本實(shí)用新型屬于基于壓電驅(qū)動(dòng)的水下機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體指代一種仿管水母水下探測(cè)機(jī)器人。

背景技術(shù)：

水母是一種鐘狀或者傘狀結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單水下生物體，依靠身體肌肉構(gòu)造將體內(nèi)的水排出體外，通過噴水推進(jìn)的方式實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)或者游動(dòng)。如何有效利用水母的噴水推進(jìn)運(yùn)動(dòng)機(jī)理來實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，一直以來都是研究的熱點(diǎn)。目前各種不同形式的水母機(jī)器人被提出，但是它們的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制系統(tǒng)冗余、噪聲大以及實(shí)用性不高。管水母類似一種由多個(gè)水母組成的水下生物體，具有水母的運(yùn)動(dòng)特征，能夠靈活在水中游動(dòng)，機(jī)動(dòng)性能高。目前尚未檢索到與仿管水母設(shè)計(jì)的機(jī)器人相關(guān)的文獻(xiàn)。本實(shí)用新型結(jié)合管水母和水母的運(yùn)動(dòng)特征，提出了一種壓電耦合結(jié)構(gòu)的多仿水母水下推進(jìn)裝置組成的仿管水母水下探測(cè)機(jī)器人，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、抗水壓、能耗低、無噪聲、機(jī)動(dòng)性能強(qiáng)、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種仿管水母水下探測(cè)機(jī)器人，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的水母機(jī)器人結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制系統(tǒng)冗余、噪聲大以及實(shí)用性不高等問題。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的一種仿管水母水下探測(cè)機(jī)器人，包括：若干個(gè)仿水母水下推進(jìn)裝置以及一根連接管道，所述的若干個(gè)仿水母水下推進(jìn)裝置設(shè)置在連接管道的外壁或端部；該仿水母水下推進(jìn)裝置包括鐘狀殼體和若干片壓電陶瓷片，其中，所述的鐘狀殼體是一個(gè)一端開口，另一端封閉的鐘狀空腔弧形薄壁彈性結(jié)構(gòu)，所述的壓電陶瓷片成對(duì)且對(duì)稱設(shè)置在靠近鐘狀殼體的封閉端的空腔外壁上。

優(yōu)選地，所述的壓電陶瓷片的長(zhǎng)度方向與鐘狀殼體的長(zhǎng)度方向一致。

優(yōu)選地，所述的仿水母水下推進(jìn)裝置的鐘狀殼體的封閉端部與連接管道的外壁或端部相連。

本實(shí)用新型的有益效果：

本實(shí)用新型結(jié)合了壓電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、響應(yīng)快且可工作在超聲頻段無噪聲等優(yōu)點(diǎn)，并基于水母的運(yùn)動(dòng)機(jī)理，提出了壓電耦合結(jié)構(gòu)的多水下推進(jìn)系統(tǒng)組成的仿管水母水下探測(cè)機(jī)器人，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、抗水壓、能耗低、無噪聲、機(jī)動(dòng)性能強(qiáng)、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1繪示仿管水母水下探測(cè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2繪示仿水母水下推進(jìn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3繪示仿水母水下推進(jìn)裝置的工作原理圖；

其中，1為仿水母水下推進(jìn)裝置，11為鐘狀殼體，12為壓電陶瓷片，2為連接管道，a為鐘狀殼體在受迫振動(dòng)的狀態(tài)下的收縮狀態(tài)，b為鐘狀殼體在受迫振動(dòng)的狀態(tài)下的伸長(zhǎng)狀態(tài)。

具體實(shí)施方式

為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合實(shí)施例與附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明，實(shí)施方式提及的內(nèi)容并非對(duì)本實(shí)用新型的限定。

參照?qǐng)D1，圖2所示，本實(shí)用新型的一種仿管水母水下探測(cè)機(jī)器人，包括：若干個(gè)仿水母水下推進(jìn)裝置1以及一根連接管道2，所述的若干個(gè)仿水母水下推進(jìn)裝置1設(shè)置在連接管道2的外壁或端部；該仿水母水下推進(jìn)裝置1包括鐘狀殼體11和若干片壓電陶瓷片12，其中，所述的鐘狀殼體11是一個(gè)一端開口，另一端封閉的鐘狀空腔弧形薄壁彈性結(jié)構(gòu)，所述的壓電陶瓷片12成對(duì)且對(duì)稱設(shè)置在靠近鐘狀殼體11的封閉端的空腔外壁上；成對(duì)且對(duì)稱壓電陶瓷片的極化方向均朝法線方向，并且極化方向一致同時(shí)朝外或者同時(shí)朝內(nèi)。

其中，所述的壓電陶瓷片12的長(zhǎng)度方向與鐘狀殼體11的長(zhǎng)度方向一致。

其中，所述的仿水母水下推進(jìn)裝置1的鐘狀殼體11的封閉端部與連接管道2的外壁或端部相連。

本實(shí)用新型的一種仿管水母水下探測(cè)機(jī)器人的工作原理如下：

通過施加電信號(hào)，激勵(lì)對(duì)稱設(shè)置的壓電陶瓷片同時(shí)沿著其長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)或者縮短，從而驅(qū)動(dòng)鐘狀殼體同時(shí)隨著壓電陶瓷片的伸長(zhǎng)/縮短而伸長(zhǎng)/縮短，以改變鐘狀殼體內(nèi)空腔的容積變化；

當(dāng)對(duì)仿水母水下推進(jìn)裝置上設(shè)置的成對(duì)壓電陶瓷片同時(shí)施加相同的電信號(hào)激勵(lì)出鐘狀殼體沿著長(zhǎng)度方向產(chǎn)生縮短變化，空腔內(nèi)的容積將變大，外界的水將從開口進(jìn)入空腔中；當(dāng)成對(duì)壓電陶瓷片被激勵(lì)沿著長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)，鐘狀殼體也將沿著長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)，從而導(dǎo)致空腔內(nèi)的容積減小，使得水從空腔中排出；當(dāng)水排出空腔時(shí)，仿水母水下推進(jìn)裝置會(huì)朝排水的反方向產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)或者運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)；當(dāng)壓電陶瓷片在高頻振動(dòng)下激勵(lì)鐘狀殼體產(chǎn)生高頻的伸長(zhǎng)/縮短，致使空腔內(nèi)的水不斷連續(xù)的被排出，從而推動(dòng)整個(gè)仿管水母水下探測(cè)機(jī)器人向前游動(dòng)；通過控制設(shè)置在連接管道上的各個(gè)仿水母水下推進(jìn)裝置的噴水方向和噴水量，使得整個(gè)仿管水母水下探測(cè)機(jī)器人朝著預(yù)定的方向和位置游動(dòng)，具有較高的機(jī)動(dòng)性能。

于實(shí)施例中，選用四片壓電陶瓷片，當(dāng)對(duì)四片成對(duì)且對(duì)稱設(shè)置在鐘狀殼體端部的壓電陶瓷片施加完全相同且無相位差的正弦激勵(lì)信號(hào)時(shí)，仿水母水下推進(jìn)裝置的工作原理如圖3所示，在時(shí)，施加的激勵(lì)電信號(hào)使壓電陶瓷片從原長(zhǎng)狀態(tài)變?yōu)槭湛s狀態(tài)并且沿長(zhǎng)度方向縮短，同時(shí)驅(qū)動(dòng)鐘狀殼體亦沿長(zhǎng)度方向伸縮，導(dǎo)致鐘狀殼體端部開口變大，空腔內(nèi)的容積變大，見圖3中a為鐘狀殼體在受迫振動(dòng)的狀態(tài)下的縮短狀態(tài)，外界的水進(jìn)入空腔內(nèi)；在過程中，壓電陶瓷片由縮短狀態(tài)恢復(fù)至原長(zhǎng)，鐘狀殼體也從縮短狀態(tài)恢復(fù)至原長(zhǎng)，此過程中空腔內(nèi)的容積從最大開始變小直至恢復(fù)初始狀態(tài)，因此在鐘狀殼體開口端連續(xù)噴出水；在內(nèi)，壓電陶瓷片受激從原長(zhǎng)狀態(tài)伸長(zhǎng)至最大值，同時(shí)鐘狀殼體也沿長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)至最大，此過程中空腔內(nèi)的容積持續(xù)變小，見圖3中b為鐘狀殼體在受迫振動(dòng)的狀態(tài)下的伸長(zhǎng)狀態(tài)，因此鐘狀殼體端部連續(xù)噴出水；在時(shí)，壓電陶瓷片從最長(zhǎng)狀態(tài)恢復(fù)至原長(zhǎng)，此時(shí)鐘狀殼體也沿著長(zhǎng)度方向恢復(fù)至原長(zhǎng)，空腔內(nèi)的容積慢慢變大，外界的水再次持續(xù)進(jìn)入空腔內(nèi)，直至整個(gè)系統(tǒng)回復(fù)至平衡狀態(tài)，至此一個(gè)周期結(jié)束。

仿水母水下推進(jìn)裝置通過一個(gè)周期連續(xù)交錯(cuò)的改變鐘狀殼體空腔內(nèi)的容積差實(shí)現(xiàn)鐘狀殼體端部的進(jìn)水排水從而提供整個(gè)系統(tǒng)向前運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力。最終通過控制所有設(shè)置在連接管道上的仿水母水下推進(jìn)裝置可實(shí)現(xiàn)仿管水母水下探測(cè)機(jī)器人的各種運(yùn)動(dòng)。

本實(shí)用新型具體應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。