[发明专利]一种基于压电泵驱动的仿乌贼喷射推进器

说明书

本发明公开了一种基于压电泵驱动的仿乌贼喷射推进器，属于水下机器人领域，包括仿生外套膜、刚性基体、压电泵装置、供电系统，刚性基体为仿乌贼喷射推进器的骨架，压电泵装置是仿乌贼喷射推进器的吸水装置，通过仿生外套膜周期性的膨胀收缩实现仿乌贼喷射推进器的喷射游动，基于智能材料驱动方式还有压电材料驱动，压电泵具有吸水速度及驱动频率较高且可控的优点，提出一种将多个压电泵集成形成的仿乌贼喷射推进器，既可避免压电材料变形量较小的缺点，同时借助压电泵吸水速度高且可控的优点，提高仿乌贼水下无人潜航器的外套膜变形速度的可控性及变形速度，该仿乌贼喷射推进器可实现周期可调，且可控性及变形速度较高。

技术领域

本发明属于水下机器人领域，具体涉及一种基于压电泵驱动的仿乌贼喷射推进器。

背景技术

乌贼游动时喷射推进为主要游动方式，也是仿乌贼喷射推进器的主要研究内容。乌贼的脉冲喷射过程可分为充水和喷射这两个主要的阶段。乌贼充水时，喷嘴闭合，外套膜与漏斗连接处的锁突打开，外套膜膨胀而在外套膜腔内形成负压，水流从开口处进入外套膜腔内实现充水。外套膜腔内充满水后，外套膜和漏斗连接处的锁突闭合，喷嘴口张开，外套膜收缩，将外套膜腔内的水沿着漏斗从喷嘴口中喷出，使乌贼受到与水流方向相反的作用力，从而驱使乌贼运动。喷射完成后，外套膜重新充水，周而复始，实现脉冲喷射推进。

仿乌贼喷射推进器的脉冲喷射推进方式具有水下辐射噪音小（水下辐射噪音接近水体环境噪音）、推进效率高、抗空化能力强等优点。目前仿乌贼喷射推进器的驱动方式以传统电机-机械驱动和智能材料驱动为主，传统电机-机械驱动方式往往噪音较大且结构与控制复杂；智能材料驱动方式主要包括SMA驱动和IPMC驱动：其中SMA驱动的推进速度及推力较大，但SMA的形变需通过加热到一定温度以及散热来实现，变形时间较长且能耗高，续航时间较短，同时也需要外接岸上电源线以实现加热变形；IPMC需要的驱动电压小、能量转换率高、能耗小、续航时间长，但由于采用低电压驱动，输出功率很小，尽管能量的转化效率高，但由于有效功率依然较小，所以游动速度和推力相对较小，同时也需要外接岸上电源线以实现供电。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，提出了一种基于压电泵驱动的仿乌贼喷射推进器，本发明基于智能材料驱动方式还有压电材料驱动，压电泵具有吸水速度及驱动频率较高且可控的优点，本发明是将多个压电泵集成形成的仿乌贼喷射推进器，既可避免压电材料变形量较小的缺点，同时借助压电泵吸水速度高且可控的优点，提高仿乌贼水下无人潜航器的外套膜变形速度的可控性及变形速度，该仿乌贼喷射推进器可实现周期可调，且可控性及变形速度较高。

本发明是这样实现的：

一种基于压电泵驱动的仿乌贼喷射推进器，所述的仿乌贼喷射推进器包括仿生外套膜、刚性基体、压电泵装置、供电系统；仿生外套膜包括柔性蒙皮、柔性蒙皮内部铺设的弹性纤维、压电泵支座及柔性固定环，弹性纤维用于加强柔性蒙皮刚度，压电泵支座用于固定压电泵，通过柔性固定环沿轴向及周向固定在柔性蒙皮上；刚性基体为三段式的结构，其中头部段用于安置供电线，中部段用于连接前后两段，尾部段是锥形喷管，中部段及头部段均为中空以提供浮力，锥形喷管内安装单向阀；压电泵为压电水泵，通过圆形压电振子的往复振动实现吸水与喷水，压电泵安装在压电泵支座上，压电泵的进水管连接胶管从外套膜外吸水，出水管置于外套膜内部，供电线从压电泵接出并紧贴于柔性蒙皮内铺设；供电系统包括压电泵供电线、电源中继器、电源线及岸上电源组成，电源中继器布置在刚性基体头部，压电泵供电线通过端板上的开孔接入头部内的电源中继器，电源中继器接出电源线，电源线从刚性基体头部开孔伸出，并接入岸上电源。