CN106737726A - 一种机器蝌蚪及其工作方式 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器蝌蚪及其工作方式，机器蝌蚪包括头部壳体、压电换能器和尾巴，头部壳体内设有空腔、外壁上设有和空腔相通的通孔；尾巴为连续变截面结构，较粗的一端在空腔内且无法穿过通孔；压电换能器包含两个驱动足，两个驱动足均由金属基体制成，通过支架与所述空腔的内壁固定相连，呈左右对称设置，且两个驱动足的上端面和下端面上均设有压电陶瓷片；两个驱动足的头部分别和尾巴较粗的一端相抵，用于驱动尾巴左右摆动。工作时，采用有π/2相位差的两组电信号分别激励两组压电陶瓷片，使两个驱动足产生伸缩变形，激励尾巴上的质点产生椭圆运动，从而模拟出蝌蚪游动时尾巴波动运动。本发明结构简单，可实现微型化，控制方便。
Description
技术领域
本发明涉及仿生机器人领域，尤其涉及涉及一种仿生蝌蚪及其工作方式。
背景技术
近年来，南海局势持续升温，我国在南海领域投入了大量的人力物力，以对复杂多变的局势做出快速反应。但是派遣舰艇巡逻的方式不仅需要大量的国防开支，还做不到无遗漏的全天候信息获取。目前，机器仿生鱼已成为一个研究热点，仿生鱼可以成为一个信息获取的工具，持续地在南海巡逻。现有的仿生鱼技术打过是靠多关节串联的摆尾装置驱动，这种方式控制复杂，仿生鱼重量大，结构大；采用人工肌肉驱动的仿生鱼成本高且控制复杂，以上两种技术都不适于实用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种仿生蝌蚪及其工作方式。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种机器蝌蚪，包含头部壳体、压电换能器和尾巴；
所述头部壳体为球形结构，其内设有空腔，其外壁上设有和所述空腔相通用于安装尾巴的通孔；
所述尾巴为连续变截面结构，其较粗的一端设置在头部壳体的空腔内，较细的一端通过所述通孔伸出头部壳体，且较粗的一端无法穿过所述通孔；
所述压电换能器包含两个驱动足，所述两个驱动足均由金属基体制成，通过支架与所述空腔的内壁固定相连，呈左右对称设置，且两个驱动足的上端面和下端面上均设有压电陶瓷片；
所述两个驱动足的头部分别和尾巴较粗的一端相抵，用于驱动尾巴左右摆动。
作为本发明一种机器蝌蚪进一步的优化方案，所述压电陶瓷片通过环氧树脂胶胶合在两个驱动足的上下两面，极化方向为远离金属基体的表面指向胶合在金属基体上的表面。
作为本发明一种机器蝌蚪进一步的优化方案，所述两个驱动足的头部为连续变截面结构，较细的一端与所述尾巴相抵。
作为本发明一种机器蝌蚪进一步的优化方案，所述尾巴在与所述通孔接触处的内侧设有弧形台阶，用于保证所述尾巴在受力时不脱离上述头部壳体。
作为本发明一种机器蝌蚪进一步的优化方案，所述头部壳体采用金属或玻璃钢制成。
作为本发明一种机器蝌蚪进一步的优化方案，所述尾巴呈扁平状。
本发明还公开了一种基于该机器蝌蚪的工作方式，其特征在于，包含以下步骤：
通过使用有π/相位差的两组电信号分别激励两组压电陶瓷片，使两个驱动足产生伸缩变形，激励尾巴上的质点产生椭圆运动，从而在上述尾巴产生一个弯曲行波；
因为水对尾巴振动的阻尼作用，大大减弱了尾巴末端的行波反射避免驻波的产生，从而模拟出蝌蚪游动时尾巴波动运动；
通过改变电压大小改变游动速度、改变两相信号的电压差实现转向。
本发明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，便于小型化；
2. 控制方式简单，有广阔的应用前景。
附图说明
图1是一种机器蝌蚪的结构示意图；
图2是头部壳体的结构示意图；
图3是压电换能器的结构示意图；
图4是陶瓷片极化方向及组合方式示意图；
图5是尾巴结构示意图；
其中，1-头部壳体，2-压电换能器，3-螺栓，4-尾巴，5-压电陶瓷片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
如题1所示，本发明公开了一种机器蝌蚪，包含头部壳体、压电换能器和尾巴，头部壳体为球形结构，其内设有空腔，其外壁上设有和空腔相通用于安装尾巴的通孔，尾巴为连续变截面结构，其较粗的一端设置在头部壳体的空腔内，较细的一端通过通孔伸出头部壳体，且较粗的一端无法穿过通孔。
头部壳体可为任何形式的空腔结构，材料可为任何强度足够的材料，例如金属或玻璃钢，头部壳体有三个螺纹孔以安装压电换能器，开有一个槽用于放置尾巴，如图2所示。
如图3所示，压电换能器包含两个驱动足，两个驱动足均由金属基体制成，通过支架与空腔的内壁固定相连，呈左右对称设置，且两个驱动足的上端面和下端面上均设有压电陶瓷片。
如图4所示，压电陶瓷片通过环氧树脂胶胶合在两个驱动足的上下两面，极化方向为远离金属基体的表面指向胶合在金属基体上的表面。
两个驱动足的头部分别和尾巴较粗的一端相抵，用于驱动尾巴左右摆动。
两个驱动足的头部为连续变截面结构，较细的一端与尾巴相抵，以放大振幅。
尾巴为扁平状连续变截面结构，越远离头部截面越小，且其端部与上述头部壳体接触处有弧形台阶，以保证尾巴在受到X轴正向力时不脱离头部壳体其结构如图5所示。
机器蝌蚪以硅胶方式密封。头部壳体中剩余空间可放置其他附件已实现不同功能，例如摄像头、红外探测器、小型声呐系统等。
通过使用有π/2相位差的两组电信号分别激励两组压电陶瓷片，使两个驱动足产生伸缩变形，激励尾巴上的质点产生椭圆运动，从而在上述尾巴产生一个行波，因为水对尾巴振动的阻尼作用，大大减弱了尾巴末端的行波反射避免驻波的产生，从而模拟出蝌蚪游动时尾巴波动运动；通过改变电压大小可改变游动速度，改变两相信号的电压差可实现转向。本发明结构简单，便于小型化，控制方式简单，有广阔的应用前景。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种机器蝌蚪，其特征在于，包含头部壳体（1）、压电换能器（2）和尾巴（4）；
所述头部壳体（1）为球形结构，其内设有空腔，其外壁上设有和所述空腔相通用于安装尾巴（4）的通孔；
所述尾巴（4）为连续变截面结构，其较粗的一端设置在头部壳体（1）的空腔内，较细的一端通过所述通孔伸出头部壳体（1），且较粗的一端无法穿过所述通孔；
所述压电换能器（2）包含两个驱动足，所述两个驱动足均由金属基体制成，通过支架与所述空腔的内壁固定相连，呈左右对称设置，且两个驱动足的上端面和下端面上均设有压电陶瓷片（5）；
所述两个驱动足的头部分别和尾巴（4）较粗的一端相抵，用于驱动尾巴（4）左右摆动。
2.根据权利要求1所述的机器蝌蚪，其特征在于，所述压电陶瓷片（5）通过环氧树脂胶胶合在两个驱动足的上下两面，极化方向为远离金属基体的表面指向胶合在金属基体上的表面。
3.根据权利要求1所述的机器蝌蚪，其特征在于，所述两个驱动足的头部为连续变截面结构，较细的一端与所述尾巴（4）相抵。
4.根据权利要求1所述的机器蝌蚪，其特征在于，所述尾巴（4）在与所述通孔接触处的内侧设有弧形台阶，用于保证所述尾巴（4）在受力时不脱离上述头部壳体（1）。
5.根据权利要求1所述的机器蝌蚪，其特征在于，所述头部壳体（1）采用金属或玻璃钢制成。
6.根据权利要求1所述的机器蝌蚪，其特征在于，所述尾巴（4）呈扁平状。
7.基于权利要求1所述的机器蝌蚪的工作方式，其特征在于，包含以下步骤：
通过使用有π/2相位差的两组电信号分别激励两组压电陶瓷片，使两个驱动足产生伸缩变形，激励尾巴上的质点产生椭圆运动，从而在上述尾巴（4）产生一个弯曲行波；
因为水对尾巴（4）振动的阻尼作用，大大减弱了尾巴末端的行波反射避免驻波的产生，从而模拟出蝌蚪游动时尾巴波动运动；
通过改变电压大小改变游动速度、改变两相信号的电压差实现转向。
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