概念

差动齿轮

差动齿轮首次实现微型飞行器被动地平衡空气动力，使它们的机翼能够响应风力、机翼损坏和其它实际中遇到的问题。哈佛大学工程和应用科学学院研究生普拉瑟维-斯里萨拉(Pratheev S. Sreetharan)是该项研究负责人，他说：“这种新型航空微型机器人的动力传动系统与两轮驱动汽车拥有共同的特征。两者都是从一对轮子或者机翼提供驱动力，但是我们设计的被动航空失衡控制差动齿轮(PARITy)仅相当于汽车差动齿轮的百万分之一，只有5毫米长，重量为0.01克，是汽车差动齿轮重量的百万分之一。”

哈佛大学的科学家在《机械设计》期刊杂志上描述这种新型微型差动齿轮将在航空微型机器人中具有优异表现，最终可用于侦察对于人类较危害的区域。

研究探索

多国的科学家正在积极研究探索廉价的航空微型机器人，使其未来可部署于搜寻和营救操作，环境监控和探索对人类有害的环境。为了成功飞行穿越无法预测的环境，航空微型机器人必须实现逐秒级状态变化，通常昆虫飞行是通过协调一致地拍打翅膀，这一过程中运动学和空气动力学的基础性原理很难理解。

斯里萨拉和同事罗伯特-伍德(Robert J. Wood)认为，基于昆虫原理的航空微型机器人并不需要复杂的电子反馈线圈来精确控制翅膀的位置。伍德说：“由于航空微型机器人机翼产生的扭转力，我们对于机翼的位置并不感兴趣。我们的最新技术使用‘机械智能’来测定机翼的校准飞行速度，并测定影响机器人飞行平衡的其它作用力产生的振幅。”

他们还发现，即使当航空微型机器人机翼的至关重要部分被移除，被动航空失衡控制差动齿轮(PARITy)的动力传动系统也可产生自校正，使微型机器人在空中飞行保持平衡。在该微型差动齿轮驱动下，航空微型机器人的机翼可每分钟拍打6600次。

作用

哈佛大学工程师称，这种新型差动齿轮可有效地调节飞行中产生的作用力，适宜与电子传感器和计算机系统相结合。它将使现代航空机器人的质量变得更小，其尺寸和重量更加接近于一些昆虫。

NGW型差动齿轮传动的计算

图1 平旋盘传动结构示意图

平旋盘传动结构中，平旋盘由主轴提供动力进行主旋转运动。平旋盘上的滑板由进给电机提供动力进行进给运动，要求平旋盘的主旋转运动和滑板的进给运动互不影响。滑板的进给电机和进给系统设计在固定体上，结构尽可能简单、合理，外形尺寸和重量尽可能小。因此根据平旋盘进给传动的实际要求，在平旋盘的结构中使用了NGW型差动齿轮传动结构，见图1。NGW型差动齿轮传动结构特点是：可以进行速度的合成和分解、效率高、体积小、重量轻。在平旋盘传动结构的设计中，采用了3条传动路线。一条传动路线是由主轴提供动力通过主传动链1传给平旋盘，其传动比为i1，使平旋盘进行旋转主运动；平旋盘上的滑板由2个动力源提供动力，分别经2条传动路线传至滑板，一条传动路线是由进给电机提供动力，通过进给传动链2传给滑板，其传动比为i2，使滑板可以自己独立进行进给运动；另一条传动路线也是由主轴提供动力，经过进给传动链3传给滑板，其传动比为 i3，并且保证传动比i3= i1，而且方向相同，即由主轴动力同时经过传动比相同、方向相同的2条不同传动链，分别传给滑板与平旋盘，使滑板与平旋盘即可以同步旋转、保持相对静止，保证滑板的进给运动不影响平旋盘的主旋转运动，又可以使这2条传动路线合成为一条传动路线，在平旋盘进行旋转主运动时，滑板同时可以进行进给运动。传动比的计算如下。

主轴至平旋盘的传动比

负号表示平旋盘与主轴旋向相反。

NGW型差动齿轮传动的传动比

由行星架x至内齿轮b的传动比