CN112455635B - 一种压电驱动划水式潜航器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压电驱动划水式潜航器及其驱动方法，压电驱动划水式潜航器包含预压力组件、方向舵、划水组件和驱动组件；方向舵包含两个包含升降单元，升降单元包含方向板、连接柱和驱动头；划水组件包含四个划动单元，每个划动单元为外部带有环状齿条、内部带有环状凹槽且上下开口的空心柱体；驱动组件包含两个驱动单元；驱动单元包含第一至第四金属基体、金属连接杆、第一至第二驱动足、第一至第二纵向弯振压电陶瓷组件、第一至第二横向弯振压电陶瓷组件、以及纵振压电陶瓷组件；预压力组件纵向预压力模块和横向预压力模块。本发明结构简单，易于实现微型化设计，在深海机器人等对体积、质量具有严格限制的领域，具有重要的应用前景。

Description

一种压电驱动划水式潜航器
技术领域
本发明涉及压电驱动及水下推进领域，尤其涉及一种压电驱动划水式潜航器及其驱动方法。
背景技术
近年来，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，潜航器已成为一个研究热点，潜航器可以成为一个信息获取的工具，持续地在南海巡逻。现有的潜航器技术大多是传统的电机装置驱动，这种方式控制复杂，潜航器重量大，结构大。
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，提供一种压电驱动划水式潜航器及其驱动方法。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种压电驱动划水式潜航器，所述压电驱动划水式潜航器，包含预压力组件、方向舵、划水组件和驱动组件；
所述预压力组件包含纵向预压力模块和横向预压力模块；
所述纵向预压力模块包含第一金属杆、第二金属杆、第一纵向弹簧和第二纵向弹簧，其中，第一纵向弹簧的两端分别和第一金属杆、第二金属杆的一端固连，第二纵向弹簧的两端分别和第一金属杆、第二金属杆的另一端固连；
所述横向预压力模块包含第一横向预压力单元和第二横向预压力单元；
所述第一横向预压力单元和第二横向预压力单元结构相同，均包含第一金属环、第二金属环和横向弹簧，所述横向弹簧一端和第一金属环的外壁固连、另一端和第二金属环的外壁固连；
所述方向舵包含第一升降单元和第二升降单元；
所述第一、第二升降单元结构相同，均包含方向板、连接柱和驱动头，其中，所述方向板为长条形板；所述连接柱呈圆柱状；所述驱动头呈半球状；所述连接柱的一端和所述方向板的中心垂直固连，另一端和所述驱动头端面的中心同轴固连；所述连接柱的侧壁上设有经过且垂直于其轴线的第一通孔，所述第一通孔和所述方向板垂直；
所述划水组件包含第一至第四划动单元；
所述第一至第四划动单元结构相同、为上下开口的空心柱体，均包含依次首尾相连的第一侧壁、第一连接壁、第二侧壁、第二连接壁；其中，第一侧壁和第二侧壁为结构相同的矩形面板，第一连接壁和第二连接壁为结构相同的弧形面板；
所述第一至第四划动单元的外壁上均设有周向环绕的齿条、内壁上均设有周向环绕的凹槽；其中，第一划动单元、第二划动单元平行设置且第一划动单元上的齿条和第二划动单元上的齿条啮合；第三划动单元、第四划动单元平行设置且第三划动单元上的齿条和第四划动单元上的齿条啮合；
所述驱动组件包含第一驱动单元和第二驱动单元；
所述第一、第二驱动单元结构相同，均包含第一至第四金属基体、金属连接杆、第一至第二驱动足、第一至第二纵向弯振压电陶瓷组件、第一至第二横向弯振压电陶瓷组件、以及纵振压电陶瓷组件；
所述第一至第四金属基体均为圆柱体；所述第一、第四金属基体结构相同，其侧壁上均设有经过且垂直其轴线的第二通孔、第三通孔，第二通孔、第三通孔垂直相交；所述第一、第四金属基体的侧壁上还均设有环形安装槽；第二、第三金属基体结构相同，沿其轴线均设有供所述金属连接杆穿过的通孔；
所述第一、第二驱动足均为中心设有供金属连接杆穿过的通孔的圆盘；
所述第一至第二纵向弯振压电陶瓷组件、第一至第二横向弯振压电陶瓷组件结构相同，均包含第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片；所述第一、第二压电陶瓷片结构相同，均为二分区圆环形压电陶瓷片，沿厚度方向极化且两个分区极化方向相反；第一、第二压电陶瓷片同轴且分区界限平行设置，相邻分区极化方向相反；
所述纵振压电陶瓷组件包含第三压电陶瓷片和第四压电陶瓷片；所述第三压电陶瓷片和第四压电陶瓷片结构相同，均为单一极化分区的圆环形压电陶瓷片，沿厚度方向极化；且第三压电陶瓷片和第四压电陶瓷片同轴设置、极化方向相反；
所述金属连接杆一端和所述第一金属基体一端的中心垂直固连，另一端依次穿过第一纵向弯振压电陶瓷组件、第一驱动足、第一横向弯振压电陶瓷组件、第二金属基体、纵振压电陶瓷组件、第三金属基体、第二横向弯振压电陶瓷组件、第二驱动足、第二纵向弯振压电陶瓷组件中心的通孔后和所述第二金属基体一端的中心垂直固连，使得第一金属基体和第二金属基体将第一纵向弯振压电陶瓷组件、第一驱动足、第一横向弯振压电陶瓷组件、第二金属基体、纵振压电陶瓷组件、第三金属基体、第二横向弯振压电陶瓷组件、第二驱动足、第二纵向弯振压电陶瓷组件夹紧在中间；所述第一、第二纵向弯振压电陶瓷组件中第一压电陶瓷片的分区界限都和所述第三通孔平行，第一、第二横向弯振压电陶瓷组件中第一压电陶瓷片的分区界限都和所述第二通孔平行；
所述第一驱动单元依次穿过第一、第三划动单元，所述第二驱动单元依次穿过第二、第四划动单元；所述第一横向预压力单元的第一、第二金属环分别对应设置在所述第一、第二驱动单元第一金属基体的环形安装槽中，第二横向预压力单元的第一、第二金属环分别对应设置在所述第一、第二驱动单元第四金属基体的环形安装槽中，使得第一驱动单元的第一、第二驱动足分别和第一、第三划动单元内壁上的凹槽相抵，并使得第二驱动单元的第一、第二驱动足分别和第二、第四划动单元内壁上的凹槽相抵；
所述第一金属杆依次穿过第一升降单元、第二升降单元连接柱的第一通孔，所述第二金属杆依次穿过第一、第二驱动单元第一金属基体的第二通孔，通过第一、第二纵向弹簧使得第一升降单元、第二升降单元的驱动头对应抵在第一、第二驱动单元第一金属基体的端面上。
作为本发明一种压电驱动划水式潜航器进一步的优化方案，所述第一升降单元、第二升降单元的方向板采用高强度塑料或玻璃钢制成。
本发明还公开了一种该压电驱动划水式潜航器的驱动方法，包含以下步骤：
令第一驱动单元第一金属基体的第二通孔所在直线为x轴所在直线、第一驱动单元第一金属基体的第三通孔所在直线为y轴所在直线，第一驱动单元第一金属基体的轴线所在直线为z轴所在直线；同时令第一驱动单元位于第二驱动单元左侧；
采用第一电信号激励第一、第二驱动单元的第一、第二纵向弯振压电陶瓷组件，使第一、第二驱动单元的第一、第二驱动足产生“yoz”平面指向y轴的二阶弯曲振动模态；同时采用第二电信号激励第一、第二驱动单元的第一、第二横向弯振压电陶瓷组件，使第一、第二驱动单元的第一、第二驱动足产生“xoz”平面指向x轴的二阶弯曲振动模态；调整第一电信号、第二电信号使其频率为预设的第一频率阈值且相位差为π/2，使得这两个二阶弯曲振动模态叠加形成第一、第二驱动单元的第一、第二驱动足的摇头运动，进而通过摩檫力使得第一、第二划动单元由后向前运动，分开再合拢，同时第三、第四划动单元由后向前运动，分开再合拢，产生向前驱动的推进力，能够实现平动；如果需要反向平动，调整第一电信号、第二电信号使其频率为预设的第一频率阈值且相位差为-π/2即可；
采用第三电信号激励第一、第二驱动单元的第一、第二纵向弯振压电陶瓷组件，使第一、第二驱动单元的第一、第二驱动足产生“yoz”平面指向y轴的三阶弯曲振动模态；采用第四电信号激励第一、第二驱动单元的纵振压电陶瓷组件，使第一、第二驱动单元的第一、第二驱动足产生沿着z轴的一阶纵向振动；这两个模态叠加形成驱动足端部的椭圆运动来调整第一、第二驱动单元的方向板倾角；调整第三电信号、第四电信号使其频率为预设的第二频率阈值且相位差为π/2，第一、第二驱动单元的方向板同时前倾，能够实现向下转向；如果需要向上转向，调整第三电信号、第四电信号使其频率为预设的第二频率阈值且相位差为-π/2即可；
采用第三电信号激励第一驱动单元的第一、第二纵向弯振压电陶瓷组件，使第一驱动单元的第一、第二驱动足产生“yoz”平面指向y轴的三阶弯曲振动模态；采用第四电信号激励第一驱动单元的纵振压电陶瓷组件，使第一驱动单元的第一、第二驱动足产生沿着z轴的一阶纵向振动；调整第三电信号、第四电信号使其频率为预设的第二频率阈值且相位差为π/2，使得第一驱动单元的方向板前倾，实现左转向；
采用第三电信号激励第二驱动单元的第一、第二纵向弯振压电陶瓷组件，使第二驱动单元的第一、第二驱动足产生“yoz”平面沿着z轴的三阶弯曲振动模态；采用第四电信号激励第二驱动单元的纵振压电陶瓷组件，使第二驱动单元的第一、第二驱动足产生沿着z轴的一阶纵向振动；调整第三电信号、第四电信号使其频率为预设的第二频率阈值且相位差为π/2，使得第二驱动单元的方向板前倾，实现右转向。
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. 本发明结构简单，便于小型化；
2. 控制方式简单，有广阔的应用前景；
3. 生产成本低，可大量制造。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种压电驱动划水式潜航器结构示意图；
图2为本发明实施例提供的方向舵的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的划水组件的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的第一驱动单元的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的第一驱动单元中第一至第四金属基体、第一至第二驱动足相配合的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的预压力组件和驱动组件相配合的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的纵向预压力模块的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的横向预压力模块的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的第一、第二纵向弯振压电陶瓷组件的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的第一、第二横向压电陶瓷组件的结构示意图；
图11为本发明实施例提供的纵振压电陶瓷组件的结构示意图；
图12为本发明实施例提供的第一驱动单元沿着Z轴在ZOX平面的二阶横向弯曲振动模态示意图；
图13为本发明实施例提供的第一驱动单元沿着Z轴在ZOY平面的二阶纵向弯曲振动模态示意图；
图14为本发明实施例提供的第一驱动单元沿着Z轴在ZOX平面的三阶横向弯曲振动模态示意图；
图15为本发明实施例提供的第一驱动单元沿着Z轴在ZOY平面的三阶纵向弯曲振动模态示意图；
图16为本发明实施例提供的第一驱动单元沿着Z轴的一阶纵向振动模态示意图；
图17为本发明实施例提供的第一驱动单元沿着Z轴方向的工作周期图；
图18为本发明实施例提供的第一驱动单元的转向周期图。
图中，1-方向舵，1.1-方向板，1.2-连接柱，1.3-驱动头，2-划水组件，2.1-第一划动单元，2.2-第二划动单元，2.3-第三划动单元，2.4-第四划动单元，2.1.1-第一划动单元外壁上的齿条，2.1.2-第一划动单元内壁上的凹槽，2.1.3-第一划动单元的第一侧壁，3-第一驱动单元，3.1-第一金属基体，3.2-第一纵向弯振压电陶瓷组件，3.3-第一驱动足，3.4-第一横向压电陶瓷组件，3.5-第二金属基体，3.6-纵振压电陶瓷组件，3.7-第三金属基体，3.8-第二横向压电陶瓷组件，3.9-第二驱动足，3.10-第二纵向弯振压电陶瓷组件，3.11-第四金属基体，4-预压力组件，4.1-纵向预压力模块，4.2-横向预压力模块，4.1.1-第一金属杆，4.1.2-第二纵向弹簧，4.2.1-第一横向预压力单元的第二金属环，4.2.2-第一横向预压力单元的第二横向弹簧。
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：
本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
如图1所示，本发明公开了一种压电驱动划水式潜航器，所述压电驱动划水式潜航器，包含预压力组件、方向舵、划水组件和驱动组件。
所述预压力组件包含纵向预压力模块和横向预压力模块；
如图7所示，所述纵向预压力模块包含第一金属杆、第二金属杆、第一纵向弹簧和第二纵向弹簧，其中，第一纵向弹簧的两端分别和第一金属杆、第二金属杆的一端固连，第二纵向弹簧的两端分别和第一金属杆、第二金属杆的另一端固连；
所述横向预压力模块包含第一横向预压力单元和第二横向预压力单元；
如图8所示，所述第一横向预压力单元和第二横向预压力单元结构相同，均包含第一金属环、第二金属环和横向弹簧，所述横向弹簧一端和第一金属环的外壁固连、另一端和第二金属环的外壁固连。
所述方向舵包含第一升降单元和第二升降单元；
如图2所示，所述第一、第二升降单元结构相同，均包含方向板、连接柱和驱动头，其中，所述方向板为长条形板；所述连接柱呈圆柱状；所述驱动头呈半球状；所述连接柱的一端和所述方向板的中心垂直固连，另一端和所述驱动头端面的中心同轴固连；所述连接柱的侧壁上设有经过且垂直于其轴线的第一通孔，所述第一通孔和所述方向板垂直。
如图3所示，所述划水组件包含第一至第四划动单元；
所述第一至第四划动单元结构相同、为上下开口的空心柱体，均包含依次首尾相连的第一侧壁、第一连接壁、第二侧壁、第二连接壁；其中，第一侧壁和第二侧壁为结构相同的矩形面板，第一连接壁和第二连接壁为结构相同的弧形面板；
所述第一至第四划动单元的外壁上均设有周向环绕的齿条、内壁上均设有周向环绕的凹槽；其中，第一划动单元、第二划动单元平行设置且第一划动单元上的齿条和第二划动单元上的齿条啮合；第三划动单元、第四划动单元平行设置且第三划动单元上的齿条和第四划动单元上的齿条啮合。
所述驱动组件包含第一驱动单元和第二驱动单元；
如图4、图5所示，所述第一、第二驱动单元结构相同，均包含第一至第四金属基体、金属连接杆、第一至第二驱动足、第一至第二纵向弯振压电陶瓷组件、第一至第二横向弯振压电陶瓷组件、以及纵振压电陶瓷组件；
所述第一至第四金属基体均为圆柱体；所述第一、第四金属基体结构相同，其侧壁上均设有经过且垂直其轴线的第二通孔、第三通孔，第二通孔、第三通孔垂直相交；所述第一、第四金属基体的侧壁上还均设有环形安装槽；第二、第三金属基体结构相同，沿其轴线均设有供所述金属连接杆穿过的通孔；
所述第一、第二驱动足均为中心设有供金属连接杆穿过的通孔的圆盘；
如图9、图10所示，所述第一至第二纵向弯振压电陶瓷组件、第一至第二横向弯振压电陶瓷组件结构相同，均包含第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片；所述第一、第二压电陶瓷片结构相同，均为二分区圆环形压电陶瓷片，沿厚度方向极化且两个分区极化方向相反；第一、第二压电陶瓷片同轴且分区界限平行设置，相邻分区极化方向相反；
如图11所示，所述纵振压电陶瓷组件包含第三压电陶瓷片和第四压电陶瓷片；所述第三压电陶瓷片和第四压电陶瓷片结构相同，均为单一极化分区的圆环形压电陶瓷片，沿厚度方向极化；且第三压电陶瓷片和第四压电陶瓷片同轴设置、极化方向相反；
所述金属连接杆一端和所述第一金属基体一端的中心垂直固连，另一端依次穿过第一纵向弯振压电陶瓷组件、第一驱动足、第一横向弯振压电陶瓷组件、第二金属基体、纵振压电陶瓷组件、第三金属基体、第二横向弯振压电陶瓷组件、第二驱动足、第二纵向弯振压电陶瓷组件中心的通孔后和所述第二金属基体一端的中心垂直固连，使得第一金属基体和第二金属基体将第一纵向弯振压电陶瓷组件、第一驱动足、第一横向弯振压电陶瓷组件、第二金属基体、纵振压电陶瓷组件、第三金属基体、第二横向弯振压电陶瓷组件、第二驱动足、第二纵向弯振压电陶瓷组件夹紧在中间；所述第一、第二纵向弯振压电陶瓷组件中第一压电陶瓷片的分区界限都和所述第三通孔平行，第一、第二横向弯振压电陶瓷组件中第一压电陶瓷片的分区界限都和所述第二通孔平行；
所述第一驱动单元依次穿过第一、第三划动单元，所述第二驱动单元依次穿过第二、第四划动单元；所述第一横向预压力单元的第一、第二金属环分别对应设置在所述第一、第二驱动单元第一金属基体的环形安装槽中，第二横向预压力单元的第一、第二金属环分别对应设置在所述第一、第二驱动单元第四金属基体的环形安装槽中，使得第一驱动单元的第一、第二驱动足分别和第一、第三划动单元内壁上的凹槽相抵，并使得第二驱动单元的第一、第二驱动足分别和第二、第四划动单元内壁上的凹槽相抵；
所述第一金属杆依次穿过第一升降单元、第二升降单元连接柱的第一通孔，所述第二金属杆依次穿过第一、第二驱动单元第一金属基体的第二通孔，通过第一、第二纵向弹簧使得第一升降单元、第二升降单元的驱动头对应抵在第一、第二驱动单元第一金属基体的端面上。
所述第一升降单元、第二升降单元的方向板优先采用高强度塑料或玻璃钢制成。
本发明还公开了一种该压电驱动划水式潜航器的驱动方法，包含以下步骤：
令第一驱动单元第一金属基体的第二通孔所在直线为x轴所在直线、第一驱动单元第一金属基体的第三通孔所在直线为y轴所在直线，第一驱动单元第一金属基体的轴线所在直线为z轴所在直线；同时令第一驱动单元位于第二驱动单元左侧；
采用第一电信号激励第一、第二驱动单元的第一、第二纵向弯振压电陶瓷组件，使第一、第二驱动单元的第一、第二驱动足产生“yoz”平面指向y轴的二阶弯曲振动模态，如图13所示；同时采用第二电信号激励第一、第二驱动单元的第一、第二横向弯振压电陶瓷组件，使第一、第二驱动单元的第一、第二驱动足产生“xoz”平面指向x轴的二阶弯曲振动模态，如图12所示；调整第一电信号、第二电信号使其频率为预设的第一频率阈值且相位差为π/2，使得这两个二阶弯曲振动模态叠加形成第一、第二驱动单元的第一、第二驱动足的摇头运动，如图17所示，进而通过摩檫力使得第一、第二划动单元由后向前运动，分开再合拢，同时第三、第四划动单元由后向前运动，分开再合拢，产生向前驱动的推进力，能够实现平动；如果需要反向平动，调整第一电信号、第二电信号使其频率为预设的第一频率阈值且相位差为-π/2即可；
采用第三电信号激励第一、第二驱动单元的第一、第二纵向弯振压电陶瓷组件，使第一、第二驱动单元的第一、第二驱动足产生“yoz”平面沿着z轴的三阶弯曲振动模态，如图14、图15所示；采用第四电信号激励第一、第二驱动单元的纵振压电陶瓷组件，使第一、第二驱动单元的第一、第二驱动足产生沿着z轴的一阶纵向振动，如图16所示；这两个模态叠加形成驱动足端部的椭圆运动来调整第一、第二驱动单元的方向板倾角，如图18所示；调整第三电信号、第四电信号使其频率为预设的第二频率阈值且相位差为π/2，第一、第二驱动单元的方向板同时前倾，能够实现向下转向；如果需要向上转向，调整第三电信号、第四电信号使其频率为预设的第二频率阈值且相位差为-π/2即可；
采用第三电信号激励第一驱动单元的第一、第二纵向弯振压电陶瓷组件，使第一驱动单元的第一、第二驱动足产生“yoz”平面沿着z轴的三阶弯曲振动模态；采用第四电信号激励第一驱动单元的纵振压电陶瓷组件，使第一驱动单元的第一、第二驱动足产生沿着z轴的一阶纵向振动；调整第三电信号、第四电信号使其频率为预设的第二频率阈值且相位差为π/2，使得第一驱动单元的方向板前倾，实现左转向；
采用第三电信号激励第二驱动单元的第一、第二纵向弯振压电陶瓷组件，使第二驱动单元的第一、第二驱动足产生“yoz”平面指向y轴的三阶弯曲振动模态；采用第四电信号激励第二驱动单元的纵振压电陶瓷组件，使第二驱动单元的第一、第二驱动足产生沿着z轴的一阶纵向振动；调整第三电信号、第四电信号使其频率为预设的第二频率阈值且相位差为π/2，使得第二驱动单元的方向板前倾，实现右转向。
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 (2)

1.一种压电驱动划水式潜航器，其特征在于，所述压电驱动划水式潜航器，包含预压力组件、方向舵、划水组件和驱动组件；
所述预压力组件包含纵向预压力模块和横向预压力模块；
所述纵向预压力模块包含第一金属杆、第二金属杆、第一纵向弹簧和第二纵向弹簧，其中，第一纵向弹簧的两端分别和第一金属杆、第二金属杆的一端固连，第二纵向弹簧的两端分别和第一金属杆、第二金属杆的另一端固连；
所述横向预压力模块包含第一横向预压力单元和第二横向预压力单元；
所述第一横向预压力单元和第二横向预压力单元结构相同，均包含第一金属环、第二金属环和横向弹簧，所述横向弹簧一端和第一金属环的外壁固连、另一端和第二金属环的外壁固连；
所述方向舵包含第一升降单元和第二升降单元；
所述第一、第二升降单元结构相同，均包含方向板、连接柱和驱动头，其中，所述方向板为长条形板；所述连接柱呈圆柱状；所述驱动头呈半球状；所述连接柱的一端和所述方向板的中心垂直固连，另一端和所述驱动头端面的中心同轴固连；所述连接柱的侧壁上设有经过且垂直于其轴线的第一通孔，所述第一通孔和所述方向板垂直；
所述划水组件包含第一至第四划动单元；
所述第一至第四划动单元结构相同、为上下开口的空心柱体，均包含依次首尾相连的第一侧壁、第一连接壁、第二侧壁、第二连接壁；其中，第一侧壁和第二侧壁为结构相同的矩形面板，第一连接壁和第二连接壁为结构相同的弧形面板；
所述第一至第四划动单元的外壁上均设有周向环绕的齿条、内壁上均设有周向环绕的凹槽；其中，第一划动单元、第二划动单元平行设置且第一划动单元上的齿条和第二划动单元上的齿条啮合；第三划动单元、第四划动单元平行设置且第三划动单元上的齿条和第四划动单元上的齿条啮合；
所述驱动组件包含第一驱动单元和第二驱动单元；
所述第一、第二驱动单元结构相同，均包含第一至第四金属基体、金属连接杆、第一至第二驱动足、第一至第二纵向弯振压电陶瓷组件、第一至第二横向弯振压电陶瓷组件、以及纵振压电陶瓷组件；
所述第一至第四金属基体均为圆柱体；所述第一、第四金属基体结构相同，其侧壁上均设有经过且垂直其轴线的第二通孔、第三通孔，第二通孔、第三通孔垂直相交；所述第一、第四金属基体的侧壁上还均设有环形安装槽；第二、第三金属基体结构相同，沿其轴线均设有供所述金属连接杆穿过的通孔；
所述第一、第二驱动足均为中心设有供金属连接杆穿过的通孔的圆盘；
所述第一至第二纵向弯振压电陶瓷组件、第一至第二横向弯振压电陶瓷组件结构相同，均包含第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片；所述第一、第二压电陶瓷片结构相同，均为二分区圆环形压电陶瓷片，沿厚度方向极化且两个分区极化方向相反；第一、第二压电陶瓷片同轴且分区界限平行设置，相邻分区极化方向相反；
所述纵振压电陶瓷组件包含第三压电陶瓷片和第四压电陶瓷片；所述第三压电陶瓷片和第四压电陶瓷片结构相同，均为单一极化分区的圆环形压电陶瓷片，沿厚度方向极化；且第三压电陶瓷片和第四压电陶瓷片同轴设置、极化方向相反；
所述金属连接杆一端和所述第一金属基体一端的中心垂直固连，另一端依次穿过第一纵向弯振压电陶瓷组件、第一驱动足、第一横向弯振压电陶瓷组件、第二金属基体、纵振压电陶瓷组件、第三金属基体、第二横向弯振压电陶瓷组件、第二驱动足、第二纵向弯振压电陶瓷组件中心的通孔后和所述第二金属基体一端的中心垂直固连，使得第一金属基体和第二金属基体将第一纵向弯振压电陶瓷组件、第一驱动足、第一横向弯振压电陶瓷组件、第二金属基体、纵振压电陶瓷组件、第三金属基体、第二横向弯振压电陶瓷组件、第二驱动足、第二纵向弯振压电陶瓷组件夹紧在中间；所述第一、第二纵向弯振压电陶瓷组件中第一压电陶瓷片的分区界限都和所述第三通孔平行，第一、第二横向弯振压电陶瓷组件中第一压电陶瓷片的分区界限都和所述第二通孔平行；
所述第一驱动单元依次穿过第一、第三划动单元，所述第二驱动单元依次穿过第二、第四划动单元；所述第一横向预压力单元的第一、第二金属环分别对应设置在所述第一、第二驱动单元第一金属基体的环形安装槽中，第二横向预压力单元的第一、第二金属环分别对应设置在所述第一、第二驱动单元第四金属基体的环形安装槽中，使得第一驱动单元的第一、第二驱动足分别和第一、第三划动单元内壁上的凹槽相抵，并使得第二驱动单元的第一、第二驱动足分别和第二、第四划动单元内壁上的凹槽相抵；
所述第一金属杆依次穿过第一升降单元、第二升降单元连接柱的第一通孔，所述第二金属杆依次穿过第一、第二驱动单元第一金属基体的第二通孔，通过第一、第二纵向弹簧使得第一升降单元、第二升降单元的驱动头对应抵在第一、第二驱动单元第一金属基体的端面上。
2.根据权利要求1所述的压电驱动划水式潜航器，其特征在于，所述第一升降单元、第二升降单元的方向板采用高强度塑料或玻璃钢制成。
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CN113071647B (zh) * 2021-03-22 2022-04-22 南京航空航天大学 一种贴片式压电驱动双桨式水下矢量推进系统及其方法
CN113525643B (zh) * 2021-06-18 2022-06-10 南京航空航天大学 一种全深海微小型波形水下推进器及其驱动方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4328412B2 (ja) * 1999-05-14 2009-09-09 キヤノン株式会社 振動型アクチュエータおよび振動型駆動装置
KR100924097B1 (ko) * 2007-11-16 2009-11-02 전자부품연구원 압전 리니어 액츄에이터
DE102008025812A1 (de) * 2008-05-29 2009-12-10 Howaldtswerke-Deutsche Werft Gmbh Unterseeboot
CN102780417B (zh) * 2012-06-25 2015-03-11 南京航空航天大学 微小型减摩驱动式直线超声电机及其激励方式
CN104309788A (zh) * 2014-10-27 2015-01-28 哈尔滨工业大学 双波动胸鳍协同推进的仿鳐鱼水下航行器
EP3386091B1 (en) * 2017-04-03 2019-07-10 Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. Kg Piezoelectric vibrator device and piezoelectric motor
CN210157098U (zh) * 2019-07-29 2020-03-17 南昌航空大学 方框结构驱动的精密压电直线移动平台
CN111162688A (zh) * 2020-02-24 2020-05-15 南京航空航天大学 一种用于轨道运输的压电作动器及其工作方法
CN111661286B (zh) * 2020-06-24 2021-11-30 北方工业大学 机器鱼

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