一種仿蝙蝠撲翼飛行器的設計
作者：宋方會 康與云 褚濤
來源：《科技視界》2016年第06期
【摘 要】設計制作了一款仿蝙蝠撲翼飛行器。根據撲翼的工作方式，用電機驅動雙搖桿-雙連桿機構實現撲翼飛行；采用交叉十字法接將兩個電磁舵機相連，保證微型撲翼機的靈活簡約；選用6mm直徑空心杯電機作為驅動電機，選用超小型雙路雙向有刷電子調速器；采用3D快速打印成型技術打印機身，用聚乙烯材質做蒙皮，將撲翼機的重量控制在了20g以內，并通過了飛行實驗。
【關鍵詞】撲翼機；仿生；結構設計；控制系統
1 仿蝙蝠撲翼機的結構設計
1.1 兩自由度撲翼機構設計
蝙蝠在自由飛行過程中僅依靠雙翅的撲動以及蝠身腹部控制攻角，來產生升力及推力飛行的，對仿蝙蝠撲翼微型飛行器而言，它的單側撲翼機構為單自由度機構，為使撲翼機構運
動準確，原動件的數量必須等于該機構的自由度的數量，即運動確定的條件是設計機構的自由度數與撲翼機驅動的數量相等[1-3]。仿蝙蝠撲翼機的各構件只作平面運動，所以每個自由構件具有三個自由度。機械機構雖然同時具有兩種運動，但明確只有一個驅動支持，因此要求機構只具有一個自由度。而每個平面低幅（轉動副和移動副）各提供兩個約束，每個平面高副只提供一個約束。自由度的計算公式如式（1）[4]：
其中，N—為構件數，包括機架；Pi—第i類運動副的數量；Ci—第i類運動副引入的約束數。撲翼機構是一個5桿5副的閉環機構，圓柱副引入5個約束，球副引入3個約束，自由度由式（1）計算得：
1.2 減速齒輪組設計
仿蝙蝠撲翼機飛行工作時，撲動頻率高，翼手拍打空氣需要很大作用力，負載較大，微型直流電機無法直接驅動翼手拍打空氣產生升力，且容易造成損壞。因此采用齒輪減速器，用來降低轉速和增大轉矩，以滿足拍打機翼的需要。
