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一種基于雙向彎曲剪刀桿機構的彎扭運動機構的制作方法

文檔序號:29648025發布日期:2022-04-13 21:38來源:國知局
一種基于雙向彎曲剪刀桿機構的彎扭運動機構的制作方法

1.本發明涉及飛行器領域,具體是一種基于雙向彎曲剪刀桿機構的彎扭運動機構。


背景技術:

2.鳥類在空中飛行以及魚類在水下游動都有很高的推進效率。鳥類翅膀撲動時的扭轉以及魚類的擺動是其高效推進的來源,鳥類的飛行以及魚類的游動是由作用于其上的氣動力或水動力所決定的。勻速飛行或游動時,作用于動物的氣動力或水動力決定了其運動速度和所需的能耗,運動受到擾動時或動物希望做機動運動時,氣動力或水動力隨時間的變化特性決定了運動的穩定性和機動性。了解動物外部表面產生氣動力和水動力的機制和規律,可為發展新型飛行器和水下航行器提供仿生學指導。
3.目前飛行器機翼的主動扭轉機構主要采用機翼內安裝電機直接扭轉機翼的形式。這種方法容易實時控制扭轉參數,但增加了控制電機數量和機翼的結構重量,并且由于結構限制,翼載荷很小。目前大部分機器魚采用多關節串聯驅動方式,通過每個電機來控制每個關節的擺動。這種方法能控制每一個關節的轉動,但是對電機的同步性與運動精度要求較高,并且關節越多要求越高,運動控制越復雜,功耗也越高。


技術實現要素:

4.發明目的:本發明的目的是為了解決現有技術的不足,提供的一種基于雙向彎曲剪刀桿機構的彎扭運動機構,該機構在伸縮過程中具有雙向彎曲特性,通過多個能夠雙向彎曲的剪刀桿的組合,帶動機構整體做彎曲運動而沒有明顯的長度變化。
5.技術方案:為了實現以上目的,本發明所述的一種基于雙向彎曲剪刀桿機構的彎扭運動機構,它包括:固定在內段翼上的底座,穿設在底座上且在底座上直線移動的驅動桿,和底座垂直安裝的固定軸,剪刀副,以及分別位于剪刀副兩端的上連桿組和下連桿組,所述的固定軸的一端和底座固連,固定軸的另一端與剪刀副連接;
6.所述的上連桿組包括長連桿a和短連桿a,所述的長連桿a和短連桿a的一端重疊后和驅動桿的端部通過鉸鏈鉸接在一起,長連桿a和短連桿a的另一端分別與剪刀副鉸接;
7.所述的剪刀副包括剪刀桿a和剪刀桿b,分別帶有傾斜角的剪刀桿a和剪刀桿b的中間處交叉設置后通過鉸鏈鉸接在一起,多個剪刀副首尾相連;
8.所述的下連桿組包括長連桿b和短連桿b,長連桿b和短連桿b的一端分別與剪刀副鉸接在一起,長連桿b和短連桿b的另一端鉸接在一起。
9.作為本發明的進一步優選,所述的與固定軸連接的剪刀副和上連桿組鉸接,最靠近上連桿組件的剪刀副與固定軸連接,從而控制驅動軸在底座上的通孔內直線移動,最終實現多個首位相連的剪刀副的伸縮運動。
10.作為本發明的進一步優選,所述的固定軸與剪刀桿a和剪刀桿b交叉處鉸接,從而實現固定軸和最靠近上連桿組件的剪刀副的限位。
11.作為本發明的進一步優選,所述的底座上成對設置驅動桿,相鄰兩個驅動桿對應
的剪刀副彎曲角度相反,從而實現雙向彎曲。。
12.作為本發明的進一步優選,所述的剪刀副彎曲角度為對應兩個剪刀桿 a和剪刀桿b的傾斜角度。
13.作為本發明的進一步優選,所述的剪刀桿a和剪刀桿b上較短一段為 x,剪刀桿較長一段與剪刀桿較短一段的比值為k,剪刀桿兩段折線段之間的夾角為α,此時剪刀桿較短一段與豎直方向夾角為β,剪刀桿較長一段與剪刀桿較短一段之間的比值k與α和β之間應滿足關系式:
[0014][0015]
作為本發明的進一步優選,剪刀桿較長一段與剪刀桿較短一段的比值>1。
[0016]
作為本發明的進一步優選,所述的交叉設置的兩個剪刀桿a和剪刀桿 b上設有的夾角相差15度。
[0017]
作為本發明的進一步優選,所述的剪刀副安裝在支撐塊上,用于固定剪刀副上的鉸鏈上的軸直接插入支撐塊,由于支撐塊是柔性體,通過軸直接帶動其變形。
[0018]
有益效果:本發明所述的一種基于雙向彎曲剪刀桿機構的彎扭運動機構,與現有技術相比,具有以下優點:
[0019]
1、非直線段剪刀桿與全部由直線段剪刀桿組成的剪刀桿機構相比,能實現雙向彎曲;
[0020]
2、通過調節剪刀桿兩段的長度和角度實現多種運動組合;
[0021]
3、根據實際應用需求做成任意曲線形狀,而不一定只能是直線段;
[0022]
4、結構簡單,工作穩定可靠,根據使用需求靈活應用于多種使用場合。
附圖說明
[0023]
圖1為本發明安裝完成后的彎曲結構示意圖1;
[0024]
圖2為本發明安裝完成后的彎曲結構示意圖1;
[0025]
圖3為夾角位置示意圖;
[0026]
圖4為拉伸狀態下剪刀副的結構示意圖;
[0027]
圖5為壓縮狀態下剪刀副的結構示意圖;
具體實施方式
[0028]
下面結合附圖,進一步闡明本發明。
[0029]
如圖1、圖2所示,本發明所述的一種基于雙向彎曲剪刀桿機構的彎扭運動機構,它包括:固定在內段翼上的底座10,驅動桿1,固定軸20,長連桿a2,短連桿a3,剪刀桿a4,剪刀桿b5,長連桿b6和短連桿b7。
[0030]
成對安裝的驅動桿1穿設在底座10上且在底座10上直線移動,固定軸20 的一端垂直安裝在底座10上,固定軸20的另一端與剪刀桿a4和剪刀桿b5鉸接處連接,長連桿a2和短連桿a3的一端重疊后和驅動桿1的端部通過鉸鏈8鉸接在一起,長連桿a2和短連桿a3的另一端分別與中間處交叉設置的剪刀桿a4和剪刀桿b5鉸接,多個剪刀桿a4和剪刀桿b5皆為交叉設置且首位相連,剪刀桿 a4和剪刀桿b5的端部分別與長連桿b6和短連桿b7鉸接。
[0031]
實施例
[0032]
設計剪刀桿兩段的長度比值與偏轉角度可以設計伸縮與彎曲的運動組合,以剪刀桿處于伸直狀態為例,如圖3所示,剪刀桿較長一段記作kx,剪刀桿較短一段記作x,設較短一段長度為x,較長一段與較短一段的比值為k(k》1),兩者之間夾角為α。h為短剪刀桿的垂直高度,h為較長一段剪刀桿的垂直高度,令 h與h相等,此時較短一段與豎直方向夾角為β,則長度與夾角之間應滿足關系式:
[0033][0034]
確定了平衡位置時的角度β的大小,可以確定k與α的關系,從而可以設計k來求解α或者設計α求解k。理論上,只考慮桿件長度,不考慮桿件實際寬度的情況下,β僅需滿足0《β《90
°
即可。此時,α滿足0《α《(90
°?
β)。如圖3所示的剪刀桿為例,較短一段桿長度x(即兩個鉸鏈點之間的距離)為40mm,比值k為1.5,則較長一段長度為60mm。α取15
°
,則可得到平衡位置時較短一段與豎直方向的夾角β滿足關系式
[0035][0036]
此時較長一段與豎直方向角度為15
°
+β。注意,剪刀桿機構中不同剪刀桿之間的長度與角度參數可以變化,因此可以通過改變不同剪刀桿的參數來設計伸縮過程中的不同彎曲形態。
[0037]
先以驅動一個剪刀桿機構為例。如圖4所示,剪刀桿機構處于伸直狀態,驅動桿1帶動鉸鏈2與鉸鏈9保持的距離成為平衡距離。驅動桿1在平衡距離向外拉,鉸鏈2與鉸鏈9的距離增大,稱為拉伸距離,此時剪刀桿機構向一側彎曲。驅動桿1在平衡距離向內推,鉸鏈2與鉸鏈9的距離減小,稱為壓縮距離,此時剪刀桿機構向另一側彎曲。
[0038]
當兩個剪刀桿組合時,令兩個剪刀桿在相同伸縮狀態下的彎曲方向相反,可以使兩個剪刀桿在相反的伸縮狀態下向同一側彎曲,如圖5所示。此時剪刀桿的彎曲形態類似普通物體彎曲時的形態,即彎曲的外側拉伸,內側壓縮。改變兩個剪刀桿機構的剪刀桿參數可以改變彎曲與伸縮之間的運動關系。這種機構可以用于仿生機器魚的擺動,也可用于機翼的彎曲。
[0039]
將兩個彎曲機構組合,令其彎曲方向相反,即可實現扭轉運動,彎曲方向也可相同,同單機構彎曲一樣。這種機構可以用于仿生機器魚的運動,不僅可以實現擺動,也能實現扭轉,也可以用于機翼的彎曲和扭轉運動。
[0040]
上述實施方式只為說明本發明的技術構思及特點,其目的是讓熟悉該技術領域的技術人員能夠了解本發明的內容并據以實施,并不能以此來限制本發明的保護范圍。凡根據本發明精神實質所做出的等同變換或修飾,都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
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