CN214451770U - 基于压电驱动的水上划桨作动器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了基于压电驱动的水上划桨作动器，涉及压电技术领域，作动器能够同时满足尺寸小、反应速度快，能实现在水上转弯运动的特点。本实用新型包括：两个划桨和漂浮筏，两个划桨结构相同，相对设置在漂浮筏的两侧。划桨包括划水板、两片压电陶瓷片、磷青铜基体。本实用新型利用每一侧的两片压电陶瓷片分别在正弦电压作用下的逆压电效应和磷青铜划桨与磷青铜水平基体形成的90度夹角，造成划桨在压电陶瓷的驱动下产生不同的振动位移，使划桨产生前后和上下的运动模式，对水产生推力，由于牛顿第三定理，从而使漂浮筏朝一个方向进行运动。通过控制调节各压电陶瓷的输入正弦电压值，实现作动器的不同转弯半径，完成预设的行进路径。
Description
技术领域
本实用新型涉及压电技术领域，尤其涉及基于压电驱动的水上划桨作动器。
背景技术
作动器是实施振动主动控制的关键部件，是主动控制系统的重要环节。作动器的作用是按照确定的控制规律，来对控制对象施加控制力。近年来，在传统的流体作动器、气体作动器和电器作动器的基础上，研究开发出了许多智能型作动器，例如压电陶瓷作动器、压电薄膜作动器、电致伸缩作动器、磁致伸缩作动器、形状记忆合金作动器、伺服作动器和电流变流体作动器等。这些作动器的出现，为实现高精度的振动主动控制提供了必要条件。
水上机器人通过安装摄像头、气体或化学等传感器，可以完成水面侦探勘察、水质监测以及液面清污等工作，但水上机器人独特的作业环境和运动模式要求它只能有很小的自重和体重，现有技术中的作动器结构不够简洁紧凑，降低了作动效率。
发明内容
本实用新型公开了基于压电驱动的水上划桨作动器，能够均衡作动器的性能，同时满足尺寸小、反应速度快、实现转弯运动，以及水上运动的要求。
为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
基于压电驱动的水上划桨作动器，包括：两个划桨和漂浮筏，两个划桨结构相同，相对设置在漂浮筏的两侧。
划桨包括第一划桨和第二划桨，第一划桨包括第一划水板、第一压电陶瓷片、第一磷青铜基体、第二压电陶瓷片。
第一磷青铜基体为直角形，直角的一侧表面设置第二压电陶瓷片，末端连接漂浮筏，直角的另一侧表面设置第一压电陶瓷片、末端沿垂直于第一磷青铜基体的方向设置第一划水板。
进一步的，第一划水板形状为长方形。
进一步的，第一压电陶瓷片、第二压电陶瓷片是长方形。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型具有四片压电陶瓷片，利用压电陶瓷片的逆压电效应控制压电陶瓷片的形变，通过压电陶瓷片的形变带动磷青铜水平基体和磷青铜划桨发生形变和位移，通过漂浮筏的连接合成上述位移，最终实现水上划桨作动器的位移，由于作动器结构简单，没有复杂的机构，因此尺寸较小，并且作动流程简单直接，缩短了作动过程所用的时间，反应速度快；对压电陶瓷片施加相同的正弦电压时，作动器产生直线运动，对压电陶瓷片施加不同大小的正弦电压时，作动器产生转弯运动，正弦电压的电压差越大，转弯运动的半径越小，因此可以通过调节输入正弦电压值，控制作动器的运动模式，最终实现预设作动器在水上的行动路径。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本实用新型的结构示意图;
图2是正弦电压V1和V2等于正弦电压V3和V4时的工作示意正视图；
图3是正弦电压V1和V2等于正弦电压V3和V4时作动器的俯视图；
图4是正弦电压V1和V2大于正弦电压V3和V4时作动器的俯视图；
图5是正弦电压V1和V2小于正弦电压V3和V4时作动器的俯视图。
1-第一划桨、11-第一划水板、12-第一压电陶瓷片、13-第一磷青铜基体、14-第二压电陶瓷片、2-第二划桨、21-第二划水板、22-第三压电陶瓷片、23-第二磷青铜基体、24-第四压电陶瓷片、3-漂浮筏。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。
基于压电驱动的水上划桨作动器，如图1所示，包括：两个划桨和漂浮筏3，两个划桨结构相同，相对设置在漂浮筏3的两侧。
划桨包括第一划桨1和第二划桨2，第一划桨1包括第一划水板11、第一压电陶瓷片12、第一磷青铜基体13、第二压电陶瓷片14；
第一磷青铜基体13为直角形，直角的一侧表面设置第二压电陶瓷片14，末端连接漂浮筏3，直角的另一侧表面设置第一压电陶瓷片12、末端沿垂直于第一磷青铜基体13的方向设置第一划水板11。
第二划桨2包括第二划水板21、第三压电陶瓷片22、第二磷青铜基体23、第四压电陶瓷片24。第二磷青铜基体23为直角形，直角的一侧表面设置第四压电陶瓷片24，末端连接漂浮筏3，直角的另一侧表面设置第三压电陶瓷片22、末端沿垂直于第二磷青铜基体23的方向设置第一划水板21。压电陶瓷片、划水板均为长方形，压电陶瓷片采用PZT-8材料、划水板采用磷青铜材料。
本实用新型实施例还公开了所述基于压电驱动的水上划桨作动器的工作方法，包括:
S1、对第一压电陶瓷片12施加正弦电压V1，对第二压电陶瓷片14施加正弦电压V2，第一压电陶瓷片12和第二压电陶瓷片14在正弦电压的作用下发生形变，使得第一划水板11和第一磷青铜基体13产生变形，使得第一划水板11产生上下和前后的位移，从而对水产生推力，利用牛顿第三定理，第一磷青铜基体13产生前后移动；
S2、对第三压电陶瓷片22施加正弦电压V3，对第四压电陶瓷片24施加正弦电压V4，第三压电陶瓷片22和第四压电陶瓷片24在正弦电压的作用下发生形变，使得第二划水板21和第二磷青铜基体23产生变形，使得第二划水板21产生上下和前后的位移，从而对水产生推力，利用牛顿第三定理，第二磷青铜基体23产生前后移动；
S3、通过漂浮筏3将第一磷青铜基体13和第二磷青铜基体23的直线位移合成，所述基于压电驱动的水上划桨作动器产生位移。当正弦电压V1= V3和V2= V4，第一压电陶瓷片12、第二压电陶瓷片14、第三压电陶瓷片22、第四压电陶瓷片24、在逆压电效应的作用下，第二压电陶瓷片14和第四压电陶瓷片24扩张，分别导致第一划水板11和第二划水板21上下弯曲；第一压电陶瓷片12和第三压电陶瓷片22扩张，分别导致第一划水板11和第二划水板21前后变形；启动初始阶段，对第一压电陶瓷片12和第三压电陶瓷片22施加驱动电压、第一划水板11和第二划水板21向前变形，第一磷青铜基体13和第二磷青铜基体23不变形，从而第一划水板11和第二划水板21脱离水面，整体静止不动。接着按如下步骤划动：
SS1.第一划水板11和第二划水板21向后变形，同时第一磷青铜基体13和第二磷青铜基体23向下变形，从而第一划水板11和第二划水板21进入水面，整体划动向前；
SS2.第一划水板11和第二划水板21继续向后变形，同时第一磷青铜基体13和第二磷青铜基体23向上变形，在第一划水板11和第二划水板21未脱离水面之前，整体依然划动向前；
SS3.第一划水板11和第二划水板21向前变形，同时第一磷青铜基体13和第二磷青铜基体23继续向上变形，第一划水板11和第二划水板21脱离水面，整体依靠惯性向前；
SS4.第一划水板11和第二划水板21继续向前变形，同时第一磷青铜基体13和第二磷青铜基体23向下变形，第一划水板11和第二划水板21依旧脱离水面，整体依靠惯性向前，最后恢复到S1的运动状态。
基于压电驱动的水上划桨作动器在一个运动周期内，沿着其长度轴线产生位移，如图2和图3所示。
当正弦电压V1和V2分别大于所述正弦电压V3和V4，所述基于压电驱动的水上划桨作动器发生第一合成位移，如图4所示；
所述第一合成位移由以下位移合成：沿着所述基于压电驱动的水上划桨作动器的长度轴线方向的位移；以及垂直于所述基于压电驱动的水上划桨作动器的长度轴线，朝向第二磷青铜基体23方向的位移。
当正弦电压V1和V2分别小于所述正弦电压V3和V4，所述基于压电驱动的水上划桨作动器发生第二合成位移，如图5所示；
所述第二合成位移由以下位移合成：沿着所述基于压电驱动的水上划桨作动器的长度轴线方向的位移；以及垂直于所述基于压电驱动的水上划桨作动器的长度轴线，朝向第一磷青铜基体13方向的位移。
本实用新型的有益效果为：本实用新型具有四片压电陶瓷片，利用压电陶瓷片的逆压电效应控制压电陶瓷片的形变，通过压电陶瓷片的形变带动磷水平青铜基体和磷青铜划桨发生形变和位移，通过漂浮筏的连接合成上述位移，最终实现水上划桨作动器的位移，由于作动器结构简单，没有复杂的机构，因此尺寸较小，并且作动流程简单直接，缩短了作动过程所用的时间，反应速度快；对压电陶瓷片施加相同的正弦电压时，作动器产生直线运动，对压电陶瓷片施加不同大小的正弦电压时，作动器产生转弯运动，正弦电压的电压差越大，转弯运动的半径越小，因此可以通过调节输入正弦电压值，控制作动器的运动模式，最终实现预设作动器在水上的行动路径；综上,本实用新型具有尺寸小、反应速度快、能实现转弯运动，以及水上运动的优点。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.基于压电驱动的水上划桨作动器，其特征在于，包括：两个划桨和漂浮筏（3），两个划桨结构相同，相对设置在漂浮筏（3）的两侧；
所述划桨包括第一划桨（1）和第二划桨（2），第一划桨（1）包括第一划水板（11）、第一压电陶瓷片（12）、第一磷青铜基体（13）、第二压电陶瓷片（14）；
第一磷青铜基体（13）为直角形，直角的一侧表面设置第二压电陶瓷片（14），末端连接漂浮筏（3），直角的另一侧表面设置第一压电陶瓷片（12）、末端沿垂直于第一磷青铜基体（13）的方向设置第一划水板（11）。
2.根据权利要求1所述的基于压电驱动的水上划桨作动器，其特征在于，所述第一划水板（11）形状为长方形。
3.根据权利要求1所述的基于压电驱动的水上划桨作动器，其特征在于，第一压电陶瓷片（12）、第二压电陶瓷片（14）是长方形。
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