一种基于双曲柄的扑翼机构及微型水面扑翼飞行器的制作方法

1.本实用新型涉及微型水面扑翼飞行器技术领域，更具体地说，是涉及一种基于双曲柄的扑翼机构及微型水面扑翼飞行器。


背景技术：

2.目前，微型水面运动机器人的运动形式以滑行和跳跃为主,而扑翼飞行能够扩大机器人的运动空间范围,提高机器人的机动性和灵活性,成为微型水面运动机器人发展的必然趋势。
3.现有技术的扑翼机构主要分为多自由度扑翼驱动机构和单自由度扑翼驱动机构。而单自由度扑翼驱动机构根据实现方式又可分为四类：曲柄滑块机构、凸轮弹簧机构、双曲柄双摇杆机构、单曲柄双摇杆机构。
4.缺陷：曲柄滑块机构摩檫力较大、效率较低；凸轮弹簧机构体型较大且设计复杂；单曲柄双摇杆机构左右扑动存在不对称的问题；多自由度扑翼驱动机构较重且结构复杂。
5.因此，现有技术的微型水面运动机器人多采用双曲柄双摇杆机构实现轻巧高效的仿生扑翼，然而，现有技术的双曲柄双摇杆机构由于曲柄相对摆动容易出现机械卡死的现象。
6.因此，现有技术有待改进。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于提供一种基于双曲柄的扑翼机构及微型水面扑翼飞行器，旨在解决现有技术的双曲柄双摇杆机构由于曲柄相对摆动容易出现机械卡死的技术问题。
8.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
9.本实用新型提供一种基于双曲柄的扑翼机构，包括扑翼机架、一组扑翼摇杆、曲柄组件以及扑翼驱动器，所述曲柄组件设置于所述扑翼驱动器与所述扑翼摇杆之间，所述扑翼摇杆通过所述扑翼驱动器驱动而沿所述扑翼机架进行往复运动，其特征在于，所述扑翼驱动器包括：
10.左侧输出齿轮，设置于所述扑翼机架上，用于驱动左侧的所述扑翼摇杆；
11.右侧输出齿轮，设置于所述扑翼机架上，用于驱动右侧的所述扑翼摇杆，且所述左侧输出齿轮与所述右侧输出齿轮呈平行设置。
12.在一种实施方式中，所述扑翼驱动器还包括：
13.旋转驱动源；
14.齿轮组件，所述齿轮组件与所述旋转驱动源传动连接，所述齿轮组件用于驱动所述左侧输出齿轮以及所述右侧输出齿轮。
15.在一种实施方式中，所述齿轮组件包括：
16.主动齿轮，所述主动齿轮与所述旋转驱动源传动连接；
17.双层齿轮，包括上齿结构以及下齿结构，所述上齿结构与所述主动齿轮相啮合，所
述下齿结构用于驱动所述左侧输出齿轮以及所述右侧输出齿轮。
18.在一种实施方式中，所述下齿结构与所述右侧输出齿轮相啮合，且所述右侧输出齿轮与所述左侧输出齿轮通过传动轴连接。
19.在一种实施方式中，所述曲柄组件包括：
20.曲柄部，所述曲柄部与所述扑翼驱动器连接；
21.连杆部，所述连杆部与所述扑翼摇杆连接；
22.活动件，所述活动件位于所述曲柄部与所述连杆部之间，所述活动件用于所述曲柄部与所述连杆部之间的活动连接。
23.在一种实施方式中，所述活动件为万向节机构，所述万向节机构包括：
24.十字轴万向节；
25.第一转动件，所述第一转动件与所述十字轴万向节转动连接；
26.第二转动件，所述第二转动件与所述十字轴万向节转动连接，所述第二转动件通过所述十字轴万向节与所述第二转动件交叉铰接。
27.在一种实施方式中，所述第一转动件以及所述第二转动件均呈u形状设置。
28.在一种实施方式中，所述第一转动件远离所述十字轴万向节的一端与所述曲柄部连接，且所述第一转动件与所述曲柄部为一体成型设置；
29.所述第二转动件远离所述十字轴万向节的一端与所述连杆部连接，且所述第二转动件与所述连杆部为一体成型设置。
30.在一种实施方式中，所述十字轴万向节包括：
31.万向节基体；
32.十字形端头，所述十字形端头设置于所述万向节基体上。
33.在一种实施方式中，所述扑翼摇杆包括：
34.摇杆基体；
35.摇杆延伸部，所述摇杆延伸部自所述摇杆基体向外延伸；
36.第一连接部，所述第一连接部位于所述摇杆基体远离所述摇杆延伸部的一端，所述摇杆基体通过所述第一连接部与所述扑翼机架铰接；
37.第二连接部，所述第二连接部设置于所述摇杆基体上，所述摇杆基体通过所述第二连接部与所述连杆部铰接；所述第二连接部包括具有第一容纳腔的一组夹板，所述连杆部嵌设于所述第一容纳腔，且所述连杆部与一组所述夹板铰接。
38.在一种实施方式中，所述基于双曲柄的扑翼机构还包括：
39.曲柄架，所述曲柄架位于所述扑翼机架与所述扑翼驱动器之间，所述曲柄架用于为所述曲柄组件的连杆部提供避让空间。
40.一种微型水面扑翼飞行器，其中，所述微型水面扑翼飞行器包括如上所述的基于双曲柄的扑翼机构，由此该微型水面扑翼飞行器可以具有上述基于双曲柄的扑翼机构的所有结构特征及有益效果，在此不再赘述。
41.本实用新型提供的一种基于双曲柄的扑翼机构及微型水面扑翼飞行器的有益效果至少在于：
42.本实用新型提供了一种基于双曲柄的扑翼机构及微型水面扑翼飞行器，其中该基于双曲柄的扑翼机构包括扑翼机架、一组扑翼摇杆、曲柄组件以及扑翼驱动器，所述曲柄组
件设置于所述扑翼驱动器与所述扑翼摇杆之间，所述扑翼驱动器包括左侧输出齿轮以及右侧输出齿轮，且左侧输出齿轮与右侧输出齿轮平行设置。本实用新型通过左侧输出齿轮与右侧输出齿轮平行输出，用于曲柄组件摆动带动扑翼摇杆进行往复运动，避免了曲柄对撞的危险，能够防止双曲柄卡死的现象，并且左侧输出齿轮与右侧输出齿轮平行能够减少扑翼机构的横截面积，能够减少风阻，本实用新型通过齿轮传动曲柄进而带动摇杆进行规则往复运行，摩擦力小且轻巧灵便，可以降低对电动机性能的要求，能够降低成本。
附图说明
43.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
44.图1为本实用新型实施例提供的基于双曲柄的扑翼机构的结构示意图；
45.图2为本实用新型实施例提供的基于双曲柄的扑翼机构的具体实施例的结构示意图；
46.图3为本实用新型实施例提供的基于双曲柄的扑翼机构的驱动原理图；
47.图4为本实用新型实施例提供的基于双曲柄的扑翼机构的侧视角度的结构示意图。
48.图5为本实用新型实施例提供的基于双曲柄的扑翼机构的俯视角度的结构示意图。
49.图6为本实用新型实施例提供的十字轴万向节的爆炸图。
50.图7为本实用新型实施例提供的基于双曲柄的扑翼机构的几何模型图。
51.其中，图中各附图标记：
52.100、扑翼机架；200、扑翼摇杆；300、扑翼驱动器；400、曲柄组件；500、曲柄架；210、摇杆基体；220、摇杆延伸部；230、第一连接部；240、第二连接部；231、耳板；232、叉耳；241、夹板；242、第一容纳腔；310、旋转驱动源；320、齿轮组件；321、主动齿轮；322、双层齿轮；323、输出齿轮；324、传动轴；322a、上齿结构；322b、下齿结构；323a、左侧输出齿轮；323b、右侧输出齿轮；410、曲柄部；420、连杆部；430、万向节机构；431、第一转动件；432、第二转动件；433、十字轴万向节；510、避让空间。
具体实施方式
53.为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
54.需要说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为
指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
55.请参阅图1，本实施例提供了一种基于双曲柄扑翼摇杆200的扑翼机构，包括扑翼机架100、一组扑翼摇杆200、曲柄组件400以及扑翼驱动器300，曲柄组件400设置于扑翼驱动器300与扑翼摇杆200之间，扑翼摇杆200通过扑翼驱动器300驱动而沿扑翼机架100进行往复运动，其中，扑翼驱动器300包括：
56.左侧输出齿轮323a，设置于扑翼机架100上，用于驱动左侧的扑翼摇杆200；
57.右侧输出齿轮323b，设置于扑翼机架100上，用于驱动右侧的扑翼摇杆200，且左侧输出齿轮323a与右侧输出齿轮323b呈平行设置。
58.在本实施例中，左侧输出齿轮323a与右侧输出齿轮323b呈平行设置，使得左侧的曲柄组件400的摆动方向相对于右侧的曲柄组件400摆动方向平行，避免左侧的曲柄组件400与右侧的曲柄组件400产生相向的摆动，因此本实施例通过左侧输出齿轮323a与右侧输出齿轮323b平行输出，用于曲柄组件400 摆动带动扑翼摇杆200进行往复运动，避免了曲柄对撞的危险，能够防止双曲柄卡死的现象，并且左侧输出齿轮323a与右侧输出齿轮323b平行能够减少扑翼机构的横截面积，能够减少风阻，本实用新型通过齿轮传动曲柄进而带动摇杆进行规则往复运行，摩擦力小且轻巧灵便，可以降低对电动机性能的要求，能够降低成本。
59.较佳的，请参阅图2及图3，扑翼驱动器300包括：旋转驱动源310、齿轮组件320、左侧输出齿轮323a以及右侧输出齿轮323b，齿轮组件320与旋转驱动源310传动连接，齿轮组件320用于驱动左侧输出齿轮323a以及右侧输出齿轮323b。在本实施例中，输出齿轮323包括左侧输出齿轮323a以及右侧输出齿轮323b，通过齿轮组件320传动，进而带动曲柄组件400和摇杆进行规则往复运动，摩擦力小且轻巧灵便，可以降低对电动机性能的要求，能够降低成本。
60.较佳的，请参阅图2-4，齿轮组件320包括：主动齿轮321以及双层齿轮 322，主动齿轮321与旋转驱动源310传动连接，双层齿轮322包括上齿结构 322a以及下齿结构322b，上齿结构322a与主动齿轮321相啮合，下齿结构322b 用于驱动左侧输出齿轮323a以及右侧输出齿轮323b。其中，上齿结构322a的半径大于下齿结构322b的半径，下齿结构322b与右侧输出齿轮323b相啮合，且右侧输出齿轮323b与左侧输出齿轮323a通过传动轴324连接。
61.在本实施例中，旋转驱动源310与主动齿轮321传动连接，主动齿轮321 与双层齿轮322的上齿结构322a相啮合，双层齿轮322的下齿结构322b与右侧输出齿轮323b相啮合，且右侧输出齿轮323b套设在传动轴324的一端，传动轴324的另一端嵌设在左侧输出齿轮323a内，左侧输出齿轮323a通过传动轴324的驱动进行转动，即可实现左侧输出齿轮323a与右侧输出齿轮323b同步转动，通过左右两侧的曲柄组件400带动进而可以实现左侧与右侧的摇杆进行规则往复运动，结构简单，成本低。
62.在本实施例中，曲柄组件400和摇杆通过齿轮组件320把运动摩擦力传递给旋转驱动源310，旋转驱动源310运转时产生扭力同时增加旋转驱动源310 的工作电流，通过旋转驱动源310芯片控制工作电流变化大小控制旋转驱动源 310的占空比实现调节旋转驱动源310的运转转速，可以实现旋转驱动源310 运转速度快慢的自动调速的功能，结构简单、成本低。其中，旋转驱动源310 采用电机可以为现有技术，因此，旋转驱动源310的具体结构在
此不再赘述。
63.较佳的，请参阅图2，曲柄组件400包括：曲柄部410、连杆部420以及活动件，曲柄部410与扑翼驱动器300连接，连杆部420与扑翼摇杆200连接，活动件位于曲柄部410与连杆部420之间，活动件用于曲柄部410与连杆部420 之间的活动连接。
64.在本实施例中，曲柄部410与连杆部420通过活动件连接，活动件用于曲柄部410与连杆部420之间的活动连接，当摇杆在进行往复运行时，活动件能够减少齿轮组件320的机械磨损，能够避免连杆部420与摇杆的硬件干涉。
65.较佳的，请参阅图2及图6，活动件为万向节机构430，万向节机构430 包括：十字轴万向节433、第一转动件431以及第二转动件432，第一转动件 431与十字轴万向节433转动连接，第二转动件432与十字轴万向节433转动连接，第二转动件432通过十字轴万向节433与第二转动件432交叉铰接。
66.在本实施例中，活动件为万向节机构430，且万向节机构430包括十字轴万向节433、第一转动件431以及第二转动件432，本实施例第二转动件432 通过十字轴万向节433与第二转动件432交叉铰接，连杆部420与曲柄部410 可以通过十字轴万向节433完成空间三维扭转，能够减少齿轮组件320的机械磨损，能够避免连杆部420与摇杆的硬件干涉。
67.具体的，请参阅图6，第一转动件431以及第二转动件432均呈u形状设置，通过u形状设置可以减少第一转动件431以及第二转动件432的应力集中，可以增加第一转动件431以及第二转动件432的构件强度，第一转动件431远离十字轴万向节433的一端与曲柄部410连接，且第一转动件431与曲柄部410 为一体成型设置，第二转动件432远离十字轴万向节433的一端与连杆部420 连接，且第二转动件432与连杆部420为一体成型设置，本实施例结构简单，便于生产，能够降低生产成本。
68.请参阅图6，十字轴万向节433包括：万向节基体以及十字形端头，十字形端头设置于万向节基体上，结构简单，容易实现。应当理解的是，十字轴万向节433可以为现有技术，故十字轴万向节433的具体结构在此不再赘述。
69.较佳的，请参阅图2及图5，扑翼摇杆200包括：摇杆基体210、摇杆延伸部220、第一连接部230以及第二连接部240，摇杆延伸部220自摇杆基体210 向外延伸，第一连接部230位于摇杆基体210远离摇杆延伸部220的一端，摇杆基体210通过第一连接部230与扑翼机架100铰接，第二连接部240设置于摇杆基体210上，摇杆基体210通过第二连接部240与连杆部420铰接；第二连接部240包括具有第一容纳腔242的一组夹板241，连杆部420嵌设于第一容纳腔242，且连杆部420与一组夹板241铰接。
70.在本实施例中，摇杆基体210作为主要受力构件，摇杆基体210的构件强度大于摇杆延伸部220，因此，摇杆延伸部220的横截面可以小于摇杆基体210 的横截面，其中，第二连接部240包括具有第一容纳腔242的一组夹板241，可以使得连杆部420与摇杆受力均匀，能够避免产生应力集中。
71.请参阅图2，一组扑翼摇杆200包括：左侧扑翼摇杆200以及右侧扑翼摇杆200，左侧扑翼摇杆200与右侧扑翼摇杆200铰接，且左侧扑翼摇杆200与右侧扑翼摇杆200呈左右对称设置。请参阅图5，右侧的第一连接部230可以设置为一组耳板231，左侧的第一连接部230可以设置为叉耳232，叉耳232 嵌设在耳板231内，叉耳232与耳板231通过销轴与扑翼机架100铰接，结构简单，受力均匀。
72.较佳的，请参阅图2及图5，基于双曲柄扑翼摇杆200的扑翼机构还包括：曲柄架500，曲柄架500位于扑翼机架100与扑翼驱动器300之间，曲柄架500 用于为连杆部420提供避让空间510。
73.在本实施例中，请结合7，扑翼机架100可以设置有一组曲柄架500，一组曲柄架500上可以设置一组轴承，轴承内嵌设有传动轴324，传动轴324可沿轴承进行转动，传动轴324两端分别设置有左侧输出齿轮323a以及右侧输出齿轮323b，因此，曲柄架500能够保证左侧输出齿轮323a与右侧输出齿轮323b 之间的间距，能够方便左侧输出齿轮323a与右侧输出齿轮323b安装固定，可以为连杆部420提供避让空间510，能够防止左右两侧的曲柄对撞的危险，能够防止双曲柄卡死的现象。
74.在某一具体实施例中，请结合图7，图7为该基于双曲柄的扑翼机构的几何模型，其中，l1为曲柄架500的长度、r1为曲柄部410的长度、l2为连杆部 420的长度、r2为扑翼摇杆200的长度，h为扑翼机架100的高度。优选的，曲柄架500的长度可以为5.5mm,曲柄部410的长度可以为5.1mm,连杆部420 的长度可以为22.7mm,扑翼摇杆200的长度可以为9mm(扑翼摇杆的长度指的是扑翼摇杆分别与连杆部420铰接以及扑翼机架100铰接之间的长度),扑翼机架100的高度的22mm。其中，主动齿轮的齿数可以为z1＝10,双层齿轮的上齿结构的齿数可以为z2＝40,双层齿轮的下齿结构的齿数可以为z2′
＝10,左侧输出齿轮以及右侧输出齿轮的齿数可以为z3＝40，其减速比为：
[0075][0076]
在本实施例中，曲柄架、曲柄部、连杆部以及扑翼摇杆的长度设置合理，主动齿轮的齿数、上齿结构的齿数、下齿结构的齿数以及输出齿轮的齿数设置合理，能够减少机械磨损，避免了设计不当妨碍扑翼运动并加速器械磨损的问题。应该理解的是，上述曲柄架、曲柄部、连杆部等并不限于上述的5.5mm、 5.1mm、22.7mm等具体参数，曲柄架、曲柄部、连杆部以及扑翼摇杆、主动齿轮的齿数、上齿结构的齿数、下齿结构的齿数以及输出齿轮的齿数的具体参数设置还可以是其他情形，此处不作限制。
[0077]
一种微型水面扑翼飞行器，其中，该微型水面扑翼飞行器包括如上实施例所述的基于双曲柄的扑翼机构，由此该微型水面扑翼飞行器可以具有上述基于双曲柄的扑翼机构的所有结构特征及有益效果，在此不再赘述。
[0078]
综上所述，本实用新型提供了一种基于双曲柄的扑翼机构及微型水面扑翼飞行器，其中该基于双曲柄的扑翼机构包括扑翼机架、一组扑翼摇杆、曲柄组件以及扑翼驱动器，曲柄组件设置于扑翼驱动器与扑翼摇杆之间，扑翼驱动器包括左侧输出齿轮以及右侧输出齿轮，且左侧输出齿轮与右侧输出齿轮平行设置。本实用新型通过左侧输出齿轮与右侧输出齿轮平行输出，用于曲柄组件摆动带动扑翼摇杆进行往复运动，避免了曲柄对撞的危险，能够防止双曲柄卡死的现象，并且左侧输出齿轮与右侧输出齿轮平行能够减少扑翼机构的横截面积，能够减少风阻，本实用新型通过齿轮传动曲柄进而带动摇杆进行规则往复运行，摩擦力小且轻巧灵便，可以降低对电动机性能的要求，能够降低成本。
[0079]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。