水下机器人技术是人类认识海洋、开发利用海洋的主要手段之一,在水下作业、水下搜救、侦察、雷达、通信导航等诸多领域有重要应用。近年来,水下机器人的微型化和集群化称为研究的新热点。传统微型水下机器人采用电磁电机作为动力推进装置,在深水高压下遭遇难以逾越的障碍如密封性,耐压性和自旋等问题。超声电机经电路绝缘处理即可对海水全开放,形成内部无空腔的结构,无需水密也不受水压的限制,加上其结构紧凑简单易于微小型化、能量密度大而效率高、响应速度快易于控制、无电磁干扰隐蔽性强等优点,成为微小型水下机器人推进系统的新选择。本文旨在针对水下机器人推进装置的性能问题,探索压电驱动的新方案,提出将新型低压驱动超声电机用于水下机器人的可能性,主要研究内容和取得的进展如下:1.基于现有的水下机器人动力装置,提出了一种凸起的辐条梁式的圆环形薄板式旋转超声电机。利用有限元软件COMSOL对结构参数进行优化,对压电振子进行在有水环境下与无水环境下的模态分析和规划,结果具有激励方式简单的特点。2.加工并装配该超声电机原理样机,其重量为4g,在空气中的最佳工作频率为77.6k Hz到77.7k Hz,在30V的驱动电压下空载转速可以达到1200rpm,输出扭矩为0.34m N·m,能量效率可达31%。原理样机的实验结果表明该电机具有低电压驱动、能量效率相对较高等优点。3.将超声电机与水下机器人外壳与螺旋桨进行装配,总体重量为15.3g。对该机器人进行水下运动性能测试分析。结果表明在50V的驱动电压,78.13k Hz的工作频率下,螺旋桨的转速为450rpm,平均推进速度为78mm/s。根据实验数据可以看出,该电机性能良好,进一步优化后有希望作为水下潜航器的动力装置选择。