CN104149953A 说明 书 2/4页 弹簧、多个推力杆导向法兰、多个双滚轮部件、多个手臂推力杆、多个辅助弹簧和多个多关 节手臂， [0008]机械腹腔端盖、套筒和底盘基座由上至下依次密封连接，筒形行波超声电机通过 螺栓组定位安装在底盘基座上，传动凸轮通过预紧力螺栓、预紧螺母、预紧弹簧和转子压紧 端盖定位在筒形行波超声电机中部，所述简形行波超声电机的外筒壁上均布设有多个压电 陶瓷片，所述筒形行波超声电机的内筒壁上均布加工有竖直排列的多个矩形凸起，传动凸 轮包括锥状体和盘体，盘体的外轮廓形状为凹凸间隔设置的轮廓曲线，盘体和锥状体由上 至下依次固定设置，每个手臂推力杆的一端均穿过套筒并通过一个双滚轮部件与传动凸轮 的盘体相抵，每个手臂推力杆的另一端与一个多关节手臂连接，每个手臂推力杆与套筒之 间通过一个推力杆导向法兰连接，每个推力杆导向法兰与靠近双滚轮部件一侧的手臂推力 杆之间设有一个辅助弹簧。 [0009]本发明与现有技术相比具有以下效果： [0010]1.本发明的筒形行波超声电机驱动的机器水母主要通过多关节手臂的下摆和上 扬来实现在水中的仿生推进。六个多关节手臂以机器水母本体中轴线为中心分布在套筒外 壁，与底盘基座的水平高度一致，且相邻的两个多关节手臂之间的夹角为60度。手臂推力 杆与双滚轮部件组成的推力部件在传动凸轮的带动下沿着推力杆导向法兰的导向孔方向 做往复直线运动，进而带动多关节手臂的运动，其中传动凸轮的运动依靠圆筒形行波超声 电机获得。由于多关节手臂是个单自由度的串联机构，其壳体铰链接口连接而成的轨迹采 用了仿型设计，因此其在下摆和上扬运动中，铰链接口轨迹也将保持特定的仿型形态。当推 力杆在回复弹簧的作用下沿着凸轮轨迹相对中轴线做接近运动时，它会带动多关节手臂做 下摆的动作，在机器水母的运动形态上体现出来的就是仿型壳体的收缩，此时会将水母腹 腔的水喷射出，同时获得反相的推进力，这可以认为是机器水母有效推进力的主要来源：当 推力杆在凸轮作用下压着弹簧沿着特定轨迹相对中轴线做远离运动时，它会带动多关节手 臂做上扬的动作，在机器水母的运动形态上体现出来的是仿型壳体的舒展，这个过程可以 认为是有效推进的准备阶段，同时会产生一定的阻力。通过控制驱动电压的相位和周期可 以有效控制超声电机的运动位置、运动周期等输出量，进而实现对机器水母准备阶段和有 效推进阶段时间的控制，在连续运行的条件下，即可实现机器水母的持续推进。 [0011]2.本发明采用六个并联的多关节手臂机构执行对水母机器人仿型柔性外壳的驱 动，由于采用相同的传动机构和安装配合方式，因此只需要保证传动凸轮端面轨迹以及手 臂推力杆的中心对称性就可以满足多关节手臂相对于机器水母中心轴线的运动一致性。这 种运动传动方案使得机器水母的结构紧凑，传动误差小，容易实施，有利于机械系统的改进 和升级。 [0012]3.本发明的机器水母采用的是简形行波超声电机驱动，且内置于机械腹腔，有利 于增加有效喷水体积，提高推进性能。根据水母仿生原型的流体动力学推进机理，水母的推 进主要是依靠收缩柔性外壳来喷射出腹腔中包裹着的外部流体以获得有效作用力，且所喷 射的外部流体体积越大获得的有效作用力就越大，因此有效喷水体积是影响机器水母突进 性能的一个重要因素。本发明以真实水母为原型，将驱动单元、传动单元、执行单元组成的 系统进行仿生设计，最大程度低减小了机械本体所占的空间对机器水母推进性能的影响， 以获得较优越的推进性能。 4