[发明专利]轴向并列环形形状记忆合金驱动的机器水母

说明书

技术领域

本发明涉及一种仿生机器水母，属于仿生水母机器人领域。

背景技术

水母作为典型的喷射推进原型，是地球上存在的最古老的游动生物之一，广泛存在于海洋的各个区域。经过长期的进化，它们能够适应多数复杂的洋流环境，这得益于其独特的流体动力学推进机理。相比于其他躯体波状游动或者尾鳍摆动推进形式的鱼类而言，水母具有更高的输运效率和更优越的隐蔽性能。自然环境中的水母，主要是依靠径向分布的肌肉纤维收缩和伸长来带动柔性外壳的收缩和舒展，同时带动壳体内腔水流的运动，在水流的反作用力驱动下，就可以完成前行、转弯等推进行为。近几年，基于水母仿生原型的水下推进机器人受到越来越多的重视。

经文献检索，公开日为2007年8月22日、公开号为CN101020498A、发明申请提出一种机器仿生水母，它首次提出了一种采用电磁铁作为驱动本体，通过带动复位弹簧拉动挡板来实现收缩和舒张的效果，所述的装置采用两个腔体，通过反相控制两个腔体的运动，来交替完成吸水和喷水的过程，进而提高推进效率，但其结构较为复杂，且与真实水母的动作原理有较大区别。公开日为2010年9月15日、公开号为CN101391650B的发明申请提出一种形状记忆合金驱动的仿生机器水母的专利申请，它提出了一种采用U型形状记忆合金条驱动弹性金属片的设计，通过形状记忆合金的收缩和放松来实现弧形金属弹簧片的弯曲和放松，进而带动柔性外壳实现喷水和吸水的动作，所述的装置结构简单，在形态上与真实水母较为相近，但运动幅度较小，所能产生的射流动力有限，与真实水母的推进行为相差较大。

发明内容

本发明为解决现有机器仿生水母存在的结构复杂、以及仿生机器水母存在运动幅度小，与真实水母的仿生推进行为相差较大的问题，进而提供一种轴向并列环形形状记忆合金驱动的机器水母。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的轴向并列环形形状记忆合金驱动的机器水母包括电源和控制及通信模块，它还包括柔性外壳、筒形腹腔、回转体底座和若干个环形形状记忆合金驱动部件；柔性外壳的外轮廓呈半球形，每个环形形状记忆合金驱动部件由形状记忆合金丝及包裹形状记忆合金丝的开口环形柔性管组成，若干个环形形状记忆合金驱动部件并列设置，若干个环形形状记忆合金驱动部件的轴向与柔性外壳的轴向平行，若干个环形形状记忆合金驱动部件分别嵌入柔性外壳的周侧面内；筒形腹腔和回转体底座嵌入柔性外壳的底部，筒形腹腔和回转体底座可拆卸密封连接，电源和控制及通信模块置于筒形腹腔内，所述电源分别给控制及通信模块和形状记忆合金丝供电，控制及通信模块与形状记忆合金丝电连接。

本发明的有益效果是：轴向并列环形形状记忆合金驱动的机器水母主要通过控制形状记忆合金的收缩和恢复来实现在水中的推进。当对形状记忆合金丝通电加热时，它会产生收缩行为，在机器水母的本体上体现出来的就是柔性壳体内腔的收缩，此时会将水流喷射出去，进而产生反向的推进力，这也是水母前向推进是的主要力源；当对形状记忆合金丝断电冷却后，它会开始进行形态恢复，直到初始形状为止，这个过程对应的是柔性外壳的舒张状态，从整个推进周期来看，这是机器水母有效推进的准备阶段，通过有效的循环控制断电和通电，可以实现本发明的机器水母持续推进。

轴向并列环形形状记忆合金驱动的机器水母采用环形形状记忆合金结构，加工装配十分简便，控制简单，且易于实现微型化；将形状记忆合金驱动部件、电源和控制及通信模块等，与柔性外壳进行一体化布置，能够从形态上取得较好的仿生效果；此外，本发明的机器水母由多条并列的驱动部件可进行多点同步控制，有利于实现较大的喷水量，实现较高的仿生推进效果，推进速度和效率与实际水母相差较小。

本发明的同轴并列环形形状记忆合金驱动的机器水母具有结构简单、设计灵活、变形幅度大和仿生效果明显的优点。

附图说明

图1是本发明的轴向并列环形形状记忆合金驱动的机器水母的主视半剖面结构示意图，图2是图1的俯视结构示意图，图3是两端带导线的形状记忆合金丝的结构示意图，图4是图1的K处放大图，图5是环形形状记忆合金驱动部件的结构示意图。

具体实施方式