[发明专利]仿乌贼型水下探测器

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下探测机器人，具体是一种仿乌贼型水下探测器。

背景技术

乌贼是一种软体动物，依靠喷射和鳍波动的复合推进方式来实现巡游。在高速巡游状态下，乌贼的推进方式以高推力喷射为主，鳍波动为辅，可实现快速加减速，并在受攻击状态下迅速逃脱；当处于低速游动状态时，乌贼主要依靠鳍波动的推进方式，其中鳍波动推进方式可分为鳍尾缘动作曲线呈“~”形的基于阻力的推进和鳍尾缘动作曲线呈“∧”形的基于升力的推进，而基于阻力的推进方式在乌贼低速游动时效率最高。

乌贼特殊的复合游动方式对于人类探索未知的海洋世界具有重要的借鉴和引导意义。本发明模仿乌贼在低速巡游状态下依靠基于阻力推进的鳍波动方式，提出一种在非轴对称结构体上形成行波传动的方法，设计一种仿乌贼型水下探测器。

发明内容:

本发明旨在发明一种仿乌贼型水下探测器，具有结构简单、噪音低、重量轻、隐身效果好、效率高、运动灵活等特点。

本发明采用的技术方案是：

一种仿乌贼型水下探测器，包括骨架、蒙皮以及探测器件，所述的骨架包括至少5组振动梁，每组振动梁包括上梁、下梁、压电叠堆以及固定螺栓，所述的压电叠堆设置在上梁和下梁之间，在压电叠堆两侧设置所述的固定螺栓用于固定连接所述的上梁和下梁；所述的蒙皮包括上表面蒙皮、下表面蒙皮和前端蒙皮，其中上表面橡胶蒙皮粘贴在上梁的上表面，下表面橡胶蒙皮粘贴在下梁的下表面，同时上表面蒙皮和下表蒙皮在前端位置与前端蒙皮粘贴在一起；所述的探测器件设置在骨架的前端振动梁上；在所述的每组振动梁的压电叠堆上施加振幅和频率相同的交流信号，且相邻两组振动梁上的交流信号相位差为90°。

所述的振动梁从前端向后端长度和截面面积依此递减。

在所述的骨架的前端振动梁上设置有一功能装置，所述的探测器件固定在所述的功能装置上。

所述的骨架为非金属材料制成。

本发明公开的仿乌贼型水下探测器，利用压电叠堆的逆压电效应产生伸缩变形激励梁做弯曲振动，使得梁沿着长度方向的截面上的质点以截面中心线为原点作往复运动，不同长度处的截面质点的振幅不同。根据需要，调节压电叠堆的激励频率可以实现梁的不同阶数的弯曲振动。在压电叠堆的变形方向设置上梁和下梁，充分利用压电叠堆的轴向变形，实现单驱动、无固支、双梁同步弯曲振动。将若干组长度和截面积依次递减的双梁结构依次排列一起构建与乌贼的外套膜形状相似的水下探测器骨架，保证在每组双梁结构上设置的压电叠堆均能使上、下梁激励出相同的振动模式。根据振动梁两端自由的条件，它的固有振型和频率与梁的长度、截面积相关，要保证任意一个梁组均具有相同的振动频率和振型，应使梁的长度与截面积同时减小。将上、下表面橡胶蒙皮按照骨架的形状设计并粘贴在骨架的上下表面，形成水下探测器的外套膜。以五组振动梁作为一个例子，分别施加sin、cos、-sin、-cos、sin的电信号，它们之间的相位差分别为90°，从骨架的两端面观测振动梁的运动呈现行波传动，组成一个完整的行波。上、下表面橡胶蒙皮随着振动梁的运动也做行波传动，即一组又一组的行波接连不断地在上、下表面橡胶蒙皮上运动，因此上、下表面橡胶蒙皮与水作用时，对水产生一个与行波传动方向相同的力，因此水对上、下表面橡胶蒙皮产生一个反作用力推动着探测器向前运动。而乌贼的鳍推进方式与行波传动相同，因此本发明的水下探测器的上、下表面橡胶蒙皮相当于乌贼的鳍。前端橡胶蒙皮采用流线型的结构并粘贴在前端振动梁的前侧面，同时与上、下表面橡胶蒙皮粘贴在一起，最大程度的减少在水中运动所受的水的阻力。探测器件包括功能装置和若干触角，其中功能装置安装在前端橡胶蒙皮上，主要用来安装驱动器、探测器和控制器；而触角设置在功能装置前端，包含工作需求的若干传感器。

本发明具有以下特点：本发明利用压电叠堆的共振或非共振模式来驱动振动梁弯曲振动，使上、下表面橡胶蒙皮沿着一个方向做行波运动，实现了非轴对称结构上的行波传动，并与乌贼依靠鳍低速游动的方式一致，具有结构简单、噪音低、重量轻、效率高、运动灵活等优点；其次，利用非金属材料作为结构件的材质，可以使得探测器在水中实现隐身效果。

附图说明：

图1是仿乌贼型水下探测器的示意图。

图2是单组梁的结构示意图。

图3是双梁在一个周期内的振动情况。

图4 是一组梁列的结构示意图。

图5是仿无贼型探测器的主体结构示意图。

图6是一组梁列的截面示意图。