[发明专利]形状记忆合金丝驱动的波动推进机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种波动推进机构。

背景技术

随着海洋资源的开发和利用，水下机器人技术受到了科研工作者的广泛 关注。传统的水下机器人大都采用耐压壳体结构和螺旋桨推进，机器人运动 不够灵活，对环境扰动大，且运动宜受水下水草等水生植物影响。制造技术 的发展和仿生学研究的深入推动了仿生水下机器人的研究，仿生水下机器人 模仿鱼类等水生生物的推进方式运动，运动灵活，对环境扰动小，不受水生 植物影响。

鱼类的推进模式可分为身体/尾鳍推进模式(body and/or caudal fin，BCF) 和中央鳍/对鳍推进模式(Median and/or pair fin，MPF)两大类。BCF推进模 式游动速度快，但机动性能差。MPF推进模式游动速度慢，但游动稳定性好、 机动灵活。针对MPF推进模式的优点，各国学者研制了多种波动推进器。

已有的采用MPF推进模式运动的波动推进器大都采用电机驱动，推进器 控制简单，输出功率大，但运动时电机有噪音，且机械结构复杂。采用气动 方式推进的波动推进器，可控性好，但结构复杂，需要气源。采用电流驱动 聚合物(Electroactive Polymer，EAP)驱动的波动推进器结构简单，质量小， 但EAP的输出力较小。采用形状记忆合金(Shape Memory Alloy，SMA)薄 板驱动的波动推进器，通过缠绕在薄板上的电阻丝对SMA进行间接加热，驱 动过程中能量损失大，电阻丝与SMA薄板间需要绝缘。

发明内容

本发明的目的是为解决采用MPF推进模式运动的波动推进器存在结构复 杂、动作噪音大以及运动性能较差的问题，进而提供了一种形状记忆合金丝 驱动的波动推进机构。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

技术方案一：本发明的形状记忆合金丝驱动的波动推进机构包括N个第 一摆动模块、N-1块第一柔性蒙皮和2N-2个第一连接轴，每个第一摆动模 块包括第一支架、第一转轴、两个第一固定轴、两根第一形状记忆合金丝、 第一鳍辐和第一摆动块，N个第一支架竖直设置，每个第一支架的后部安装 有第一转轴，第一摆动块固套在第一转轴上，第一鳍辐的前端与第一摆动块 固接两个第一固定轴安装在第一支架的前部，每个第一固定轴上均缠绕有第 一形状记忆合金丝，每根第一形状记忆合金丝的一端固定在第一摆动块上， 每根第一形状记忆合金丝的另一端固定在第一支架上；相邻两个摆动模块之 间通过两个连接轴连接，相邻两个第一鳍辐上设置有第一柔性蒙皮，N为自 然数，且2≤N≤100。

技术方案二：本发明的形状记忆合金丝驱动的波动推进机构包括N个第 二摆动模块、N-1块第三柔性蒙皮和2N-2个第二连接轴，每个第二摆动模 块包括第二支架、第三转轴、第三固定轴、两根第三形状记忆合金丝、第三 鳍辐和第三摆动块，N个第二支架水平设置，每个第二支架的后部安装有第 三转轴，第三摆动块固套在第三转轴上，第三鳍辐的前端与第三摆动块固接， 第三固定轴安装在第二支架的前部，每个第三固定轴上缠绕有上下平行设置 的两根第三形状记忆合金丝，每根第三形状记忆合金丝的一端固定在第三摆 动块上，每根第三形状记忆合金丝的另一端固定在第二支架上，相邻两个第 二摆动模块之间通过两个第二连接轴连接，相邻两个第三鳍辐上设置有第三 柔性蒙皮，N为自然数，且2≤N≤100。

本发明具有以下有益效果：本发明利用智能材料形状记忆合金丝作为驱 动器，模仿鱼类游动模式中的MPF推进模式，为仿生水下机器人提供了一种 灵活的、无噪声的波动推进机构；本发明的推进机构结构简单、体积小，动 作灵活，不易受海底水草等水生植物的影响；本发明推进机构通过模块设计 可以组合成任意波动鳍辐数量和长度的波动鳍，应用该波动推进机构的仿生 水下机器人可以行进在岩石沟缝、水草较多的海域，执行观测、潜伏等任务， 利于推广应用。

附图说明