一种微型压电水下推进机器人的制作方法

本发明属于机器人的技术领域，具体是涉及一种微型压电水下推进机器人。

背景技术：

随着制造产业的快速发展，国家提出了一系列的智能制造技术，其中主要以机器人开发和应用作为主要研究并且受到世界各国学者的广泛关注。目前机器人的发展方向主要有工业机器人、农业机器人、家用机器人、医用机器人、服务型机器人、空间机器人、水下机器人、军用机器人等种类，但其中应用压电叠堆作为驱动机构的机器人较少。

鉴于目前大量机器人自身的特点以及社会恒业对于机器人发展前景的看好，人们先后提出了几种不同形式的机器人应用于管道、水下、飞行等环境中，诸如中国专利201010240870.8、201310589800.7或201510522760.3等，但效果均不够理想。因此，提出本发明。

技术实现要素：

针对现有技术的上述技术问题，本发明的目的是提供一种微型压电水下推进机器人，主要利用压电叠堆驱动伸缩变形输出力的位移方式驱动机械腿移动，采用微位移放大机构的压电驱动器，采用多机械腿组结构，不仅具有较稳定行走能力，且具有间断喷射功能。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种微型压电水下推进机器人，包括机器人主体，所述机器人主体的前端连接有前进端端部，机器人主体的后端设有端盖，所述的前进端端部安装有驱动部件，所述驱动部件的上、下两侧均安装有导块，驱动部件的右侧安装有移动顶块，所述的移动定位通过隔膜连接有活塞，所述的活塞安装在机器人主体内；所述机器人主体内安装有出口阀和进口阀，所述出口阀和进口阀位于活塞的后侧，且出口阀和进口阀之间安装滑块，所述的机器人主体、进口阀、出口阀、活塞和滑块形成一个腹腔，所述的导块与前进端端部形成前进腔，所述的前进端端部设有进口，所述导块的下方设有导管，所述的导管将前进腔和腹腔连通；所述的滑块内设有延时机构，所述延时机构的上方安装有第一换向阀和第二换向阀；所述端盖设有凸台，所述的凸台上安装有弹簧，所述的弹簧挤压滑块。

所述的驱动部件包括本体，所述的本体内设有压电驱动叠堆，所述压电驱动叠堆的上、下两端均设有柔性铰链，压电驱动叠堆的四个角均设有第二L形放大机构，所述第二L形放大机构的一侧设有第一L形放大机构，所述的第一L形放大机构与本体的内壁相邻。

所述的第一换向阀包括第一阀芯、第一复位弹簧和第一定位键，所述的第二换向阀包括第二阀芯、第二复位弹簧和第二定位键；所述第一换向阀和第二换向阀底部连接有通向腹腔的通道b，第一阀芯和第二阀芯侧向连通通道a2。

所述的延时机构包括延时机构主体，所述的延时机构主体上安装有延时阀芯，所述延时阀芯的前端部设有连通球，所述的连通球设置有连接弹簧，所述延时阀芯的后端部连接有调节定位螺钉，所述延时机构主体的后端部设有堵块，所述的调节定位螺钉位于堵块内，所述的堵块与延时机构主体形成延时腔，所述的延时腔内设有与延时阀芯垂直的延时板块，所述的延时板块连接有复位弹簧。

本发明的微型压电水下推进机器人，与现有技术相比具有如下有益效果：

1、本发明以压电驱动叠堆为动力源，通过两个L型放大机构在不增加总体体积的前提下可大幅度提高腹腔内液体压力以及输出流体流量，并可提供较高间隙喷射能量；

2、滑块内存在延时机构，在一个周期结束后通过缓慢控制第二换向阀的换向时间达到腹腔内液体压力达到第一换向阀换向压力之下为下一个周期运动做好准备；

3、利用通道从前进端端部的进口吸取液体并从底部排除，减少液体阻力。

附图说明

图1是本发明的剖面结构示意图；

图2是本发明中的驱动部件的结构示意图；

图3是本发明中的延时机构的剖面结构示意图；

其中，1为前进端端部、2为驱动部件、201为第一L形放大机构、202为柔性铰链、203为本体、204为第二L形放大机构、205为压电驱动叠堆、3为导块、4为移动顶块、5为隔膜、6为出口阀、7为进口阀、8为活塞、9为密封圈一、10为腹腔、11为密封圈二、12为滑块、13为延时机构、1301为连接弹簧、1302为连通球、1303为延时机构主体、1304为延时阀芯、1305为堵块、1306为调节定位螺钉、1307为复位弹簧、1308为延时板块、1309为延时腔、14为进口、15为弹簧、16为端盖、17为前进腔、18为机器人主体、19为导管、20为第一换向阀、2001为第一阀芯、2002为第一复位弹簧、2003为第一定位键、21为第二换向阀、2101为第二定位键、2102为第二复位弹簧、2103为第二阀芯、a1为管路、a2为连通通道、b为通道。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1-3所示，本发明的微型压电水下推进机器人，包括前进端端部1、导块3、隔膜5通过螺钉串联安装于机器人主体18的前端，导块3内部镶嵌有移动顶块4，移动顶块4一端将驱动部件2挤压在导块3底部上，且在导块3下方有导管19，将水从前进端端部1的进口,14流入腹腔10 内；移动顶块4通过两枚螺钉与隔膜5及活塞8连接，隔膜5通过螺钉与机器人主体18连接；前进端端部1上安装有进口14，进口14与前进腔17相通；活塞8以及安装于活塞8上的密封圈一9、机器人主体18、进口阀7、出口阀6、滑块12以及安装于滑块12上的密封圈二11共同构成腹腔10；驱动部件2包括第一L形放大机构201、第二L形放大机构204、柔性铰链202、外壁203以及压电驱动叠堆205组成；机器人主体18的底端通过螺钉安装有端盖16，端盖16凸台处安装有弹簧15与滑块12挤压安装；滑块12内镶嵌着延时机构13、第一换向阀20和第二换向阀21。第一换向阀20主要包括第一阀芯2001、第一复位弹簧 2002和第一定位键2003，第二换向阀21主要包括第二阀芯2103、第二复位弹簧 2102和第二定位键2101；第一换向阀20和第二换向阀21底部连接有通向腹腔10的通道b，第一阀芯2001和第二阀芯2103主要侧向连通通道a2。延时机构13内部主要有连接弹簧1301、连通球1302、延时机构主体1303、延时阀芯1304、堵块1305、调节定位螺钉1306、复位弹簧1307，延时阀芯1304安装于延时机构主体1303的孔道内，堵块1305与延时机构主体1303形成延时腔1309，延时腔1309内设有与延时阀芯1304垂直的延时板块1308，延时板块1308连接有复位弹簧1307其前端顶着连通球1302并连通球挤压连接弹簧1301，其后端受到调节定位螺钉1306的挤压并中间挤压复位弹簧1307，调节定位螺钉1306通过螺纹与堵块1305连接安装。

如图1和3所示，驱动部件2在外部电压的作用下，压电驱动叠堆205开始收缩，经过第一L形放大机构202和第二L形放大机构204的位移放大，将产生横向推力，并推动移动顶块4、隔膜5及活塞8向左运动，腹腔10经过导管19从前进腔17处吸取液体，其容积增大、流体压力减小，进而使进口阀7开启、出口阀6关闭，流体由进口阀7进入腹腔10。与此同时，与腹腔10 相连通道b将液体输入到第一换向阀20和第二换向阀21内，由于液体的压力低于第一换向阀20和第二换向阀21的换向压力使得侧向连接通道a2关闭，此时压电驱动叠堆205的输出电压降至一定值；随着外部电压的上升，腹腔10内的液体压力也上升，将率先使第一阀芯2001向上移动连通侧向连接通道a2。

如图1和3所示，驱动部件2在换向外部电压的作用下，压电驱动叠堆205开始伸长，经过第一L形放大机构202和第二L形放大机构204的位移放大，将产生横向推力，并推动移动顶块4、隔膜5及活塞8向右运动，腹腔10经过管路a1将液体压往侧向连接通道a2，其容积减小、流体压力增大，进而使进口阀7关闭、出口阀6开启，流体由出口阀6进入滑块12内的侧向连接通道a2。与此同时，与腹腔10 相连通道b将液体输入到第一换向阀20和第二换向阀21内，由于液体的压力高于第一换向阀20和第二换向阀21的换向压力使得侧向连接通道a2开启。随着外部电压的下降，腹腔10内的液体压力也下降，滑块12向左移动并触发延时机构13，液体从导管19进入延时腔1309使延时阀芯1304的右边液体压力增大，由于第二阀芯2103在第二复位弹簧2102的作用下向下运动使延时阀芯1304左边液体压力减小，液体从右边流入左边其中延时阀芯1304与延时腔1309安装间隙较小且在左端受到连接弹簧1301和连通球1302的共同作用，使得流体流速较小从而实现延时功能。

在本发明中，若压电驱动叠堆205在电压作用下的伸长量即腹腔10受到活塞8的位移量为x，则右端第n次电压作用后安装弹簧15的移动量为，其中电压作用次数最大值为，其中为第一换向阀20内第一阀芯2001向上达到最大值的液体压力，为第二换向阀21内第二阀芯2103向上达到最大值的液体压力，式中、、和分别为腹腔10、滑块12、第一换向阀20和第二换向阀21的横截面积，、、分别为安装弹簧15、第一复位弹簧 2002、第二复位弹簧 2102的刚度，和为第一阀芯2001和第二阀芯2103最大位移量。

上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。