[发明专利]一种摆动鳍压电驱动装置及方法

说明书

本发明公开了一种摆动鳍压电驱动装置，包括底板，底板的工作面上设有圆环状的压电换能器，与压电换能器同心设置转动组件，转动组件连接板簧，板簧的末端转动连接桨；压电换能器和转动组件挤压所述板簧使其呈弯曲状，从而为板簧提供预压力；在所述板簧的摆动方向上对称设有限位挡块，以限制该板簧的摆动幅度；压电换能器被施加电信号后产生微幅震动，为受压弯曲的板簧提供激励，实现板簧在摆动幅度内的往复运动，进而带动桨完成划水动作。本发明还公开了一种驱动方法：为一组或两组压电陶瓷片上施加电信号，激励出压电换能器的二阶面内弯振模态，使受压弯曲的板簧在压电换能器的激励下进行旋转，并带动装置运动。

技术领域

本发明涉及压电换能器领域，尤其涉及一种摆动鳍压电驱动装置及方法。

背景技术

无人潜航器是没有人驾驶、靠遥控或自动控制在水下航行的器具，主要指那些代替潜水员或载人小型潜艇进行深海探测、救生、排除水雷等高危险性水下作业的智能化系统。因此，无人潜航器也被称为“潜水机器人”或“水下机器人”。无人潜航器一般都由骨架及浮体、推进系统、航行控制系统以及探测系统等部分组成,一些无人潜航器上还配有机械手等机构。

无人水下潜航器分为自主潜航器AUV和遥控潜航器ROV。AUV与母船无连接，依靠自身携带的动力以及机器智能自主地完成预定任务；ROV有作业能力强、作业时间不受能源限制等独有优势，非常适合水下长时间复杂定点作业。压电作动器是一种工作于高频微振动状态的新型电机，其工作原理为利用压电材料的逆压电效应，激发弹性体产生微幅振动，再通过能量传递转换为动子的宏观运动。

传统的无人潜航器推进装置在深海运用中存在结构复杂、封密性问题和耐压性问题，并且不利于装置的小型化。同时，对于螺旋桨推进的侦察技术已经十分成熟，在情报侦察中更容易被发现。

因此，针对自主潜航器和遥控潜航器各自的功用和特点，一种微小型自主潜航器(AUV)的深海推进压电驱动装置及驱动方法亟待研究。

发明内容

针对背景技术提出的问题，本发明公开一种摆动鳍压电驱动装置及方法，旨在提出一种结构简单、小型化、反侦察能力强的推进装置。

一种摆动鳍压电驱动装置，包括底板，底板的工作面上设有圆环状的压电换能器，与压电换能器同心设置转动组件，转动组件连接板簧，该板簧关于该转动组件的中轴线对称设置，板簧的末端转动连接桨；板簧上设有呈圆形倒角的接触面，并通过该接触面抵接压电换能器的内径表面，压电换能器和转动组件挤压板簧使其呈弯曲状，从而为板簧提供预压力；在板簧的摆动方向上对称设有限位挡块，以限制板簧的摆动幅度；

压电换能器被施加电信号后产生微幅震动，为受压弯曲的板簧提供激励，以带动转动组件和桨转动，实现压电驱动装置的运动。

作为优选，压电换能器包括圆环状金属基体，金属基体的外径表面上设有关于其圆心中心对称的压电陶瓷片，压电陶瓷片沿厚度方向极化、极化方向指向圆心。

作为优选，金属基体的外径表面上开有方形槽，压电陶瓷片对应设置在方形槽内，数量为四个，压电换能器呈中心对称。

作为优选，板簧包括板尾、板体和板翼，板尾和板体为矩形板，该板尾一侧连接转动组件，另一侧连接板体，板体向上延伸形成板翼，该板翼为直角状拐形薄板，板翼的尾端固定连接中空的圆柱体。

作为优选，转动组件与板尾之间设有橡胶，用于调节所述板簧的变形度，以调节预压力的大小，并且为板簧碰到限位挡块后改变弯曲方向提供弹性空间。

作为优选，桨包括桨叶和限位板，该桨叶铆接在板翼上；限位板包括连接板翼的带有凹槽的矩形块和固定连接在该矩形块两侧的条形分支，该分支分别为倾斜状和直角状，在桨叶转动时限制桨叶的转动范围，使桨叶在往复运动时保持较高的划水效率。