一种仿蝙蝠扑翼飞行器的设计
作者：宋方会 康与云 褚涛
来源：《科技视界》2016年第06期
【摘 要】设计制作了一款仿蝙蝠扑翼飞行器。根据扑翼的工作方式，用电机驱动双摇杆-双连杆机构实现扑翼飞行；采用交叉十字法接将两个电磁舵机相连，保证微型扑翼机的灵活简约；选用6mm直径空心杯电机作为驱动电机，选用超小型双路双向有刷电子调速器；采用3D快速打印成型技术打印机身，用聚乙烯材质做蒙皮，将扑翼机的重量控制在了20g以内，并通过了飞行实验。
【关键词】扑翼机；仿生；结构设计；控制系统
1 仿蝙蝠扑翼机的结构设计
1.1 两自由度扑翼机构设计
蝙蝠在自由飞行过程中仅依靠双翅的扑动以及蝠身腹部控制攻角，来产生升力及推力飞行的，对仿蝙蝠扑翼微型飞行器而言，它的单侧扑翼机构为单自由度机构，为使扑翼机构运
动准确，原动件的数量必须等于该机构的自由度的数量，即运动确定的条件是设计机构的自由度数与扑翼机驱动的数量相等[1-3]。仿蝙蝠扑翼机的各构件只作平面运动，所以每个自由构件具有三个自由度。机械机构虽然同时具有两种运动，但明确只有一个驱动支持，因此要求机构只具有一个自由度。而每个平面低幅（转动副和移动副）各提供两个约束，每个平面高副只提供一个约束。自由度的计算公式如式（1）[4]：
其中，N—为构件数，包括机架；Pi—第i类运动副的数量；Ci—第i类运动副引入的约束数。扑翼机构是一个5杆5副的闭环机构，圆柱副引入5个约束，球副引入3个约束，自由度由式（1）计算得：
1.2 减速齿轮组设计
仿蝙蝠扑翼机飞行工作时，扑动频率高，翼手拍打空气需要很大作用力，负载较大，微型直流电机无法直接驱动翼手拍打空气产生升力，且容易造成损坏。因此采用齿轮减速器，用来降低转速和增大转矩，以满足拍打机翼的需要。
