[发明专利]一种基于压电螺杆泵的水下机械臂及其控制方法

权利要求书

1.一种基于压电螺杆泵的水下机械臂，包括若干关节，其特征在于，所述关节包含第一变形单元和第二变形单元；

所述第一变形单元、第二变形单元均包括压电螺杆泵、第一至第二T形弯管、以及第一至第二皱纹管；

所述第一、第二T形弯管均包含竖管和横管，其中，横管垂直于竖管且和竖管的中点处相联通，竖管两端一端封闭、一端开口；

所述压电螺杆泵的两端分别和第一、第二T形弯管的横管相联通，所述第一、第二T形弯管竖管开口的一端分别和所述第一、第二皱纹管的一端对应相联通，所述第一、第二皱纹管的另一端均封闭；

所述第一、第二皱纹管由弹性材料制成，其内盛有液体，当其内液压发生变化时能够相应的伸长或缩短；

所述压电螺杆泵用于将第一皱纹管内的液体泵至第二皱纹管或将第二皱纹管内的液体泵至第一皱纹管；

所述第一变形单元中压电螺杆泵的中点处和所述第二变形单元中压电螺杆泵的中点处固连，使得第一变形单元中压电螺杆泵轴线与第二变形单元中压电螺杆泵轴线垂直；

所述关节第一变形单元中第一、第二T形弯管的封闭端和相邻关节第一变形单元中第一、第二皱纹管的开口端固连，所述关节第二变形单元中第一、第二T形弯管的封闭端和相邻关节第二变形单元中第一、第二皱纹管的开口端固连。

2.根据权利要求1所述的基于压电螺杆泵的水下机械臂，其特征在于，所述压电螺杆泵包含橡胶衬套和压电螺杆；

所述橡胶衬套为中空圆柱，其内壁设有螺纹；

所述压电螺杆包括螺杆、第一至第二垫片、第一至第四压电陶瓷片、第一至第三电极片和螺栓；

所述螺杆外壁设有和所述橡胶衬套内壁螺纹相匹配的螺纹，螺杆和橡胶衬套螺纹连接且密封啮合；

所述螺杆沿其中轴线在两端分别开有盲孔和螺纹通孔；所述盲孔、螺纹通孔均和所述所述螺杆同轴，盲孔的半径大于螺纹通孔的半径，且盲孔和螺纹通孔相联通；

所述第一至第二垫片、第一至第四压电陶瓷片、第一至第三电极片均呈圆环状；

所述螺杆依次穿过第一垫片、第一压电陶瓷片、第一电极片、第二压电陶瓷片、第二电极片、第三压电陶瓷片、第三电极片、第二垫片后和所述螺纹通孔螺纹连接，将所述第一至第二垫片、第一至第四压电陶瓷片、第一至第三电极片固定在所述盲孔内；

所述第一至第四压电陶瓷片均沿其厚度方向极化，均形成极化分界线为其直径、极化方向相反的两个分区；所述第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片的极化分界线平行，同一侧分区的极化方向相反；所述第二压电陶瓷片和第三压电陶瓷片的极化分界线相互垂直；所述第三压电陶瓷片和第四压电陶瓷片的极化分界线平行，同一侧分区的极化方向相反；

所述第二电极片接地，第一电极片、第三电极片分别接外部激励信号。

3.根据权利要求1所述的基于压电螺杆泵的水下机械臂，其特征在于，所述第一、第二皱纹管中盛有的液体为不可压缩液体。

4.基于权利要求2所述的基于压电螺杆泵的水下机械臂的控制方法，其特征在于，包含以下过程：

通过在第一电极片、第三电极片上分别施加时间相位上相差π/2的正弦信号，使得螺杆产生时间和空间上都具有π/2相位差的两个同形弯振模态，两个模态的耦合使螺杆呈现旋转弯曲振动从而使其与橡胶衬套之间产生沿一个方向螺旋运动的腔体，实现腔体中液体的泵输；

通过改变第一电极片、第三电极片上施加的正弦信号的时间相位差的先后顺序，改变液体的泵输方向，实现双向泵输；

对于各个关节的各个关节的第一变形单元连接后组成了一个弯曲模块，第二变形单元连接后组成了另一个弯曲模块，对各个关节的第一、第二变形单元泵输量进行调整以实现两个弯曲模块形变控制，形成水下机械臂两个正交方向的运动和定位。