一种压电驱动的船体吸附行走机器人及其工作方法

1.本发明涉及压电驱动技术和深海作业装备领域，尤其涉及一种压电驱动的船体吸附行走机器人及其工作方法。


背景技术：

2.但海水的强腐蚀性和海洋生物的强附着力，使得核潜艇壁面会附着各种贝类和产生锈蚀。若能在保证隐蔽性的前提下，在深海适时对核潜艇外壁面开展巡查、维护作业，可以有效保证核潜艇安全运行，延长出海巡航时间。此外，对于各类水面舰艇，及时的巡查、维护船体，也可减少燃料消耗，加快航速、保证安全。然而，现有的水下机器人存在深海高压环境下机体及驱动电机密封困难、体积大等问题。
3.压电驱动是一种利用压电陶瓷的逆压电效应激励定子产生微幅振动，并通过定子和转子间的摩擦传动实现转子宏观转动的驱动方式。在深海环境运用压电驱动技术时，可以将压电作动器设计成完全开放式结构，只需在特定部位涂胶绝缘处理，不存在深海高压密封问题。压电作动器无需传动机构，有利于小型化。此外，深海低温环境有利于降低压电作动器高频振动带来的温升效应，可以进一步提高系统可靠性。


技术实现要素：

4.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船体吸附行走机器人及其工作方法。
5.本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种压电驱动的船体吸附行走机器人，包含第一行走组件、第二行走组件和连接杆；所述第一行走组件、第二行走组件结构相同，均包含第一电磁吸附足、第二电磁吸附足、运动转换机构和压电驱动机构；所述第一电磁吸附足、第二电磁吸附足结构相同，均包含直流电磁铁、外筒、沉头螺栓、第一圆柱销和第二圆柱销；所述直流电磁铁为圆柱体，其一个端面中心设有用于和所述沉头螺栓相配合的螺纹盲孔，另一个端面能够产生沿轴线方向吸附力；所述外筒为两端开口的空心圆柱体，其侧壁上设有用于和所述沉头螺栓相配合的沉头通孔；所述沉头螺栓由内至外穿过外筒上的沉头通孔后和所述直流电磁铁上的螺纹盲孔螺纹相连，将直流电磁铁固定在所述外筒的外壁上，使得直流电磁铁的轴线垂直于外筒的轴线；所述外筒的侧壁上还对称设有第一安装孔、第二安装孔，所述第一安装孔的轴线垂直于直流电磁铁的轴线；所述第一圆柱销、第二圆柱销分别设置在第一安装孔、第二安装孔中，对称设置，
均和外筒固连，且均在外筒的内壁上凸起；所述运动转换机构包含第一运动柱、第二运动柱和传动轴；所述第一运动柱、第二运动柱结构相同，均为圆柱体，其侧壁上设有首尾相连的限位凹槽；所述限位凹槽的轨迹展开图为两个周期的正弦曲线，每个周期的长度为π、包含一个波峰和一个波谷，且波峰和波谷的高度均为x；所述传动轴一端和所述第一运动柱同轴固连，另一端和第二运动柱同轴固连，使得第一运动柱、第二运动柱对称设置；所述第一运动柱设置在第一电磁吸附足的外筒中，第一运动柱的外壁和第一电磁吸附足的外筒间隙配合，第一电磁吸附足的第一圆柱销、第二圆柱销均伸入第一运动柱的限位凹槽中，第一运动柱相对第一电磁吸附足的外筒转动时，第一电磁吸附足的第一圆柱销、第二圆柱销和第一运动柱的限位凹槽相配合，使得第一运动柱能够在轴向上和第一电磁吸附足的外筒相对运动；所述第二运动柱设置在第二电磁吸附足的外筒中，第二运动柱的外壁和第二电磁吸附足的外筒间隙配合，第二电磁吸附足的第一圆柱销、第二圆柱销均伸入第二运动柱的限位凹槽中，第二运动柱相对第二电磁吸附足的外筒转动时，第二电磁吸附足的第一圆柱销、第二圆柱销和第二运动柱的限位凹槽相配合，使得第二运动柱能够在轴向上和第二电磁吸附足的外筒相对运动；所述压电驱动机构包含第一定子、第二定子、第一转子、第二转子、第一压电陶瓷模块、第二压电陶瓷模块、第一预压力螺母、第二预压力螺母、第一预压力弹簧、第二预压力弹簧、连接环和螺纹管；所述传动轴上设有对称的第一外螺纹、第二外螺纹；所述螺纹管内壁光滑，外壁设有螺纹，套在第一外螺纹、第二外螺纹之间的传动轴上，和传动轴间隙配合，能够相对传动轴自由转动；所述第一定子、第二定子结构相同，均为一端开口、另一端封闭的空心圆柱体，封闭端的中心均设有用于和所述螺纹管相配合的螺纹孔，外壁均周向设有若干等距的螺旋斜槽；所述第一压电陶瓷模块、第二压电陶瓷模块结构相同，均包含2y个压电陶瓷片和2y+1个电极片，y为大于等于1的自然数，其中，所述压电陶瓷片、电极片均呈圆环状，2y+1个电极片和2y个压电陶瓷片依次交替层叠，使得每个压电陶瓷片均位于两个电极片之间；所述压电陶瓷片沿厚度方向极化，相邻压电陶瓷片极化方向相反；所述连接环呈圆环状，其外壁设有连接柄；所述连接柄指向连接环的中心、内端和连接环的外壁固连；所述第一定子、第二定子均通过其封闭端的螺纹孔和螺纹管螺纹相连，依次将套在螺纹管上的第一压电陶瓷模块、连接环、第二压电陶瓷模块夹紧在第一定子的封闭端、第二定子的封闭端之间，使得第一定子、第一压电陶瓷模块、连接环、第二压电陶瓷模块、第二定子同轴，且第一定子、第二定子对称，第一压电陶瓷模块、第二压电陶瓷模块对称；所述第一转子、第二转子对称设置，第一转子和第一定子的开口端相抵，第二转子和第二定子的开口端相抵；第一转子、第二转子均通过键和所述传动轴相连，使得第一转子、第二转子能够在传动轴的轴向上相对传动轴自由滑动，且第一转子、第二转子在传动轴
的周向上相对传动轴不能转动；所述第一预压力螺母、第二预压力螺母分别通过第一外螺纹、第二外螺纹和所述传动轴螺纹相连；所述第一预压力弹簧套在第一预压力螺纹和第一转子之间的传动轴上，一端和第一预压力螺母相抵，另一端和第一转子相抵；所述第二预压力弹簧套在第二预压力螺纹和第二转子之间的传动轴上，一端和第二预压力螺母相抵，另一端和第二转子相抵；所述连接杆一端和所述第一行走组件中连接柄远离连接环的一端铰接，另一端和和所述第二行走组件中连接柄远离连接环的一端铰接；第一行走组件中第一电磁吸附足的直流电磁铁的轴线和第二行走组件中第一电磁吸附足的直流电磁铁的轴线平行；第一行走组件第一电磁吸附足、第二行走组件的第一电磁吸附足在连接杆的同侧；第一行走组件中第一压电陶瓷模块的第1个压电陶瓷片的极化方向和第二行走组件中第一压电陶瓷模块的第1个压电陶瓷片的极化方向相同；且第一行走组件中第一圆柱销在限位凹槽中的位置和第二行走组件中第一圆柱销在限位凹槽中的位置相差1/2个周期。
6.作为本发明一种压电驱动的船体吸附行走机器人进一步的优化方案，第一压电陶瓷模块、第二压电陶瓷模块中的压电陶瓷片的表面均涂有dp460环氧胶水。
7.作为本发明一种压电驱动的船体吸附行走机器人进一步的优化方案，所述第一定子、第二定子和螺纹管旋合处采用dp460环氧胶水密封。
8.作为本发明一种压电驱动的船体吸附行走机器人进一步的优化方案，所述外筒的侧壁上还设有用于观察的通孔。
9.本发明还公开了一种该压电驱动的船体吸附行走机器人的工作方式，包含如下步骤：对于第一行走组件的第一压电陶瓷模块、第二压电陶瓷模块以及第二行走组件中的第一压电陶瓷模块、第二压电陶瓷模块，均将其第2j+1个电极片接地，并对第2j个电极片施加第一电信号，j为大于等于1小于等于y的自然数；所述第一电信号为交流谐波信号；在第一电信号激励下，第一行走组件、第二行走组件中，压电驱动机构驱动运动转换机构中的传动轴转动，使得船体吸附行走机器人前进，具体如下：当传动轴从0
°
转动至45
°
时，第一行走组件执行过程1，第二行走组件执行过程2；当传动轴从45
°
转动至90
°
时，第一行走组件执行过程2，第二行走组件执行过程1；当传动轴从90
°
转动至135
°
时，第一行走组件执行过程2，第二行走组件执行过程1；当传动轴从135
°
转动至180
°
时，第一行走组件执行过程1；第二行走组件执行过程2；过程1：第二电磁吸附足的直流电磁铁通电吸附固定，第一电磁吸附足的直流电磁铁断电，此时，第一电磁吸附足向第二电磁吸附足靠近2x距离；过程2：第一电磁吸附足的直流电磁铁通电吸附固定，第二电磁吸附足的直流电磁铁断电，此时，第二电磁吸附足向第一电磁吸附足远离2x距离。
10.本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1．无密封装置，允许海水进入空腔，可耐深海高压；2．采用压电驱动技术，省去复杂传动装置，易于小型化，行动不易受空间限制，便于携带；
3.采用的足式行走步态保证时刻有对角两个电磁吸附足通电吸附固定，行走时稳定性高，适用于大角度倾斜等姿态，抗倾覆能力强。
附图说明
11.图1是本发明的结构示意图；图2是本发明中第一行走组件的第一电磁吸附足的结构示意图；图3是本发明中运动转换机构的结构示意图；图4是本发明中压电驱动机构和传动轴相配合的结构示意图；图5是本发明在一个直线前进运动周期内的步态示意图；图6是本发明中第一行走组件的第一压电陶瓷模块中电极片的布置和激励信号示意图；图7是本发明中压电驱动单元一阶纵振和二阶扭振耦合模态中结构伸长时的示意图；图8是本发明中压电驱动单元一阶纵振和二阶扭振耦合模态中结构缩短时的示意图；图9是本发明中一个振动周期内压电驱动单元和转子的接触示意图；图10是本发明中限位凹槽的轨迹展开图；图11是本发明中第一至第二运动转换机构运动起始状态示意图；图12是本发明中第一运动转换机构、第三电磁吸附足、第四电磁吸附足在一个转动周期内的运动示意图；图13是本发明中第二运动转换机构、第一电磁吸附足、第二电磁吸附足在一个转动周期内的运动示意图。
12.图中，1-第二行走组件的第一电磁吸附足，2-第一行走组件的第一电磁吸附足，3-第一行走组件的第二电磁吸附足，4-第一行走组件的第二电磁吸附足，5-第二运动转换机构，6-第一运动转换机构，7-第一压电驱动机构，8-第二压电驱动机构，9-连接杆，2.1-直流电磁铁，2.2-外筒，2.3第一圆柱销，2.4-第二圆柱销，3.1-第一运动柱，3.2-第二运动柱，3.3-传动轴，4.1-第一预压力螺母，4.2-第一预压力弹簧，4.3-第一转子，4.4-第一定子，4.5-第二压电陶瓷模块，4.6-第一压电陶瓷模块，4.7-连接环，4.8-第二定子，4.9-第二转子，4.10-第二预压力弹簧，4.11第二预压力螺母，4.12-螺纹管。
实施方式
13.下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
14.应当理解，尽管这里可以使用术语第一、第二、第三等描述各个元件、组件和/或部分，但这些元件、组件和/或部分不受这些术语限制。这些术语仅仅用于将元件、组件和/或部分相互区分开来。因此，下面讨论的第一元件、组件和/或部分在不背离本发明教学的前提下可以成为第二元件、组件或部分。
15.如图1所示，本发明公开了一种压电驱动的船体吸附行走机器人，其特征在于，包含第一行走组件、第二行走组件和连接杆；所述第一行走组件、第二行走组件结构相同，均包含第一电磁吸附足、第二电磁吸附足、运动转换机构和压电驱动机构；如图2所示，所述第一电磁吸附足、第二电磁吸附足结构相同，均包含直流电磁铁、外筒、沉头螺栓、第一圆柱销和第二圆柱销；所述直流电磁铁为圆柱体，其一个端面中心设有用于和所述沉头螺栓相配合的螺纹盲孔，另一个端面能够产生沿轴线方向吸附力；所述外筒为两端开口的空心圆柱体，其侧壁上设有用于和所述沉头螺栓相配合的沉头通孔；所述沉头螺栓由内至外穿过外筒上的沉头通孔后和所述直流电磁铁上的螺纹盲孔螺纹相连，将直流电磁铁固定在所述外筒的外壁上，使得直流电磁铁的轴线垂直于外筒的轴线；所述外筒的侧壁上还对称设有第一安装孔、第二安装孔，所述第一安装孔的轴线垂直于直流电磁铁的轴线；所述第一圆柱销、第二圆柱销分别设置在第一安装孔、第二安装孔中，对称设置，均和外筒固连，且均在外筒的内壁上凸起；如图3所示，所述运动转换机构包含第一运动柱、第二运动柱和传动轴；所述第一运动柱、第二运动柱结构相同，均为圆柱体，其侧壁上设有首尾相连的限位凹槽；所述限位凹槽的轨迹展开图为两个周期的正弦曲线，每个周期的长度为π、包含一个波峰和一个波谷，且波峰和波谷的高度均为x，如图10所示；所述传动轴一端和所述第一运动柱同轴固连，另一端和第二运动柱同轴固连，使得第一运动柱、第二运动柱对称设置；所述第一运动柱设置在第一电磁吸附足的外筒中，第一运动柱的外壁和第一电磁吸附足的外筒间隙配合，第一电磁吸附足的第一圆柱销、第二圆柱销均伸入第一运动柱的限位凹槽中，第一运动柱相对第一电磁吸附足的外筒转动时，第一电磁吸附足的第一圆柱销、第二圆柱销和第一运动柱的限位凹槽相配合，使得第一运动柱能够在轴向上和第一电磁吸附足的外筒相对运动；所述第二运动柱设置在第二电磁吸附足的外筒中，第二运动柱的外壁和第二电磁吸附足的外筒间隙配合，第二电磁吸附足的第一圆柱销、第二圆柱销均伸入第二运动柱的限位凹槽中，第二运动柱相对第二电磁吸附足的外筒转动时，第二电磁吸附足的第一圆柱销、第二圆柱销和第二运动柱的限位凹槽相配合，使得第二运动柱能够在轴向上和第二电磁吸附足的外筒相对运动；如图4所示，所述压电驱动机构包含第一定子、第二定子、第一转子、第二转子、第一压电陶瓷模块、第二压电陶瓷模块、第一预压力螺母、第二预压力螺母、第一预压力弹簧、第二预压力弹簧、连接环和螺纹管；所述传动轴上设有对称的第一外螺纹、第二外螺纹；所述螺纹管内壁光滑，外壁设有螺纹，套在第一外螺纹、第二外螺纹之间的传动轴上，和传动轴间隙配合，能够相对传动轴自由转动；
所述第一定子、第二定子结构相同，均为一端开口、另一端封闭的空心圆柱体，封闭端的中心均设有用于和所述螺纹管相配合的螺纹孔，外壁均周向设有若干等距的螺旋斜槽；所述第一压电陶瓷模块、第二压电陶瓷模块结构相同，均包含2y个压电陶瓷片和2y+1个电极片，y为大于等于1的自然数，其中，所述压电陶瓷片、电极片均呈圆环状，2y+1个电极片和2y个压电陶瓷片依次交替层叠，使得每个压电陶瓷片均位于两个电极片之间；所述压电陶瓷片沿厚度方向极化，相邻压电陶瓷片极化方向相反；所述连接环呈圆环状，其外壁设有连接柄；所述连接柄指向连接环的中心、内端和连接环的外壁固连；所述第一定子、第二定子均通过其封闭端的螺纹孔和螺纹管螺纹相连，依次将套在螺纹管上的第一压电陶瓷模块、连接环、第二压电陶瓷模块夹紧在第一定子的封闭端、第二定子的封闭端之间，使得第一定子、第一压电陶瓷模块、连接环、第二压电陶瓷模块、第二定子同轴，且第一定子、第二定子对称，第一压电陶瓷模块、第二压电陶瓷模块对称；所述第一转子、第二转子对称设置，第一转子和第一定子的开口端相抵，第二转子和第二定子的开口端相抵；第一转子、第二转子均通过键和所述传动轴相连，使得第一转子、第二转子能够在传动轴的轴向上相对传动轴自由滑动，且第一转子、第二转子在传动轴的周向上相对传动轴不能转动；所述第一预压力螺母、第二预压力螺母分别通过第一外螺纹、第二外螺纹和所述传动轴螺纹相连；所述第一预压力弹簧套在第一预压力螺纹和第一转子之间的传动轴上，一端和第一预压力螺母相抵，另一端和第一转子相抵；所述第二预压力弹簧套在第二预压力螺纹和第二转子之间的传动轴上，一端和第二预压力螺母相抵，另一端和第二转子相抵；所述连接杆一端和所述第一行走组件中连接柄远离连接环的一端铰接，另一端和和所述第二行走组件中连接柄远离连接环的一端铰接；第一行走组件中第一电磁吸附足的直流电磁铁的轴线和第二行走组件中第一电磁吸附足的直流电磁铁的轴线平行；第一行走组件第一电磁吸附足、第二行走组件的第一电磁吸附足在连接杆的同侧；第一行走组件中第一压电陶瓷模块的第1个压电陶瓷片的极化方向和第二行走组件中第一压电陶瓷模块的第1个压电陶瓷片的极化方向相同；如图11所示，第一行走组件中第一圆柱销在限位凹槽中的位置和第二行走组件中第一圆柱销在限位凹槽中的位置相差1/2个周期。
16.第一压电陶瓷模块、第二压电陶瓷模块中的压电陶瓷片的表面均涂有dp460环氧胶水；第一定子、第二定子和螺纹管旋合处采用dp460环氧胶水密封。
17.所述外筒的侧壁上还设有用于观察的通孔。
18.本发明还公开了一种该压电驱动的船体吸附行走机器人的工作方式，包含如下步骤：如图6所示，对于第一行走组件的第一压电陶瓷模块、第二压电陶瓷模块以及第二行走组件中的第一压电陶瓷模块、第二压电陶瓷模块，均将其第2j+1个电极片接地，并对第2j个电极片施加第一电信号，j为大于等于1小于等于y的自然数；所述第一电信号为交流谐波信号；
在第一电信号激励下，第一行走组件和第二行走组件的传动轴产生转动，具体如下：如图7、图8所示：第一和第二行走组件中，第一和第二压电陶瓷模块伸长时，所述第一定子和第二定子的开口端面同时产生伸长运动和正视于开口端面时顺时针方向的扭转运动；当第一和第二压电陶瓷模块缩短时，所述第一定子和第二定子的开口端面同时产生缩短运动和正视于开口端面时逆时针方向的扭转运动；运动叠加之下，第一定子和第二定子的开口端面质点振动呈现椭圆轨迹；如图9所示，一个振动周期内，在椭圆轨迹上升阶段，第一定子、第二定子分别与第一转子、第二转子接触，通过摩擦传递扭转，在椭圆轨迹下降阶段，第一定子、第二定子分别与第一转子、第二转子脱离；高频往复作用下，第一转子和第二转子表现为宏观上同步的旋转运动；传动轴在第一转子和第二转子带动下旋转；第一行走组件、第二行走组件中，压电驱动机构驱动运动转换机构中的传动轴转动，使得船体吸附行走机器人前进，具体如下：如图5所示，当传动轴从0
°
转动至45
°
时，第一行走组件执行过程1，第二行走组件执行过程2；当传动轴从45
°
转动至90
°
时，第一行走组件执行过程2，第二行走组件执行过程1；当传动轴从90
°
转动至135
°
时，第一行走组件执行过程2，第二行走组件执行过程1；当传动轴从135
°
转动至180
°
时，第一行走组件执行过程1；第二行走组件执行过程2；过程1：第二电磁吸附足的直流电磁铁通电吸附固定，第一电磁吸附足的直流电磁铁断电，此时，第一电磁吸附足向第二电磁吸附足靠近2x距离；过程2：第一电磁吸附足的直流电磁铁通电吸附固定，第二电磁吸附足的直流电磁铁断电，此时，第二电磁吸附足向第一电磁吸附足远离2x距离。
19.第一、第二行走组件运动时相互之间不产生相对位移 ，从而压电驱动机构之间也不产生相对位移，同步前进；整体结构呈现周期性直线前进步态，每个直线前进步态周期包含四步，依次执行过程1、过程2、过程2、过程1。一个周期结束后，各部件相对位置回复至初始状态，机器人总体前进4x距离。
20.如图13所示，第一行走组件在一个转动周期内的运动分为四步，每步旋转45
°
；其中，第一步：第二电磁吸附足的直流电磁铁通电吸附固定，第一电磁吸附足的直流电磁铁断电，第一行走组件的运动转换机构旋转45
°
后相对第二电磁吸附足前进x距离，第一电磁吸附足相对第一行走组件的运动转换机构前进x距离，叠加后，第一电磁吸附足实际前进2x距离；第二步：第一电磁吸附足的直流电磁铁通电吸附固定，第二电磁吸附足的直流电磁铁断电，第一行走组件的运动转换机构旋转45
°
后相对第一电磁吸附足前进x距离，第二电磁吸附足相对第一行走组件的运动转换机构前进x距离，叠加后，第二电磁吸附足实际前进2x距离；第三步：第一电磁吸附足的直流电磁铁保持通电固定，第二电磁吸附足的直流电磁铁保持断电，第一行走组件的运动转换机构旋转45
°
后相对第一电磁吸附足前进x距离，第二电磁吸附足相对第一行走组件的运动转换机构前进x距离，叠加后，第二电磁吸附足实际前进2x距离；第四步：第二电磁吸附足的直流电磁铁通电吸附固定，第一吸附足的直流电磁铁断电，第一行走组件的运动转换机构旋转45
°
后相对第二电磁吸附足前进x距离，第一电磁吸附足相对第一行走组件的运动转换机构前进x距离，叠加后，第一电磁吸附足实际前进2x距离，此时各部件相对位置回复至初始状态，第一行走组件总体前进4x距离；如图12所示，第二行走组件的运动转换机构在一个转动周期内的运动分为四步，
每步旋转45
°
；其中，第一步：第一电磁吸附足的直流电磁铁通电吸附固定，第二电磁吸附足的直流电磁铁断电，第二行走组件的运动转换机构旋转45
°
后相对第一电磁吸附足前进x距离，第二电磁吸附足相对第二行走组件的运动转换机构前进x距离，叠加后，第二电磁吸附足实际前进2x距离；第二步：第二电磁吸附足的直流电磁铁通电吸附固定，第一电磁吸附足的直流电磁铁断电，第二行走组件的运动转换机构旋转45
°
后相对第二电磁吸附足前进x距离，第一电磁吸附足相对第二行走组件的运动转换机构前进x距离，叠加后，第一电磁吸附足实际前进2x距离；第三步：第二电磁吸附足的直流电磁铁保持通电固定，第一电磁吸附足的直流电磁铁保持断电，第二行走组件的运动转换机构旋转45
°
后相对第二电磁吸附足前进x距离，第一电磁吸附足相对第二行走组件的运动转换机构前进x距离，叠加后，第一电磁吸附足实际前进2x距离；第四步：第一电磁吸附足的直流电磁铁通电吸附固定，第二电磁吸附足的直流电磁铁断电，第二行走组件的运动转换机构旋转45
°
后相对第一电磁吸附足前进x距离，第二电磁吸附足相对第二行走组件的运动转换机构前进x距离，叠加后，第二电磁吸附足实际前进2x距离，此时各部件相对位置回复至初始状态，第二行走组件总体前进4x距离。
21.本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
22.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种压电驱动的船体吸附行走机器人，其特征在于，包含第一行走组件、第二行走组件和连接杆；所述第一行走组件、第二行走组件结构相同，均包含第一电磁吸附足、第二电磁吸附足、运动转换机构和压电驱动机构；所述第一电磁吸附足、第二电磁吸附足结构相同，均包含直流电磁铁、外筒、沉头螺栓、第一圆柱销和第二圆柱销；所述直流电磁铁为圆柱体，其一个端面中心设有用于和所述沉头螺栓相配合的螺纹盲孔，另一个端面能够产生沿轴线方向吸附力；所述外筒为两端开口的空心圆柱体，其侧壁上设有用于和所述沉头螺栓相配合的沉头通孔；所述沉头螺栓由内至外穿过外筒上的沉头通孔后和所述直流电磁铁上的螺纹盲孔螺纹相连，将直流电磁铁固定在所述外筒的外壁上，使得直流电磁铁的轴线垂直于外筒的轴线；所述外筒的侧壁上还对称设有第一安装孔、第二安装孔，所述第一安装孔的轴线垂直于直流电磁铁的轴线；所述第一圆柱销、第二圆柱销分别设置在第一安装孔、第二安装孔中，对称设置，均和外筒固连，且均在外筒的内壁上凸起；所述运动转换机构包含第一运动柱、第二运动柱和传动轴；所述第一运动柱、第二运动柱结构相同，均为圆柱体，其侧壁上设有首尾相连的限位凹槽；所述限位凹槽的轨迹展开图为两个周期的正弦曲线，每个周期的长度为π、包含一个波峰和一个波谷，且波峰和波谷的高度均为x；所述传动轴一端和所述第一运动柱同轴固连，另一端和第二运动柱同轴固连，使得第一运动柱、第二运动柱对称设置；所述第一运动柱设置在第一电磁吸附足的外筒中，第一运动柱的外壁和第一电磁吸附足的外筒间隙配合，第一电磁吸附足的第一圆柱销、第二圆柱销均伸入第一运动柱的限位凹槽中，第一运动柱相对第一电磁吸附足的外筒转动时，第一电磁吸附足的第一圆柱销、第二圆柱销和第一运动柱的限位凹槽相配合，使得第一运动柱能够在轴向上和第一电磁吸附足的外筒相对运动；所述第二运动柱设置在第二电磁吸附足的外筒中，第二运动柱的外壁和第二电磁吸附足的外筒间隙配合，第二电磁吸附足的第一圆柱销、第二圆柱销均伸入第二运动柱的限位凹槽中，第二运动柱相对第二电磁吸附足的外筒转动时，第二电磁吸附足的第一圆柱销、第二圆柱销和第二运动柱的限位凹槽相配合，使得第二运动柱能够在轴向上和第二电磁吸附足的外筒相对运动；所述压电驱动机构包含第一定子、第二定子、第一转子、第二转子、第一压电陶瓷模块、第二压电陶瓷模块、第一预压力螺母、第二预压力螺母、第一预压力弹簧、第二预压力弹簧、连接环和螺纹管；所述传动轴上设有对称的第一外螺纹、第二外螺纹；所述螺纹管内壁光滑，外壁设有螺纹，套在第一外螺纹、第二外螺纹之间的传动轴上，和传动轴间隙配合，能够相对传动轴自由转动；
所述第一定子、第二定子结构相同，均为一端开口、另一端封闭的空心圆柱体，封闭端的中心均设有用于和所述螺纹管相配合的螺纹孔，外壁均周向设有若干等距的螺旋斜槽；所述第一压电陶瓷模块、第二压电陶瓷模块结构相同，均包含2y个压电陶瓷片和2y+1个电极片，y为大于等于1的自然数，其中，所述压电陶瓷片、电极片均呈圆环状，2y+1个电极片和2y个压电陶瓷片依次交替层叠，使得每个压电陶瓷片均位于两个电极片之间；所述压电陶瓷片沿厚度方向极化，相邻压电陶瓷片极化方向相反；所述连接环呈圆环状，其外壁设有连接柄；所述连接柄指向连接环的中心、内端和连接环的外壁固连；所述第一定子、第二定子均通过其封闭端的螺纹孔和螺纹管螺纹相连，依次将套在螺纹管上的第一压电陶瓷模块、连接环、第二压电陶瓷模块夹紧在第一定子的封闭端、第二定子的封闭端之间，使得第一定子、第一压电陶瓷模块、连接环、第二压电陶瓷模块、第二定子同轴，且第一定子、第二定子对称，第一压电陶瓷模块、第二压电陶瓷模块对称；所述第一转子、第二转子对称设置，第一转子和第一定子的开口端相抵，第二转子和第二定子的开口端相抵；第一转子、第二转子均通过键和所述传动轴相连，使得第一转子、第二转子能够在传动轴的轴向上相对传动轴自由滑动，且第一转子、第二转子在传动轴的周向上相对传动轴不能转动；所述第一预压力螺母、第二预压力螺母分别通过第一外螺纹、第二外螺纹和所述传动轴螺纹相连；所述第一预压力弹簧套在第一预压力螺纹和第一转子之间的传动轴上，一端和第一预压力螺母相抵，另一端和第一转子相抵；所述第二预压力弹簧套在第二预压力螺纹和第二转子之间的传动轴上，一端和第二预压力螺母相抵，另一端和第二转子相抵；所述连接杆一端和所述第一行走组件中连接柄远离连接环的一端铰接，另一端和和所述第二行走组件中连接柄远离连接环的一端铰接；第一行走组件中第一电磁吸附足的直流电磁铁的轴线和第二行走组件中第一电磁吸附足的直流电磁铁的轴线平行；第一行走组件第一电磁吸附足、第二行走组件的第一电磁吸附足在连接杆的同侧；第一行走组件中第一压电陶瓷模块的第1个压电陶瓷片的极化方向和第二行走组件中第一压电陶瓷模块的第1个压电陶瓷片的极化方向相同；且第一行走组件中第一圆柱销在限位凹槽中的位置和第二行走组件中第一圆柱销在限位凹槽中的位置相差1/2个周期。2.根据权利要求1所述的压电驱动的船体吸附行走机器人，其特征在于，第一压电陶瓷模块、第二压电陶瓷模块中的压电陶瓷片的表面均涂有dp460环氧胶水。3.根据权利要求1所述的压电驱动的船体吸附行走机器人，其特征在于，所述第一定子、第二定子和螺纹管旋合处采用dp460环氧胶水密封。4.根据权利要求1所述的压电驱动的船体吸附行走机器人，其特征在于，所述外筒的侧壁上还设有用于观察的通孔。5.基于权利要求1所述的压电驱动的船体吸附行走机器人的工作方式，其特征在于，包含如下步骤：对于第一行走组件的第一压电陶瓷模块、第二压电陶瓷模块以及第二行走组件中的第一压电陶瓷模块、第二压电陶瓷模块，均将其第2j+1个电极片接地，并对第2j个电极片施加
第一电信号，j为大于等于1小于等于y的自然数；所述第一电信号为交流谐波信号；在第一电信号激励下，第一行走组件、第二行走组件中，压电驱动机构驱动运动转换机构中的传动轴转动，使得船体吸附行走机器人前进，具体如下：当传动轴从0
°
转动至45
°
时，第一行走组件执行过程1，第二行走组件执行过程2；当传动轴从45
°
转动至90
°
时，第一行走组件执行过程2，第二行走组件执行过程1；当传动轴从90
°
转动至135
°
时，第一行走组件执行过程2，第二行走组件执行过程1；当传动轴从135
°
转动至180
°
时，第一行走组件执行过程1；第二行走组件执行过程2；过程1：第二电磁吸附足的直流电磁铁通电吸附固定，第一电磁吸附足的直流电磁铁断电，此时，第一电磁吸附足向第二电磁吸附足靠近2x距离；过程2：第一电磁吸附足的直流电磁铁通电吸附固定，第二电磁吸附足的直流电磁铁断电，此时，第二电磁吸附足向第一电磁吸附足远离2x距离。

技术总结
本发明公开了一种压电驱动的船体吸附行走机器人及其工作方法，包含连接杆和两个行走组件；行走组件包含运动转换机构、压电驱动机构和2个电磁吸附足；电磁吸附足包含直流电磁铁、外筒、沉头螺栓、和2个圆柱销；运动转换机构包含传动轴和2个运动柱；压电驱动机构包含2个定子、2个转子、2个压电陶瓷模块、2个预压力螺母、2个预压力弹簧、连接环和螺纹管。本发明通过运动转换机构将压电驱动机构产生的旋转运动转换为直线运动，并配合电磁吸附足在核潜艇壁面进行吸附行走。本发明无密封装置，可耐深海高压，无复杂传动装置，易于小型化，行走稳定性高，抗倾覆能力强。抗倾覆能力强。抗倾覆能力强。


技术研发人员：周思余 金家楣 王亮 陈昕荣
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2023.08.07
技术公布日：2023/10/15