[发明专利]一种仿生蝌蚪运动机构及其工作方法

说明书

本发明公开了一种仿生蝌蚪运动机构及其工作方法，仿生蝌蚪包含头部壳体、两个驱动机构、四个圆柱体和尾巴；头部壳体内设有空腔、外壁上设有和空腔相通的通孔；尾巴为连续变截面结构，其在空腔内较粗的一端设有左右对称的第一安装平面和第二安装平面；空腔的上部和下部设有对称的第一凸起和第二凸起；两个驱动机构分别设置在第一凸起的端面、第一安装平面之间和第二凸起的端面、第二安装平面之间，用于配合驱动尾巴左右摆动；驱动机构包含压电叠堆和两个预紧装置。工作时，采用有π/2相位差的两组电信号分别激励两个压电叠堆使其产生伸缩变形，激励尾巴上的质点产生椭圆运动，模拟出蝌蚪游动时尾巴波动运动。本发明结构简单，可实现微型化，控制方便。

技术领域

本发明涉及仿生机器人领域，尤其涉及一种仿生蝌蚪运动机构及其工作方法。

背景技术

近年来，南海局势持续升温，我国在南海领域投入了大量的人力物力，以对复杂多变的局势做出快速反应。但是派遣舰艇巡逻的方式不仅需要大量的国防开支，还做不到无遗漏的全天候信息获取。目前，机器仿生鱼已成为一个研究热点，仿生鱼可以成为一个信息获取的工具，持续地在南海巡逻。现有的仿生鱼技术打过是靠多关节串联的摆尾装置驱动，这种方式控制复杂，仿生鱼重量大，结构大；采用人工肌肉驱动的仿生鱼成本高且控制复杂，以上两种技术都不适于实用。

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涉及到的缺陷，提供一种仿生蝌蚪运动机构及其工作方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种仿生蝌蚪运动机构，包含头部壳体、两个驱动机构、四个圆柱体和尾巴；

所述头部壳体为球形结构，其内设有空腔，其外壁上设有和所述空腔相通用于安装尾巴的通孔；

所述尾巴为连续变截面结构，其较粗的一端设置在头部壳体的空腔内，较细的一端通过所述通孔伸出头部壳体，较粗的一端无法穿过所述通孔，且较粗的一端设有左右对称的第一安装平面和第二安装平面；

所述头部壳体空腔的上部和下部设有对称的第一凸起和第二凸起，所述第一凸起的端面、第二凸起的端面分别对应第一安装平面、第二安装平面；

所述两个驱动机构中的一个设置在第一凸起的端面和第一安装平面之间，另外一个设置在第二凸起的端面和第二安装平面之间，用于配合驱动尾巴左右摆动；

所述驱动机构包含压电叠堆和两个预紧装置；其中，两个预紧装置的一端分别和压电叠堆的两端固定相连，另一端的端面上均设有V形凹槽；所述两个预紧装置用于调整所述压电叠堆的预紧力；

所述第一安装平面、第二安装平面、第一凸起的端面、第二凸起的端面对应所述两个驱动机构中的V形凹槽设有匹配的V形凹槽，使得所述两个驱动机构和第一安装平面、第二安装平面、第一凸起的端面、第二凸起的端面的相接处形成四个菱形空隙；

所述四个圆柱体分别设置在所述四个菱形空隙中，且四个圆柱体的柱面均和其对应菱形空隙的四个平面相抵，用于缓解调整预紧力时驱动机构中压电叠堆受到的切向力作用。

作为本发明一种仿生蝌蚪运动机构进一步的优化方案，所述尾巴在与所述通孔接触处的内侧设有弧形台阶，用于保证所述尾巴在受力时不脱离上述头部壳体。

作为本发明一种仿生蝌蚪运动机构进一步的优化方案，所述预紧装置包含两个楔形块和一个螺栓；

所述两个楔形块的斜面相抵，其中一个楔形块的斜面上设有和预紧装置调节方向垂直的通孔，所述通孔的内壁上设有和所述螺栓相匹配的螺纹；另一个楔形块的斜面沿预紧装置调节方向设有供所述螺栓滑动的滑槽；

所述螺栓穿过所述滑槽和所述通孔螺纹连接，通过调节两个楔形块的斜面进行滑动进而调整预紧装置的长度。