一种仿水母水下压电推进装置的制作方法

本实用新型属于压电驱动的水下机器人技术领域，具体指代一种仿水母水下压电推进装置。

背景技术：

水母是一种钟状或者伞状结构的简单水下生物体，依靠身体肌肉构造将体内的水排出体外，通过喷水推进的方式实现运动或者游动。如何有效利用水母的喷水推进运动机理来实现水下机器人的运动，一直以来都是研究的热点。目前各种不同形式的水母机器人被提出，但是它们的结构复杂、控制系统冗余、噪声大以及实用性不高。

技术实现要素：

针对于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种仿水母水下压电推进装置，以解决现有技术中的水母机器人结构复杂、控制系统冗余、噪声大以及实用性不高等问题。

为达到上述目的，本实用新型的一种仿水母水下压电推进装置，包括：钟状壳体和若干片压电陶瓷片，所述的钟状壳体是一个一端开口，另一端封闭的钟状空腔弧形薄壁弹性结构，所述的压电陶瓷片成对且对称设置在靠近钟状壳体的封闭端的空腔外壁上。

优选地，所述的压电陶瓷片的长度方向与钟状壳体的长度方向一致。

本实用新型的有益效果：

本实用新型结合了压电驱动系统的结构简单、紧凑、响应快且可工作在超声频段无噪声等优点，并基于水母的游动机理，提出了压电耦合结构的仿水母水下压电推进装置，具有结构简单、紧凑、抗水压、能耗低、无噪声、控制简单等优点。

附图说明

图1绘示实施例中仿水母水下压电推进装置的结构示意图；

图2绘示实施例中仿水母水下压电推进装置的工作原理图；

其中，其中1为钟状壳体，2为压电陶瓷片，1.1为钟状壳体在受迫振动下的缩短状态，1.2为钟状壳体在受迫振动下的伸长状态。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。

参照图1所示，本实用新型的一种仿水母水下压电推进装置，包括：钟状壳体1和若干片压电陶瓷片2，所述的钟状壳体1是一个一端开口，另一端封闭的钟状空腔弧形薄壁弹性结构，所述的压电陶瓷片2成对且对称设置在靠近钟状壳体的封闭端的空腔外壁上，并且压电陶瓷片2的长度方向和钟状壳体1的长度方向一致。此外，压电陶瓷片2是沿着厚度方向极化，并且所有压电陶瓷片2的极化方向一致，均是朝着钟状壳体外壁的法线方向。通过施加电信号，激励对称设置在钟状壳体1空腔外壁上的压电陶瓷片同时沿着其长度方向伸长或者缩短，从而驱动钟状壳体同时随着压电陶瓷片的伸长/缩短而伸长/缩短，以改变钟状壳体内空腔的容积变化。

本实用新型的一种仿水母水下压电推进装置的工作原理如下：

通过施加电信号，激励对称设置在钟状壳体空腔外壁上的压电陶瓷片同时沿着其长度方向伸长或者缩短，从而驱动钟状壳体同时随着压电陶瓷片的伸长/缩短而伸长/缩短，以改变钟状壳体内空腔的容积变化；

当对成对压电陶瓷片同时施加相同的电信号激励钟状壳体沿着在受迫振动的状态下长度方向产生缩短变化，空腔内的容积将变大，外界的水将从开口进入空腔中；当成对压电陶瓷片被激励沿着长度方向伸长，钟状壳体也将沿着长度方向伸长，从而导致空腔内的容积减小，使得水从空腔中排出。根据动量定理，当水排出空腔时，仿水母水下压电推进系统会朝排水的反方向产生运动或者运动趋势；当压电陶瓷片在高频振动下激励钟状壳体产生高频的伸长/缩短，致使空腔内的水不断连续的被排出，从而推动整个仿水母水下压电推进系统向前游动。

于实施例中，假设四片压电陶瓷片两两一组对称均匀设置在钟状壳体上，当对其均施加相同的正弦激励信号，如图2所示，在时，施加的激励电信号使压电陶瓷片从原长状态变为收缩状态并且沿长度方向缩短，同时驱动钟状壳体亦沿长度方向伸缩，导致钟状壳体端部开口变大，空腔内的容积变大，见图2中1.1为钟状壳体在受迫振动的状态下的缩短状态，外界的水进入空腔内；在过程中，压电陶瓷片由缩短状态恢复至原长，钟状壳体也从缩短状态恢复至原长，此过程中空腔内的容积从最大开始变小直至恢复初始状态，因此在钟状壳体开口端连续喷出水；在内，压电陶瓷片受激从原长状态伸长至最大值，同时壳体也沿长度方向伸长至最大，此过程中空腔内的容积持续变小，见图2中1.2为钟状壳体在受迫振动的状态下的伸长状态，因此壳体端部连续喷出水；在时，压电陶瓷片从最长状态恢复至原长，此时钟状壳体也沿着长度方向恢复至原长，空腔内的容积慢慢变大，外界的水再次持续进入空腔内，直至整个系统回复至平衡状态，至此一个周期结束。仿水母水下压电推进装置通过一个周期连续交错的改变钟状壳体空腔内的容积差实现钟状壳体端部的进水排水从而提供整个装置向前运动的动力。

本实用新型具体应用途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。