一种液压驱动的深海机械臂及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种液压驱动的深海机械臂及其控制方法，深海机械臂由若干关节铰接而成，铰接处通过硅橡胶片密封形成腔体。关节包含两个预压力顶板、两个压电振子、两个硅橡胶层和基板，其中，两个硅橡胶层分别放置在基板的两侧；硅橡胶层的外侧分别放置两个压电振子；压电振子的外侧分别放置两个预压力顶板；螺栓将所述结构固定并对压电振子施加一定预压力。硅橡胶层和基板上有相互对应的若干缝隙，缝隙位置与两压电振子驻波的波峰和波谷位置对应。通过激励两个压电振子上的压电陶瓷片，使振子与硅橡胶层之间产生特定时序的容积变化和缝隙开、闭，压迫腔体内液体实现定向流动，通过调整各个关节连接处腔体中的液压来调整各个关节之间的弯曲程度。

A hydraulic driven deep-sea mechanical arm and its control method

The invention discloses a deep-sea manipulator driven by hydraulic pressure and a control method thereof. The deep-sea manipulator is articulated by several joints, and the articulated joint is sealed by a silicone rubber sheet to form a cavity. The joint consists of two pre-pressed roofs, two piezoelectric oscillators, two silicone rubber layers and a substrate. Two silicone rubber layers are placed on both sides of the substrate, two piezoelectric oscillators are placed on the outer side of the silicone rubber layer, two pre-pressed roofs are placed on the outer side of the piezoelectric oscillator, and the structure is fixed and piezoelectric by bolts. The oscillator exerts a certain pre pressure. The silicone rubber layer and the substrate have several corresponding slots, and the slot position corresponds to the peak and trough position of the standing wave of the two piezoelectric oscillators. By exciting piezoelectric ceramic sheets on two piezoelectric oscillators, the volume of the oscillator and the silicone rubber layer change in a specific time sequence, the gap opens and closes, and the liquid in the cavity is compressed to realize the directional flow. The bending degree between the joints is adjusted by adjusting the hydraulic pressure in the cavity at the joints.

【技术实现步骤摘要】
一种液压驱动的深海机械臂及其控制方法
本专利技术涉及压电作动器、压电泵及机器人领域，尤其涉及一种液压驱动的深海机械臂及其控制方法。
技术介绍
现有的液压式水下机器手结构复杂、功率要求高，难以适应AUV微型化的发展趋势；近年来发展出来的充油平衡深海水压、无刷直流电机驱动的方式，在密封和压力补偿方面还需要进一步研究，以降低能量消耗和油液泄漏、海水入侵的风险，在对深海水压适应性方面仍存在不足。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
中所涉及到的缺陷，提供一种液压驱动的深海机械臂及其控制方法。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种液压驱动的深海机械臂，包含若干关节；所述关节包含基板、第一至第二硅橡胶层、第一至第二压电振子、以及第一至第二预压力顶板；所述基板、第一硅橡胶层、第二硅橡胶层均为矩形片状结构；所述第一、第二压电振子均包含呈矩形的承载板和若干压电陶瓷片，所述若干压电陶瓷片设置在承载板上、用于激发承载板的弯曲振动模态；所述基板一个端面上由内至外依次设有第一硅橡胶层、第一压电振子和第一预压力顶板，基板在该端面的一条短边和两条长边上均设有和基板垂直的挡板，形成侧面开口的长方体状的第一腔体；所述第一硅橡胶层对应基板在该端面上的挡板在其一条短边和两条长边上设有和第一硅橡胶层垂直的硅橡胶片、和所述第一腔体对应过盈配合，形成侧面开口的长方体状的第二腔体；所述第一压电振子的承载板设置在所述第二腔体中、其一条短边和两条长边分别所述第二腔体对应过盈配合；所述第一预压力顶板靠近第一压电振子的端面上设有若干用于压住所述第一压电振子承载板的长条状压块，所述压块均设置在所述第一压电振子承载板上驻波的节线位置处；所述第一预压力顶板在其两侧均设有用于包住所述基板两条长边处包板的侧板，且第一预压力顶板两侧的侧板上都设有垂直于侧板朝外的固定板；所述基板的另一个端面上由内至外依次设有第二硅橡胶层、第二压电振子和第二预压力顶板，基板在另一个端面的一条短边和两条长边上设有和基板垂直的挡板，形成侧面开口和第一腔体相反的、长方体状的第三腔体；所述第二硅橡胶层对应基板在另一个端面上的挡板在其一条短边和两条长边上设有和第一硅橡胶层垂直的硅橡胶片、和所述第二腔体对应过盈配合，形成侧面开口和第二腔体相反的、长方体状的第四腔体；所述第二压电振子的承载板设置在所述第四腔体中、其一条短边和两条长边分别所述第四腔体对应过盈配合；所述第二预压力顶板靠近第二压电振子的端面上设有若干用于压住所述第二压电振子承载板的长条状压块，所述第二预压力顶板的压块均设置在所述第二压电振子承载板上驻波的节线位置处；所述第二预压力顶板在其两侧均设有用于包住所述基板两条长边处包板的侧板，且第二预压力顶板两侧的侧板上都设有垂直于侧板朝外的固定板；所述第一预压力顶板两侧侧板上的固定板和所述第二预压力顶板两侧侧板上的固定板对应固连；所述基板、第一硅橡胶层、第二硅橡胶层在所述第一压电振子产生驻波的波峰、波谷处均设有垂直于基板长边所在直线的缝隙；所述基板、第一硅橡胶层、第二硅橡胶层在所述第二压电振子产生驻波的波峰、波谷处均设有设有垂直于基板长边所在直线的缝隙；所述第一压电振子产生驻波和所述第二压电振子产生驻波相同但相互错位，错位距离大于零且小于1/2个驻波波长；第一硅橡胶层的侧面开口处形成第一进出口，第二硅橡胶层的侧面开口处形成第二进出口；所述若干关节中，任一关节的第一进出口处基板的一端均和相邻关节第二进出口基板的一端铰接，且该关节的第一进出口和相邻关节的第二出口处于该关节基板的同一侧，该关节第一进出口处的第一硅橡胶层、第一硅橡胶层两条长边上的硅橡胶片和相邻关节第二出口处的第二硅橡胶层、第二硅橡胶层两条长边上的硅橡胶片对应相连，该关节第一出口处第一压电振子的承载板和相邻关节第二出口处第一压电振子的承载板之间采用硅橡胶片相连，使得该关节第一出口处第一压电振子的承载板和相邻关节第二出口处第一压电振子的承载板之间形成密闭空间。作为本专利技术一种液压驱动的深海机械臂进一步的优化方案，所述基板的上端面、下端面上均设有至少两个用于定位的定位柱；所述第一硅橡胶层、第一压电振子的承载板上均设有和所述基板上端面上的定位柱一一对应的定位孔，所述基板上端面上的定位柱依次穿过第一硅橡胶层、第一压电振子的承载板上和其对应的定位孔；所述第二硅橡胶层、第二压电振子的承载板上均设有和所述基板下端面上的定位柱一一对应的定位孔，所述基板下端面上的定位柱依次穿过第二硅橡胶层、第二压电振子的承载板上和其对应的定位孔。作为本专利技术一种液压驱动的深海机械臂进一步的优化方案，所述基板两条长边处包板的外壁上设有凹槽；所述第一、第二预压力顶板两侧的侧板上均设有和所述基板两条长边处包板的外壁上的凹槽相配合的凸起，以防止所述基板相对第一、第二预压力顶板移动。本专利技术还公开了一种该液压驱动的深海机械臂的控制方法，包含如下步骤：在所述第一、第二压电振子上施加时间上相差π/2的正弦信号，使得第一压电振子和第一硅橡胶层之间、第二压电振子和第二硅橡胶层之间形成若干随时间变化的腔体，同时第一压电振子波谷处与第一硅橡胶层上缝隙贴合，第二压电振子波峰处与第二硅橡胶层上缝隙贴合，使得对应缝隙关闭，其余缝隙打开，波峰波谷随着时间变化，使得缝隙对应打开、关闭；腔体容积及位置的变化与第一、第二硅橡胶层上缝隙开、闭相配合，使液体由所述第一进出口泵至第二进出口或由第二进出口泵至第一进出口；通过改变所述第一、第二压电振子正弦信号相位差的先后顺序，改变液体的流动方向；通过调整各个关节连接处密闭空间中的液压来调整各个关节之间的弯曲程度。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1.压电泵结构简单，功率要求低，压电振子振幅小，可实现极小流量泵出，进而可以精确控制臂运动；2.工作是内部腔体和流道充满海水，满足深海水作业所要求的抗高水压要求。附图说明图1为本专利技术液压驱动的深海机械臂的等轴侧视图；图2为本专利技术中关节的等轴测视图；图3为本专利技术中关节的结构爆炸图；图4为本专利技术中关节的剖视图；图5为本专利技术中基板的结构示意图；图6为本专利技术中硅橡胶层的结构示意图；图7为本专利技术中压电振子的结构示意图；图8为本专利技术中预压力顶板的结构示意图；图9为本专利技术中关节的工作部分的工作原理图；图10为本专利技术中两关节之间装配方式的示意图；图11为本专利技术液压驱动的深海机械臂运动变形的示意图。图中，1-关节；2-基板；2-1-定位柱；2-2-基板上的缝隙；2-3-挡板；2-4-基板长边处包板外壁上的凹槽；2-5-基板一端用于铰接的联接头；2-6-基板另一端用于铰接的联接头；2-7-第一腔体；3-第一硅橡胶层；3-1-第一硅橡胶层上的定位柱；3-2-第一硅橡胶层上的缝隙；3-3-硅橡胶片；3-4-第二腔体；4-第一压电振子；4-1-第一压电振子承载板上的定位孔；4-2-压电陶瓷片；5-第二预压力顶板；5-1-第二预压力顶板两侧侧板上的凸起；5-2-螺栓孔；5-3-压块；6-螺栓；7-关节之间的硅橡胶片。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：本专利技术可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液压驱动的深海机械臂，其特征在于，包含若干关节；所述关节包含基板、第一至第二硅橡胶层、第一至第二压电振子、以及第一至第二预压力顶板；所述基板、第一硅橡胶层、第二硅橡胶层均为矩形片状结构；所述第一、第二压电振子均包含呈矩形的承载板和若干压电陶瓷片，所述若干压电陶瓷片设置在承载板上、用于激发承载板的弯曲振动模态；所述基板一个端面上由内至外依次设有第一硅橡胶层、第一压电振子和第一预压力顶板，基板在该端面的一条短边和两条长边上均设有和基板垂直的挡板，形成侧面开口的长方体状的第一腔体；所述第一硅橡胶层对应基板在该端面上的挡板在其一条短边和两条长边上设有和第一硅橡胶层垂直的硅橡胶片、和所述第一腔体对应过盈配合，形成侧面开口的长方体状的第二腔体；所述第一压电振子的承载板设置在所述第二腔体中、其一条短边和两条长边分别所述第二腔体对应过盈配合；所述第一预压力顶板靠近第一压电振子的端面上设有若干用于压住所述第一压电振子承载板的长条状压块，所述压块均设置在所述第一压电振子承载板上驻波的节线位置处；所述第一预压力顶板在其两侧均设有用于包住所述基板两条长边处包板的侧板，且第一预压力顶板两侧的侧板上都设有垂直于侧板朝外的固定板；所述基板的另一个端面上由内至外依次设有第二硅橡胶层、第二压电振子和第二预压力顶板，基板在另一个端面的一条短边和两条长边上设有和基板垂直的挡板，形成侧面开口和第一腔体相反的、长方体状的第三腔体；所述第二硅橡胶层对应基板在另一个端面上的挡板在其一条短边和两条长边上设有和第一硅橡胶层垂直的硅橡胶片、和所述第二腔体对应过盈配合，形成侧面开口和第二腔体相反的、长方体状的第四腔体；所述第二压电振子的承载板设置在所述第四腔体中、其一条短边和两条长边分别所述第四腔体对应过盈配合；所述第二预压力顶板靠近第二压电振子的端面上设有若干用于压住所述第二压电振子承载板的长条状压块，所述第二预压力顶板的压块均设置在所述第二压电振子承载板上驻波的节线位置处；所述第二预压力顶板在其两侧均设有用于包住所述基板两条长边处包板的侧板，且第二预压力顶板两侧的侧板上都设有垂直于侧板朝外的固定板；所述第一预压力顶板两侧侧板上的固定板和所述第二预压力顶板两侧侧板上的固定板对应固连；所述基板、第一硅橡胶层、第二硅橡胶层在所述第一压电振子产生驻波的波峰、波谷处均设有垂直于基板长边所在直线的缝隙；所述基板、第一硅橡胶层、第二硅橡胶层在所述第二压电振子产生驻波的波峰、波谷处均设有设有垂直于基板长边所在直线的缝隙；所述第一压电振子产生驻波和所述第二压电振子产生驻波相同但相互错位，错位距离大于零且小于1/2个驻波波长；第一硅橡胶层的侧面开口处形成第一进出口，第二硅橡胶层的侧面开口处形成第二进出口；所述若干关节中，任一关节的第一进出口处基板的一端均和相邻关节第二进出口基板的一端铰接，且该关节的第一进出口和相邻关节的第二出口处于该关节基板的同一侧，该关节第一进出口处的第一硅橡胶层、第一硅橡胶层两条长边上的硅橡胶片和相邻关节第二出口处的第二硅橡胶层、第二硅橡胶层两条长边上的硅橡胶片对应相连，该关节第一出口处第一压电振子的承载板和相邻关节第二出口处第一压电振子的承载板之间采用硅橡胶片相连，使得该关节第一出口处第一压电振子的承载板和相邻关节第二出口处第一压电振子的承载板之间形成密闭空间。...

【技术特征摘要】
1.一种液压驱动的深海机械臂，其特征在于，包含若干关节；所述关节包含基板、第一至第二硅橡胶层、第一至第二压电振子、以及第一至第二预压力顶板；所述基板、第一硅橡胶层、第二硅橡胶层均为矩形片状结构；所述第一、第二压电振子均包含呈矩形的承载板和若干压电陶瓷片，所述若干压电陶瓷片设置在承载板上、用于激发承载板的弯曲振动模态；所述基板一个端面上由内至外依次设有第一硅橡胶层、第一压电振子和第一预压力顶板，基板在该端面的一条短边和两条长边上均设有和基板垂直的挡板，形成侧面开口的长方体状的第一腔体；所述第一硅橡胶层对应基板在该端面上的挡板在其一条短边和两条长边上设有和第一硅橡胶层垂直的硅橡胶片、和所述第一腔体对应过盈配合，形成侧面开口的长方体状的第二腔体；所述第一压电振子的承载板设置在所述第二腔体中、其一条短边和两条长边分别所述第二腔体对应过盈配合；所述第一预压力顶板靠近第一压电振子的端面上设有若干用于压住所述第一压电振子承载板的长条状压块，所述压块均设置在所述第一压电振子承载板上驻波的节线位置处；所述第一预压力顶板在其两侧均设有用于包住所述基板两条长边处包板的侧板，且第一预压力顶板两侧的侧板上都设有垂直于侧板朝外的固定板；所述基板的另一个端面上由内至外依次设有第二硅橡胶层、第二压电振子和第二预压力顶板，基板在另一个端面的一条短边和两条长边上设有和基板垂直的挡板，形成侧面开口和第一腔体相反的、长方体状的第三腔体；所述第二硅橡胶层对应基板在另一个端面上的挡板在其一条短边和两条长边上设有和第一硅橡胶层垂直的硅橡胶片、和所述第二腔体对应过盈配合，形成侧面开口和第二腔体相反的、长方体状的第四腔体；所述第二压电振子的承载板设置在所述第四腔体中、其一条短边和两条长边分别所述第四腔体对应过盈配合；所述第二预压力顶板靠近第二压电振子的端面上设有若干用于压住所述第二压电振子承载板的长条状压块，所述第二预压力顶板的压块均设置在所述第二压电振子承载板上驻波的节线位置处；所述第二预压力顶板在其两侧均设有用于包住所述基板两条长边处包板的侧板，且第二预压力顶板两侧的侧板上都设有垂直于侧板朝外的固定板；所述第一预压力顶板两侧侧板上的固定板和所述第二预压力顶板两侧侧板上的固定板对应固连；所述基板、第一硅橡胶层、第二硅橡胶层在所述第一压电振子产生驻波的波峰、波谷处均设有垂直于基板长边所在直线的缝隙；所述基板、第一硅橡胶层、第二硅橡胶层在所述第二压电振子产生驻波的波峰、波谷处均设有设有垂直...

【专利技术属性】
技术研发人员：王方一，金家楣，叶子龙，于鹏鹏，蒋正，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32