一種壓電驅動的水上機器人的製作方法

2024-03-02 07:47:15 2

本發明屬於機器人技術，尤其涉及一種壓電驅動的水上機器人。

背景技術：

水上機器人通過安裝攝像頭、氣體或化學等傳感器，可以完成水面偵探勘察、水質監測以及液面清汙等工作，但水上機器人獨特的作業環境和運動模式要求它只能有很小的自重和體重，因此結構不能太複雜，所以研製非常困難。目前研製的水面機器人主要有仿水黽機器人，這類機器人利用水的表面張力在水面上站立和行走，但此類機器人研製非常困難，成本很高。還有一類水上機器人使用電機驅動，電機由於轉速高，還需要增加減速機構來降低速度，增加了結構複雜程度。但是目前已有的水上機器人普遍存在結構複雜、移動不夠靈活、無轉向和調速功能等問題。

技術實現要素：

本發明目的是為了克服現有技術的不足而提供一種結構簡單、製作成本低、移動靈活的特點，且有快速調速的功能。

為達到上述目的，本發明採用的技術方案是：一種壓電驅動的水上機器人，包括第一機體、第二機體、第三機體、第一葉片、第二葉片、第一螺栓、第二螺栓和信號發生器；所述第一機體和第二機體之間通過第一螺栓相連，且兩者之間還設有兩個第一葉片；所述第二機體和第三機體之間通過第二螺栓相連，且兩者之間還設有兩個第二葉片；所述第一葉片和第二葉片的結構相同，兩者均由粘貼在一起的壓電陶瓷片和基板構成；所述第一機體和第三機體內設有信號發生器，用於將正弦交變電壓分別施加到第一葉片和第二葉片上。

優選的，所述第一機體、第二機體和第三機體採用防水塑料製成。

優選的，所述兩個第一葉片分布在第一機體和第二機體的兩側；所述兩個第二葉片分布在第二機體和第三機體的兩側。

優選的，所述基板採用T形結構。

優選的，所述壓電陶瓷片和基板外表面塗有防水塑料。

由於上述技術方案的運用，本發明與現有技術相比具有下列優點：

本發明方案的壓電驅動的水上機器人，其結構簡單，製作成本低、移動靈活的特點，且有快速轉向和調速的功能，滿足了使用需求，具有較強的推廣價值。

附圖說明

附圖1為本發明的結構示意圖；

附圖2為第一葉片的結構示意圖；

附圖3為第一葉片的一階彎振的振型圖；

其中：1、第一機體；2、第二機體；3、第三機體；4、第一葉片；5、第一螺栓；6、第二螺栓；7、第二葉片；8、壓電陶瓷片；9、基材。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。

如附圖1所示的本發明所述的一種壓電驅動的水上機器人，包括第一機體1、第二機體2、第三機體3、第一葉片4、第二葉片7、第一螺栓5、第二螺栓6和信號發生器；所述第一機體1和第二機體2之間通過第一螺栓5相連，且兩者之間還設有兩個第一葉片4；所述第二機體2和第三機體3之間通過第二螺栓6相連，且兩者之間還設有兩個第二葉片7；所述第一葉片4和第二葉片7的結構相同，兩者均由粘貼在一起的壓電陶瓷片8和基板9構成；所述第一機體1和第三機體3內均設有信號發生器，用於將正弦交變電壓分別施加到第一葉片4和第二葉片7上；所述第一機體1、第二機體2和第三機體3採用防水塑料製成；所述兩個第一葉片4分布在第一機體1和第二機體2的兩側；所述兩個第二葉片7分布在第二機體2和第三機體3的兩側；所述基板9採用T形結構；所述壓電陶瓷片8和基板9外表面塗有防水塑料。

第一葉片和第二葉片的結構完全相同，第一葉片的結構如附圖2所示，其包括壓電陶瓷片和基板，基板使用薄的不鏽鋼片製成，壓電陶瓷片和基板外表面塗上薄層防水塑料，其中基板採用T形結構，增大與水的接觸面積，從而提高驅動力。

工作原理如下所述：當本發明在工作時，由於機體密度比水小，漂浮在水面上，第一葉片和第二葉片位於水下，第一機體和第三機體上的信號發生器產生一定頻率的相同輻值的半波正弦交變電壓，然後分別施加在第一葉片和第二葉片的壓電陶瓷片上，該半波正弦交變電壓產生的電場與壓電陶瓷片的極化方向相反，壓電陶瓷片產生收縮，當該交變電壓的頻率與第一葉片以及第二葉片的一階彎振頻率接近時，可激起第一葉片和第二葉片的一階彎振，附圖3所示為第一葉片的一階彎振的振型圖，顯示了第一葉片變形前和變形後的狀態，產生附圖3所示的向壓電陶瓷片一側的彎曲；第一葉片和第二葉片的狀態一致，當第一葉片和第二葉片在水中持續高頻向壓電陶瓷片一側彎曲擺動時，可使本發明向前行運動。

當改變第一機體和第二機體中的半波正弦交變電壓施加在壓電陶瓷片上的電場方向時，該半波正弦交變電壓產生的電場與壓電陶瓷片的極化方向一致，壓電陶瓷片會產生伸張，第一葉片和第二葉片會產生向壓電陶瓷片另一側的彎曲，可使本發明往相反的方向運動。

通過控制第一葉片和第二葉片的彎曲擺動方向，可實現本發明的前進後退。當需要調速時，只需要改變信號發生器產生的一定頻率的半波正弦交變電壓的幅值即可，幅值增大時，第一葉片和第二葉片彎曲擺動的幅度相應增大，本發明的行駛速度便會加快。

本發明的壓電驅動的水上機器人，其結構簡單，製作成本低、移動靈活的特點，且有快速調速的功能，滿足了使用需求，具有較強的推廣價值。

以上僅是本發明的具體應用範例，對本發明的保護範圍不構成任何限制。凡採用等同變換或者等效替換而形成的技術方案，均落在本發明權利保護範圍之內。