[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

说明书

本发明公开了一种基于压电螺杆泵的水下机械臂及其控制方法，机械臂包括若干关节；关节包含两个变形单元；变形单元包括压电螺杆泵、两个T形弯管和两个皱纹管；压电螺杆泵的两端分别和两个T形弯管的横管相联通，两个T形弯管竖管开口的一端分别和两个皱纹管的一端对应相联通，两个皱纹管的另一端均封闭。压电螺杆泵正向/反向泵输，输出液体的皱纹软管缩短、输入液体的皱纹软管伸长，使变形单元串联而成的弯曲模块形成弯曲变形。对各变形单元泵输量进行调整可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。对各变形单元泵输设置特定时序可使水下机械臂实现蜿蜒运动，获得推进力。

技术领域

本发明涉及压电泵和机器人领域，尤其涉及一种基于压电螺杆泵的水下机械臂及其控制方法。

背景技术

海洋里有很多未知环境和资源需要探索和开发，海洋战略性资源的开发将对人类社会经济的发展起到重要作用。自主水下机器人（AUV）是开发海洋的重要装备。水下机械臂是水下机器人的重要组成部分，其性能决定了水下机器人的作业能力。遗憾的是，绝大部分AUV没有配备机械臂，这使AUV的作业能力大打折扣。

传统的水下机械臂按驱动方式分为液压机械臂和电动机械臂，水下液压机械臂发展比较成熟，但是其体积重量大，液压系统复杂，支持系统庞大，不能应用到自主水下机器人（AUV）上；电动机械臂尚无法满足深海高水压的工作环境，还需在密封、压力补偿方面做深化研究。

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述涉及到的缺陷，提供一种基于压电螺杆泵的水下机械臂及其控制方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于压电螺杆泵的水下机械臂，包括若干关节，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。

作为本发明一种基于压电螺杆泵的水下机械臂进一步的优化方案，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；