本實用新型涉及仿生機器人領(lǐng)域，尤其涉及一種仿生蝌蚪運動機構(gòu)。

背景技術(shù)：

近年來，南海局勢持續(xù)升溫，我國在南海領(lǐng)域投入了大量的人力物力，以對復(fù)雜多變的局勢做出快速反應(yīng)。但是派遣艦艇巡邏的方式不僅需要大量的國防開支，還做不到無遺漏的全天候信息獲取。目前，機器仿生魚已成為一個研究熱點，仿生魚可以成為一個信息獲取的工具，持續(xù)地在南海巡邏?，F(xiàn)有的仿生魚技術(shù)打過是靠多關(guān)節(jié)串聯(lián)的擺尾裝置驅(qū)動，這種方式控制復(fù)雜，仿生魚重量大，結(jié)構(gòu)大；采用人工肌肉驅(qū)動的仿生魚成本高且控制復(fù)雜，以上兩種技術(shù)都不適于實用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對背景技術(shù)中所涉及到的缺陷，提供一種仿生蝌蚪運動機構(gòu)。

本實用新型為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

一種仿生蝌蚪運動機構(gòu)，包含頭部殼體、兩個驅(qū)動機構(gòu)、四個圓柱體和尾巴；

所述頭部殼體為球形結(jié)構(gòu)，其內(nèi)設(shè)有空腔，其外壁上設(shè)有和所述空腔相通用于安裝尾巴的通孔；

所述尾巴為連續(xù)變截面結(jié)構(gòu)，其較粗的一端設(shè)置在頭部殼體的空腔內(nèi)，較細的一端通過所述通孔伸出頭部殼體，較粗的一端無法穿過所述通孔，且較粗的一端設(shè)有左右對稱的第一安裝平面和第二安裝平面；

所述頭部殼體空腔的上部和下部設(shè)有對稱的第一凸起和第二凸起，所述第一凸起的端面、第二凸起的端面分別對應(yīng)第一安裝平面、第二安裝平面；

所述兩個驅(qū)動機構(gòu)中的一個設(shè)置在第一凸起的端面和第一安裝平面之間，另外一個設(shè)置在第二凸起的端面和第二安裝平面之間，用于配合驅(qū)動尾巴左右擺動；

所述驅(qū)動機構(gòu)包含壓電疊堆和兩個預(yù)緊裝置；其中，兩個預(yù)緊裝置的一端分別和壓電疊堆的兩端固定相連，另一端的端面上均設(shè)有V形凹槽；所述兩個預(yù)緊裝置用于調(diào)整所述壓電疊堆的預(yù)緊力；

所述第一安裝平面、第二安裝平面、第一凸起的端面、第二凸起的端面對應(yīng)所述兩個驅(qū)動機構(gòu)中的V形凹槽設(shè)有匹配的V形凹槽，使得所述兩個驅(qū)動機構(gòu)和第一安裝平面、第二安裝平面、第一凸起的端面、第二凸起的端面的相接處形成四個菱形空隙；

所述四個圓柱體分別設(shè)置在所述四個菱形空隙中，且四個圓柱體的柱面均和其對應(yīng)菱形空隙的四個平面相抵，用于緩解調(diào)整預(yù)緊力時驅(qū)動機構(gòu)中壓電疊堆受到的切向力作用。

作為本實用新型一種仿生蝌蚪運動機構(gòu)進一步的優(yōu)化方案，所述尾巴在與所述通孔接觸處的內(nèi)側(cè)設(shè)有弧形臺階，用于保證所述尾巴在受力時不脫離上述頭部殼體。

作為本實用新型一種仿生蝌蚪運動機構(gòu)進一步的優(yōu)化方案，所述預(yù)緊裝置包含兩個楔形塊和一個螺栓；

所述兩個楔形塊的斜面相抵，其中一個楔形塊的斜面上設(shè)有和預(yù)緊裝置調(diào)節(jié)方向垂直的通孔，所述通孔的內(nèi)壁上設(shè)有和所述螺栓相匹配的螺紋；另一個楔形塊的斜面沿預(yù)緊裝置調(diào)節(jié)方向設(shè)有供所述螺栓滑動的滑槽；

所述螺栓穿過所述滑槽和所述通孔螺紋連接，通過調(diào)節(jié)兩個楔形塊的斜面進行滑動進而調(diào)整預(yù)緊裝置的長度。

作為本實用新型一種仿生蝌蚪運動機構(gòu)進一步的優(yōu)化方案，所述頭部殼體采用金屬或玻璃鋼制成。

作為本實用新型一種仿生蝌蚪運動機構(gòu)進一步的優(yōu)化方案，所述尾巴呈扁平狀。

本實用新型還公開了一種基于該仿生蝌蚪運動機構(gòu)的工作方法，其特征在于，包含以下具體步驟：

采用有π/2相位差的兩組電信號分別激勵所述兩個驅(qū)動機構(gòu)中的壓電疊堆，使其產(chǎn)生伸縮變形，激勵尾巴上的質(zhì)點做橢圓運動，從而在上述尾巴產(chǎn)生一個彎曲行波；

由于水對尾巴振動的阻尼作用，大大減弱了尾巴末端的行波反射可避免駐波的形成，從而模擬出蝌蚪游動時尾巴波動運動；

通過改變電壓大小改變游動速度、改變兩相信號的電壓差實現(xiàn)空間360度運動。

本實用新型采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

1. 結(jié)構(gòu)簡單，便于小型化；

2. 控制方式簡單，有廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型中頭部殼體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實用新型中預(yù)緊裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實用新型中預(yù)緊裝置裝配與調(diào)節(jié)預(yù)緊力的原理圖；

圖5是本實用新型中尾巴的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1-頭部殼體，2-圓柱體，3-壓電疊堆，4-預(yù)緊裝置，5-尾巴，6-V形凹槽。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細說明：

如圖1所示，本實用新型公開了一種仿生蝌蚪運動機構(gòu)，包含頭部殼體、兩個驅(qū)動機構(gòu)、四個圓柱體和尾巴。

如圖2所示，頭部殼體為球形結(jié)構(gòu)，其內(nèi)設(shè)有空腔，其外壁上設(shè)有和空腔相通用于安裝尾巴的通孔。

頭部殼體可以采用任何形式的空腔結(jié)構(gòu)，材料可為任何強度足夠的材料，例如金屬或玻璃鋼。

尾巴為連續(xù)變截面結(jié)構(gòu)，其較粗的一端設(shè)置在頭部殼體的空腔內(nèi)，較細的一端通過通孔伸出頭部殼體，較粗的一端無法穿過通孔，且較粗的一端設(shè)有左右對稱的第一安裝平面和第二安裝平面。

頭部殼體空腔的上部和下部設(shè)有對稱的第一凸起和第二凸起，第一凸起的端面、第二凸起的端面分別對應(yīng)第一安裝平面、第二安裝平面；

兩個驅(qū)動機構(gòu)中的一個設(shè)置在第一凸起的端面和第一安裝平面之間，另外一個設(shè)置在第二凸起的端面和第二安裝平面之間，用于配合驅(qū)動尾巴左右擺動；

驅(qū)動機構(gòu)包含壓電疊堆和兩個預(yù)緊裝置；其中，兩個預(yù)緊裝置的一端分別和壓電疊堆的兩端固定相連，另一端的端面上均設(shè)有V形凹槽；兩個預(yù)緊裝置用于調(diào)整壓電疊堆的預(yù)緊力；

第一安裝平面、第二安裝平面、第一凸起的端面、第二凸起的端面對應(yīng)兩個驅(qū)動機構(gòu)中的V形凹槽設(shè)有匹配的V形凹槽，使得兩個驅(qū)動機構(gòu)和第一安裝平面、第二安裝平面、第一凸起的端面、第二凸起的端面的相接處形成四個菱形空隙；

四個圓柱體分別設(shè)置在四個菱形空隙中，且四個圓柱體的柱面均和其對應(yīng)菱形空隙的四個平面相抵，用于緩解調(diào)整預(yù)緊力時驅(qū)動機構(gòu)中壓電疊堆受到的切向力作用。

如圖3所示，預(yù)緊裝置包含兩個楔形塊和一個螺栓；兩個楔形塊的斜面相抵，其中一個楔形塊的斜面上設(shè)有和預(yù)警裝置調(diào)節(jié)方向垂直的通孔，通孔的內(nèi)壁上設(shè)有和螺栓相匹配的螺紋；另一個楔形塊的斜面沿預(yù)警裝置調(diào)節(jié)方向設(shè)有供螺栓滑動的滑槽；螺栓穿過滑槽和通孔螺紋連接。

調(diào)節(jié)螺栓可以使兩個楔形塊沿著斜面產(chǎn)生相對滑動，從而改變預(yù)緊裝置的長度，以此可以改變預(yù)緊力。

如圖4所示，驅(qū)動機構(gòu)中，壓電疊堆設(shè)置在兩個預(yù)緊裝置之間，四個圓柱體分別設(shè)置對應(yīng)的四個V形凹槽中，以緩解改變預(yù)緊力時壓電疊堆受到的切向力作用。

尾巴由可傳播振動的材料制成，例如金屬。尾巴呈扁平狀，為連續(xù)變截面結(jié)構(gòu)，越遠離頭部截面越小

尾巴在與所述通孔接觸處的內(nèi)側(cè)設(shè)有弧形臺階，使得尾巴較粗的一端扣在頭部殼體的內(nèi)側(cè)，以保證尾巴在受到X軸正向力時不脫離頭部頭部殼體，尾巴結(jié)構(gòu)如圖5所示。

仿生蝌蚪以硅膠方式密封。頭部殼體中剩余空間可放置其他附件已實現(xiàn)不同功能，例如攝像頭、紅外探測器、小型聲吶系統(tǒng)等。

兩個壓電疊堆安裝時呈一定角度，采用兩組有π/2相位差的電信號激勵。壓電疊堆在受到電信號激勵時會產(chǎn)生伸縮變形，因為兩組電信號之間有π/2相位差且兩個壓電疊堆之間有一定角度，尾巴上的質(zhì)點受到激勵產(chǎn)生橢圓運動（如圖5中所示），橢圓運動隨尾巴傳播，從而產(chǎn)生一個行波。因為水對尾巴振動的阻尼作用，大大減弱了尾巴末端的行波反射避免駐波的產(chǎn)生，從而模擬出蝌蚪游動時尾巴波動運動。通過改變電壓大小可改變游動速度，改變兩相信號的電壓差可實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語（包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語）具有與本實用新型所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。

以上所述的具體實施方式，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施方式而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。