[发明专利]一种压电驱动的机器胸鳍姿态调整系统及其工作方法

说明书

本发明公开了一种压电驱动的机器胸鳍姿态调整系统及其工作方法，该系统包含壳体、压电驱动单元和机器胸鳍；壳体包含支撑部、第一至第四连接辐条、球铰安装座和球铰；压电驱动单元包含金属基体、弹簧螺杆、以及第一至第四压电陶瓷片；机器胸鳍包含连接杆和桨叶。工作时，通过对第一至第四压电陶瓷片施加不同的信号，使机器胸鳍沿z轴做螺旋运动、在zox面上做振荡运动、在zoy面上做振荡运动。本发明为一种鱼类胸鳍仿生系统，结构简单，无密封装置和复杂传动结构，采用压电驱动技术直接驱动，易于实现小型化、轻量化。

技术领域

本发明涉及压电作动和机器胸鳍姿态调整系统领域，尤其涉及一种压电驱动的机器胸鳍姿态调整系统及其工作方法。

背景技术

经过数百万年的自然选择，鱼类已经进化出最适合水下生存的运动方式。鱼类在水中有很好的游泳能力。鱼的运动以其高效率和高机动性而闻名，尤其是在它们转弯、悬停、后退和刹车时。近几十年来，鱼类的运动吸引了许多科学家和工程师进行仿生研究。胸鳍不仅能使鱼在游泳时获得更高的稳定性和柔韧性，而且在悬停时也能保持身体平衡。此外，胸鳍在鱼类游动时也起着重要作用。鱼类胸鳍的形状、结构和运动方式是鱼类获得高性能和高流动性的重要因素。胸鳍在三维空间中以三个自由度运动，分为沿x轴和y轴的摆动和沿z轴的旋转。理解这种运动模式是设计和控制机器胸鳍的一个重要步骤。然而，现有的鱼类胸鳍仿生系统存在许多缺点，例如，结构复杂、控制困难等。

压电作动器利用逆压电效应和摩擦效应来实现驱动功能。使用压电驱动技术将鱼鳍仿生系统设计成无密封的开放性结构，压电驱动元件可以直接在海水下运行。采用压电驱动的鱼鳍仿生系统具有结构简单、工作稳定等优点。

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，提供一种压电驱动的机器胸鳍姿态调整系统及其工作方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种压电驱动的机器胸鳍姿态调整系统，包含壳体、压电驱动单元和机器胸鳍；

所述壳体包含支撑部、第一至第四连接辐条、球铰安装座和球铰；

所述球铰包含球壳和球体，所述球壳为沿其轴线设有通孔的圆柱体，其内设有和所述球体相匹配的球形腔体；所述球体设置在球壳内的腔体中，能够自由转动，且球体沿球壳轴线设有螺纹通孔；

所述球铰安装座呈圆柱状，其沿轴线设有用于安装所述球铰的通孔；所述球壳固定在所述球铰安装座的通孔中、和球铰安装座同轴；

所述第一至第四连接辐条为相同的U形结构，均包含两条侧边以及两端分别和两条侧边垂直固连的底边；

所述支撑部主体为圆柱体，和所述球铰安装座同轴；所述第一至第四连接辐条周向均匀设置在所述支撑部、球铰安装座之间，一端和所述支撑部的侧壁固连，另一端和所述球铰安装座的侧壁固连，且第一至第四连接辐条的底边均平行于所述支撑部的轴线；

所述支撑部靠近球铰安装座的端面上设有半球形凹槽，该半球形凹槽和支撑部同轴；

所述机器胸鳍包含连接杆和桨叶，所述连接杆一端和所述桨叶的尾部同轴固连；

所述压电驱动单元包含金属基体、螺杆、弹簧、以及第一至第四压电陶瓷片；

所述金属基体包含驱动部和承载部；所述承载部为实心长方体，包含四个侧壁和两个端壁；所述驱动部为实心四棱锥，其底面和所述承载部的一个端壁对应固连、顶端设有驱动足；所述驱动部和承载部同轴；

所述金属基体在其承载部远离驱动部的端壁中心沿其轴线设有盲孔；

所述第一至第四压电陶瓷片分别设置在所述承载部的四个侧壁的外壁上，均沿厚度方向极化，极化方向均朝外或均朝内；