[发明专利]一种仿管水母水下探测机器人及其工作方法

说明书

本发明公开了一种仿管水母水下探测机器人及其工作方法，包括：若干个仿水母水下推进装置以及一根连接管道，所述的若干个仿水母水下推进装置设置在连接管道的外壁或端部；该仿水母水下推进装置包括钟状壳体和若干片压电陶瓷片，其中，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。本发明具有结构简单、紧凑、抗水压、能耗低、无噪声、机动性能强、控制简单等优点。

技术领域

本发明属于基于压电驱动的水下机器人技术领域，具体指代一种仿管水母水下探测机器人及其工作方法。

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。管水母类似一种由多个水母组成的水下生物体，具有水母的运动特征，能够灵活在水中游动，机动性能高。目前尚未检索到与仿管水母设计的机器人相关的文献。本发明结合管水母和水母的运动特征，提出了一种压电耦合结构的多仿水母水下推进装置组成的仿管水母水下探测机器人，具有结构简单、紧凑、抗水压、能耗低、无噪声、机动性能强、控制简单等优点。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种仿管水母水下探测机器人及其工作方法，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，本发明的一种仿管水母水下探测机器人，包括：若干个仿水母水下推进装置以及一根连接管道，所述的若干个仿水母水下推进装置设置在连接管道的外壁或端部；该仿水母水下推进装置包括钟状壳体和若干片压电陶瓷片，其中，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。

优选地，所述的仿水母水下推进装置的钟状壳体的封闭端部与连接管道的外壁或端部相连。

本发明的一种仿管水母水下探测机器人的工作方法，包括步骤如下：

通过施加电信号，激励对称设置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；

当对仿水母水下推进装置上设置的成对压电陶瓷片同时施加相同的电信号激励钟状壳体在受迫振动的状态下沿着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；当水排出空腔时，仿水母水下推进装置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，从而推动整个仿管水母水下探测机器人向前游动；通过控制设置在连接管道上的各个仿水母水下推进装置的喷水方向和喷水量，驱动整个仿管水母水下探测机器人朝着预定的方向和位置游动，并实现在整个水域内的全方位游动。

本发明的有益效果：

本发明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，并基于水母的运动机理，提出了压电耦合结构的多水下推进系统组成的仿管水母水下探测机器人，具有结构简单、紧凑、抗水压、能耗低、无噪声、机动性能强、控制简单等优点。

附图说明

图1绘示仿管水母水下探测机器人的结构示意图；

图2绘示仿水母水下推进装置的结构示意图；