂机构(A4)驱动所述前梁(A6)进行扑动和折叠运动；所述齿轮轴(A3)的后端安装所述后曲柄摇臂机构(A5)，所述后曲柄摇臂机构(A5)与所述后梁(A7)的一端铰接，当所述齿轮轴(A3)旋转时，同步通过所述后曲柄摇臂机构(A5)驱动所述后梁(A7)进行扑动和折叠运动；所述后曲柄摇臂机构(A5)和所述前曲柄摇臂机构(A4)在初始时存在相位差，导致扑动过程中，所述前梁(A6)和所述后梁(A7)沿前后方向的投影并不平行，进而产生前后方向的扭转效果，通过调整所述相位差的大小，进而主动控制所述前梁(A6)和所述后梁(A7)产生扭转运动的幅度。 2.根据权利要求1所述的主动扭转与折叠的仿生扑翼驱动机构，其特征在于，所述前曲柄摇臂机构(A4)和所述后曲柄摇臂机构(A5)的结构相同，所述前梁(A6)和所述后梁(A7)的结构相同。 3.根据权利要求2所述的主动扭转与折叠的仿生扑翼驱动机构，其特征在于，所述前曲柄摇臂机构(A4)包括：前曲柄(A41)和前摇臂(A42)；所述前梁(A6)包括第一前梁内段(A61)、第二前梁内段(A62)和前梁外段(A63)；所述前曲柄(A41)的一端与所述齿轮轴(A3)的前端固定连接，所述前曲柄(A41)的另一端与所述前摇臂(A42)的一端铰接；所述前摇臂(A42)的另一端沿前摇臂轴向分别设定第一铰接点(B1)和第二铰接点(B2)；所述前梁外段(A63)的左端具有L形部，所述L形部包括与所述前梁外段(A63)的轴向同轴的水平部(A631)、与所述水平部(A631)垂直的垂直部(A632)；在所述垂直部(A632)上设定第三铰接点(B3)和第四铰接点(B4)；所述第三铰接点(B3)到所述第四铰接点(B4)的距离，与所述第一铰接点(B1)到所述第二铰接点(B2)的距离相等；所述第一前梁内段(A61)的左端与所述第一铰接点(B1)铰接，所述第一前梁内段(A61)的右端与所述第三铰接点(B3)铰接；所述第二前梁内段(A62)的左端与所述第二铰接点(B2)铰接，所述第二前梁内段(A62)的右端与所述第四铰接点(B4)铰接；所述垂直部(A632)的所述第三铰接点(B3)到所述第四铰接点(B4)的部位形成右杆；所述前摇臂(A42)的第二铰接点(B2)到第一铰接点(B1)的部位形成左杆；所述第一前梁内段(A61)、所述右杆、第二前梁内段(A62)、所述左杆形成平行四边形机构；同时，所述第一前梁内段(A61)还与所述机架(100)通过转轴(C1)可转动连接；所述转轴(C1)与所述第一前梁内段(A61)的装配点，位于所述第一铰接点(B1)和所述第三铰接点(B3)之间，通过所述转轴(C1)，限制所述第一前梁内段(A61)只能绕所述转轴(C1)转动；当所述前摇臂(A42)在所述前曲柄(A41)的带动下进行往复运动时，由于所述平行四边形机构的形成，以及所述转轴(C1)的作用，使所述第一前梁内段(A61)绕所述转轴(C1)进行扑动运动，所述第二前梁内段(A62)与所述第一前梁内段(A61)始终平行，所述第二前梁内段(A62)同步进行扑动运动；同时，在一个周期中，由于所述前摇臂(A42)和所述第一前梁内段(A61)之间的夹角的变化，导致所述第二前梁内段(A62)相对于所述第一前梁内段(A61)会进行梁轴向的运动，当所述第二前梁内段(A62)右端位于所述第一前梁内段(A61)右端的右侧时，推动所述前梁外段(A63)向上抬起，形成向上折叠的状态；当所述第二前梁内段(A62)右端位于所述第一前梁内段(A61)右端的左侧时，拉动所述前梁外段(A63)向下倾斜，形成向下折叠的状态，因此，所述前梁(A6)在扑动的过程中，在不同的扑动位置，驱动所述前梁外段(A63)进行不同方向的折叠。 4.根据权利要求3所述的主动扭转与折叠的仿生扑翼驱动机构，其特征在于，通过调节所述第一铰接点(B1)到所述第二铰接点(B2)的距离，控制所述前梁外段(A63)的折叠角度。 5.根据权利要求1所述的主动扭转与折叠的仿生扑翼驱动机构，其特征在于，所述左扑翼驱动机构(200)的齿轮，与所述右扑翼驱动机构(300)的齿轮相互啮合。 6.根据权利要求1所述的主动扭转与折叠的仿生扑翼驱动机构，其特征在于，所述机架(100)采用碳纤维复合材料。 7.一种权利要求1-6任一项所述的主动扭转与折叠的仿生扑翼驱动机构的驱动方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，电机驱动左扑翼驱动机构(200)的齿轮和右扑翼驱动机构(300)的齿轮进行相向方向的旋转，从而通过左扑翼驱动机构(200)带动左扑翼进行扑动动作，通过右扑翼驱动机构(300)带动右扑翼进行扑动动作，并且，左扑翼和右扑翼同步对称的进行扑动；步骤2，左扑翼和右扑翼在进行扑动过程中，均同时进行扑翼扭转动作和扑翼折叠动作；其中，扑翼扭转动作通过以下方式实现：步骤2.1，初始时，使前曲柄摇臂机构(A4)和后曲柄摇臂机构(A5)具有一定的相位差，即：前曲柄摇臂机构(A4)的前曲柄(A41)、与后曲柄摇臂机构(A5)的后曲柄具有一定的夹角；步骤2.2，然后，电机带动齿轮旋转时，齿轮通过齿轮轴(A3)带动前曲柄摇臂机构(A4)和后曲柄摇臂机构(A5)同步动作；通过前曲柄摇臂机构(A4)驱动前梁(A6)进行扑动，通过后曲柄摇臂机构(A5)驱动后梁进行扑动；由于前曲柄摇臂机构(A4)和后曲柄摇臂机构(A5)具有相位差，因此，前梁(A6)和后梁存在相应的相位差，并不位于同一水平面中，由此使前梁(A6)和后梁之间的扑翼产生扭转动作；扑翼折叠动作通过以下方式实现：在扑翼扑动过程中，对于前梁(A6)，包括第一前梁内段(A61)、第二前梁内段(A62)和前梁外段(A63)；其中，第一前梁内段(A61)和第二前梁内段(A62)均与前梁外段(A63)的一端铰接，第一前梁内段(A61)和第二前梁内段(A62)形成平行四边形机构，该平行四边形机构扑动到不同位置时，驱动前梁外段(A63)向上折叠或向下折叠，进而实现前梁(A6)折叠效果；后梁(A7)和前梁(A6)的折叠原理相同，进而实现后梁(A7)和前梁(A6)形成的扑翼的折叠效果。
所属类别：	发明专利