一种微小型仿生鳐鱼水下推进器及其驱动方法技术

本发明专利技术公开了一种微小型仿生鳐鱼水下推进器及其驱动方法，仿生鳐鱼水下推进器包括振动部和柔性鳍；振动部包含第一至第四纵向压电双晶片、第一至第四横向压电双晶片、第一至第二纵向连接板、第一至第二横向连接板、第一至第四双向连接板、以及第一至第八桨叶。本发明专利技术通过控制第一至第四纵向压电双晶片、第一至第四横向压电双晶片，能够驱动仿生鳐鱼水下推进器进行推进或者旋转。本发明专利技术结构简单，易于实现微型化，控制简便。控制简便。控制简便。

【技术实现步骤摘要】
一种微小型仿生鳐鱼水下推进器及其驱动方法


[0001]本专利技术涉及仿生机器人和压电驱动领域，尤其涉及一种微小型仿生鳐鱼水下推进器及其驱动方法。

技术介绍

[0002]海洋和海岛国防在国家经济发展中占有举足轻重的地位。由于水文信息获取、海洋资源勘探以及国防建设的需要，水下仿生推进器取得了很大程度的发展。
[0003]水下仿生推进器可以成为一个多方位持续信息获取的工具。现有的水下仿生推进器多依靠电磁电机控制并依靠多关节串联装置驱动，这种驱动方式结构庞大控制复杂，并存在水密封等问题。
[0004]压电双晶片具有结构简单、质量轻、带宽高、输出位移比普通压电陶瓷片大的优点，采用压电双晶片驱动的仿生鳐鱼水下推进器无需传动机构，有利于结构微小型化、控制简单化，且不存在水密封问题，应用场景更加广泛。

技术实现思路

[0005]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，提供一种微小型仿生鳐鱼水下推进器及其驱动方法。
[0006]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种微小型仿生鳐鱼水下推进器，包括振动部和柔性鳍；所述振动部包含第一至第四纵向压电双晶片、第一至第四横向压电双晶片、第一至第二纵向连接板、第一至第二横向连接板、第一至第四双向连接板、以及第一至第八桨叶；所述第一至第四纵向压电双晶片、第一至第四横向压电双晶片均呈矩形，皆沿厚度方向极化且极化方向均相同；所述第一至第二纵向连接板、第一至第二横向连接板、第一至第四双向连接板均呈矩形；所述第一纵向连接板两端分别和所述第一纵向压电双晶片、第二纵向压电双晶片的一端粘贴相连，第二纵向连接板两端分别和所述第三纵向压电双晶片、第四纵向压电双晶片的一端粘贴相连；所述第一横向连接板两端分别和所述第一横向压电双晶片、第二横向压电双晶片的一端粘贴相连，第二横向连接板两端分别和所述第三横向压电双晶片、第四横向压电双晶片的一端粘贴相连；所述第一双向连接板一端和所述第一桨叶的一端粘贴相连，另一端和所述第一纵向压电双晶片的另一端粘贴相连，且第一双向连接板一侧和所述第一横向压电双晶片的另一端粘贴相连，另一侧和所述第八桨叶的一端粘贴相连；所述第二双向连接板一端和所述第二桨叶的一端粘贴相连，另一端和所述第三纵
向压电双晶片的另一端粘贴相连，且第二双向连接板一侧和所述第二横向压电双晶片的另一端粘贴相连，另一侧和所述第三桨叶的一端粘贴相连；所述第三双向连接板一端和所述第五桨叶的一端粘贴相连，另一端和所述第四纵向压电双晶片的另一端粘贴相连，且第三双向连接板一侧和所述第四横向压电双晶片的另一端粘贴相连，另一侧和所述第四桨叶的一端粘贴相连；所述第四双向连接板一端和所述第六桨叶的一端粘贴相连，另一端和所述第二纵向压电双晶片的另一端粘贴相连，且第三双向连接板一侧和所述第三横向压电双晶片的另一端粘贴相连，另一侧和所述第七桨叶的一端粘贴相连；所述柔性鳍采用弹性模量小于预设的弹性阈值的柔性材料制成，呈八边形，和所述振动部的上端面粘贴相连，使得第一至第八桨叶的另一端分别在其八个顶点上。
[0007]作为本专利技术一种微小型仿生鳐鱼水下推进器进一步的优化方案，所述第一至第四纵向压电双晶片、第一至第四横向压电双晶片上均涂有防水涂料。
[0008]作为本专利技术一种微小型仿生鳐鱼水下推进器进一步的优化方案，所述柔性鳍采用硅橡胶制成。
[0009]本专利技术还公开了一种该微小型仿生鳐鱼水下推进器的推进方法，包含以下步骤：需要正向波动推进时，采用第一电信号激励第一至第四纵向压电双晶片，产生纵向一阶弯曲振动，带动柔性鳍产生纵向的一阶弯曲振动，同时采用第二电信号激励第一、第二横向压电双晶片，采用第三电信号激励第三、第四横向压电双晶片，第一、第二电信号的相位差为π/2，第一、第三电信号的相位差为
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π/2，第二、第三电信号的相位差为π，产生相位差为π的两个横向一阶弯曲振动，带动柔性鳍产生纵向的二阶弯曲振动，纵向的一阶弯曲振动和纵向的二阶弯曲振动叠加形成纵向方向上的的行波，实现柔性鳍的水中纵向波动推进；如需仿生鳐鱼水下推进器实现水中反向的波动推进，调整第二、第三电信号的相位差为
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π即可。
[0010]本专利技术还公开了一种该微小型仿生鳐鱼水下推进器的旋转方法，包含以下步骤：需要正向旋转时，采用第一电信号激励第一、第二纵向压电双晶片，采用第二电信号激励第三、第四纵向压电双晶片，第一、第二电信号的相位差为π，产生相位差为π的两个纵向一阶弯曲振动，带动柔性鳍产生横向的二阶弯曲振动，同时采用第三电信号激励第一、第二横向压电双晶片，采用第四电信号激励第三、第四横向压电双晶片，第一、第三电信号的相位差为π/2，第一、第四电信号的相位差为
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π/2，第三、第四电信号的相位差为π，产生相位差为π的两个横向一阶弯曲振动，带动柔性鳍产生纵向的二阶弯曲振动，横向的二阶弯曲振动和纵向的二阶弯曲振动叠加形成旋转的行波，实现柔性鳍的水中旋转运动；如需仿生鳐鱼水下推进器实现水中反向旋转，调整第一、第二电信号的相位差为
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π，第三、第四电信号的相位差为
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π即可。
[0011]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. 结构简单，便于微小型化；2. 控制方式简单；3. 应用场景更加广泛附图说明图1是本专利技术的结构示意图；
图2是本专利技术中推进模式下第一纵向压电双晶片的极化方向以及接线示意图；图3（a）、图3（b）分别是本专利技术中推进模式下第一横向压电双晶片、第三横向压电双晶片的极化方向以及接线示意图；图4是本专利技术中推进模式下纵向一阶弯曲振动的振型示意图；图5（a）是本专利技术中推进模式下第一、第二横向压电双晶片引起的横向一阶弯曲振动的振型示意图；图5（b）是本专利技术中推进模式下第三、第四横向压电双晶片引起的横向一阶弯曲振动的振型示意图；图6（a）、图6（b）分别是本专利技术中旋转模式下第一纵向压电双晶片、第三纵向压电双晶片的极化方向以及接线示意图；图7（a）、图7（b）是本专利技术中旋转模式下第一横向压电双晶片、第三横向压电双晶片的极化方向以及接线示意图；图8（a）是本专利技术中旋转模式下第一、第二纵向压电双晶片引起的纵向一阶弯曲振动的振型示意图；图8（b）是本专利技术中旋转模式下第三、第四纵向压电双晶片引起的纵向一阶弯曲振动的振型示意图；图9（a）是本专利技术中旋转模式下第一、第二横向压电双晶片引起的横向一阶弯曲振动的振型示意图；图9（b）是本专利技术中旋转模式下第三、第四横向压电双晶片引起的横向一阶弯曲振动的振型示意图。
[0012]图中，1
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第一纵向压电双晶片组，2
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第二纵向压电双晶片组，3
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第三纵向压电双晶片组，4
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第四纵向压电双晶片组，5
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第一横向压电双晶片组，6
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第二横向压电双晶片组，7
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第三横向压电双晶片组，8
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第四横向压电双晶片组，9
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第一纵向连接板本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微小型仿生鳐鱼水下推进器，其特征在于，包括振动部和柔性鳍；所述振动部包含第一至第四纵向压电双晶片、第一至第四横向压电双晶片、第一至第二纵向连接板、第一至第二横向连接板、第一至第四双向连接板、以及第一至第八桨叶；所述第一至第四纵向压电双晶片、第一至第四横向压电双晶片均呈矩形，皆沿厚度方向极化且极化方向均相同；所述第一至第二纵向连接板、第一至第二横向连接板、第一至第四双向连接板均呈矩形；所述第一纵向连接板两端分别和所述第一纵向压电双晶片、第二纵向压电双晶片的一端粘贴相连，第二纵向连接板两端分别和所述第三纵向压电双晶片、第四纵向压电双晶片的一端粘贴相连；所述第一横向连接板两端分别和所述第一横向压电双晶片、第二横向压电双晶片的一端粘贴相连，第二横向连接板两端分别和所述第三横向压电双晶片、第四横向压电双晶片的一端粘贴相连；所述第一双向连接板一端和所述第一桨叶的一端粘贴相连，另一端和所述第一纵向压电双晶片的另一端粘贴相连，且第一双向连接板一侧和所述第一横向压电双晶片的另一端粘贴相连，另一侧和所述第八桨叶的一端粘贴相连；所述第二双向连接板一端和所述第二桨叶的一端粘贴相连，另一端和所述第三纵向压电双晶片的另一端粘贴相连，且第二双向连接板一侧和所述第二横向压电双晶片的另一端粘贴相连，另一侧和所述第三桨叶的一端粘贴相连；所述第三双向连接板一端和所述第五桨叶的一端粘贴相连，另一端和所述第四纵向压电双晶片的另一端粘贴相连，且第三双向连接板一侧和所述第四横向压电双晶片的另一端粘贴相连，另一侧和所述第四桨叶的一端粘贴相连；所述第四双向连接板一端和所述第六桨叶的一端粘贴相连，另一端和所述第二纵向压电双晶片的另一端粘贴相连，且第三双向连接板一侧和所述第三横向压电双晶片的另一端粘贴相连，另一侧和所述第七桨叶的一端粘贴相连；所述柔性鳍采用弹性模量小于预设的弹性阈值的柔性材料制成，呈八边形，和所述振动部的上端面粘贴相连，使得第一至第八桨叶的另一端分别在其八个顶点上。2.根据权利要求1所述的微小型仿生鳐鱼水下推进器，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亮，刘瑞，金家楣，吴一峰，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：