1.可变形机翼的三铰仿生变体机构,其特征在于:包括臂部旋臂(2)、肘部旋臂(3)、腕部旋臂(4),其中臂部旋臂(2)起始端通过臂部旋转铰(5)连接机身(1),臂部旋臂(2)的末端通过肘部旋转铰(6)连接肘部旋臂(3)的起始端,肘部旋臂(3)的末端通过腕部旋转铰(7)连接腕部旋臂(4)的起始端;
臂部旋臂(2)相对机身(1)做扭转角ω1、后掠角ψ1和上反角 运动,肘部旋臂(3)相对臂部旋臂(2)做后掠角ψ2运动,腕部旋臂(4)相对肘部旋臂(3)扭转角ω3、后掠角ψ3和上反角运动;
臂部旋转铰(5)和腕部旋转铰(7)是三自由度旋转铰,肘部旋转铰(6)是单自由度旋转铰;
所述的肘部旋转铰(6)包括安装在肘部旋臂起始端连接接头(10)上的第四电机(8),第四电机(8)的输出轴连接臂部旋臂末端连接接头(9),第四电机(8)控制肘部旋臂起始端连接接头(10)相对于臂部旋臂末端连接接头(9)转动,从而完成肘部旋臂(3)相对臂部旋臂(2)做后掠角ψ2运动;
所述的臂部旋转铰(5)包括安装在机身(1)上的第一电机(11),安装在第一连接接头(14)上的第二电机(12)、安装在第二连接接头(15)上的第三电机(13);第一电机(11)的输出端连接第一连接接头(14),第二电机(12)的输出端连接第二连接接头(15)的起始端,第二连接接头(15)的末端安装有第三电机(13),第三电机(13)的输出端连接臂部旋臂对接接头(16)的起始端,臂部旋臂对接接头(16)的末端连接臂部旋臂(2);第一电机(11)控制第一连接接头(14)相对于机身(1)做扭转运动,对应于臂部旋臂(2)相对机身(1)做扭转角ω1的运动;第二电机(12)控制第二连接接头(15)相对于第一连接接头(14)做变后掠运动,对应于臂部旋臂(2)相对于机身( 1) 做后掠角ψ1运动;第三电机(13)控制臂部旋臂对接接头(16)相对于第二连接接头(15)做变上反运动,对应于臂部旋臂(2)相对机身(1)做上反角运动;
所述的腕部旋转铰(7)包括安装在肘部旋臂末端连接接头(23)上的第五电机(17),安装在第三连接接头(20)上的第六电机(18)、安装在第四连接接头(21)上的第七电机(19);
第五电机(17)的输出端连接第三连接接头(20),第六电机(18)的输出端连接第四连接接头(21)的起始端,第四连接接头(21)的末端安装有第七电机(19),第七电机(19)的输出端连接腕部旋臂对接接头(22)的起始端,腕部旋臂对接接头(22)的末端连接腕部旋臂(4);第五电机(17)控制第三连接接头(20)相对于肘部旋臂末端连接接头(23)做扭转运动,对应于腕部旋臂(4)相对肘部旋臂(3)做扭转角ω1的运动;第六电机(18)控制第四连接接头(21)相对于第三连接接头(20)做变后掠运动,对应于腕部旋臂(4)相对于肘部旋臂(3)做后掠角ψ1运动;第七电机(19)控制腕部旋臂对接接头(22)相对于第四连接接头(21)做变上反运动,对应于腕部旋臂(4)相对肘部旋臂(3)做上反角 运动。
2.如权利要求1所述的可变形机翼的三铰仿生变体机构的设计方法,包括以下步骤:
(1)以鸽子翅膀为母本,拔去覆盖于翅膀上的羽毛,制作出无羽毛的翅膀样本;
(2)对鸟翅膀各关节进行研究,了解关节配置,获得在运动时骨骼的相互牵连和关节转动参数,包括肩关节a、肘关节b和腕关节c;
其中肩关节a固定于鸟身体部分,以肩关节为铰点前后、上下转动肱骨,测量肱骨可活动的最大圆锥角度范围,包括扭转角ω1、后掠角ψ1和上反角其中肘关节b固定于肱骨,以肘关节b为铰点前后转动尺骨和桡骨,测量可前后移动的角度范围,包括后掠角ψ2;
其中腕关节c固定尺骨和桡骨,以腕关节为铰点前后、左右转动掌骨,测量掌骨可活动的最大圆锥角度范围,包括扭转角ω3、后掠角ψ3和上反角(3)对步骤(2)中无羽毛样本进行解剖,剥离覆盖于翅膀上的皮肤、肌肉等组织直至翅膀骨骼完全呈现出,对肱骨、尺骨、桡骨和掌骨进行三维扫描测绘,获得其长度、直径和点云的尺寸数据;
(4)结合步骤(2)中的运动参数和步骤(3)中的尺寸参数,构建包括仿生的臂部旋臂、肘部旋臂、腕部旋臂、臂部旋转铰、肘部旋转铰和腕部旋转铰组成的三铰变体机构;其中,臂部旋臂相对机身做扭转角ω1、后掠角ψ1和上反角 运动,肘部旋臂相对臂部旋臂做后掠角ψ2运动,腕部旋臂相对肘部旋臂扭转角ω3、后掠角ψ3和上反角 运动;
(5)依据步骤(3)中的肱骨、尺骨、桡骨和掌骨的测绘点云数据,采用3D打印方法加工出仿肱骨、尺骨、桡骨和掌骨结构;电机结合臂部接头实现臂部旋转铰、肘部旋转铰和腕部旋转铰,具体包括:
51.根据扫描的肱骨外形3D打印出臂部旋臂,起始段设置旋转铰连接接头,末端设置有旋转铰连接接头;
52.根据扫描的尺骨和桡骨外形3D打印出的肘部旋臂,起始段设置旋转铰连接接头,末端设置有旋转铰连接接头;
53.根据所扫描的掌骨外形3D打印出腕部旋臂,起始段设置有旋转铰连接接头;
54.制作臂部旋转铰结构,内含:第一电机通过控制臂部相对机身做扭转角ω1运动,第二电机控制臂部旋臂相对机身做上反角 运动,第三电机控制臂部旋臂相对机身做后掠角ψ1运动;
55.制作为肘部旋转铰结构,内含:第四电机控制肘部旋臂相对于臂部旋臂的后掠角ψ2运动;
56.制作为腕部旋转铰,内含:第五电机控制腕部旋臂相对肘部旋臂扭转角ω3运动,第六电机控制腕部旋臂相对于肘部旋臂的上反角 运动,第七电机控制腕部旋臂相对于肘部旋臂的后掠角ψ3运动。