[發明專利]軸向并列環形形狀記憶合金驅動的機器水母

有效

• 申請號: 201410353149.8
• 申請日: 2014-07-21
• 公開（公告）號: CN104085520A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 陳維山;董帝渤;石勝君;侯珍秀;伍志軍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B63H1/30
• 分類號: B63H1/30;B63H1/37
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及一種仿生機器水母，屬于仿生水母機器人領域。

背景技術

水母作為典型的噴射推進原型，是地球上存在的最古老的游動生物之一，廣泛存在于海洋的各個區域。經過長期的進化，它們能夠適應多數復雜的洋流環境，這得益于其獨特的流體動力學推進機理。相比于其他軀體波狀游動或者尾鰭擺動推進形式的魚類而言，水母具有更高的輸運效率和更優越的隱蔽性能。自然環境中的水母，主要是依靠徑向分布的肌肉纖維收縮和伸長來帶動柔性外殼的收縮和舒展，同時帶動殼體內腔水流的運動，在水流的反作用力驅動下，就可以完成前行、轉彎等推進行為。近幾年，基于水母仿生原型的水下推進機器人受到越來越多的重視。

經文獻檢索，公開日為2007年8月22日、公開號為CN101020498A、發明申請提出一種機器仿生水母，它首次提出了一種采用電磁鐵作為驅動本體，通過帶動復位彈簧拉動擋板來實現收縮和舒張的效果，所述的裝置采用兩個腔體，通過反相控制兩個腔體的運動，來交替完成吸水和噴水的過程，進而提高推進效率，但其結構較為復雜，且與真實水母的動作原理有較大區別。公開日為2010年9月15日、公開號為CN101391650B的發明申請提出一種形狀記憶合金驅動的仿生機器水母的專利申請，它提出了一種采用U型形狀記憶合金條驅動彈性金屬片的設計，通過形狀記憶合金的收縮和放松來實現弧形金屬彈簧片的彎曲和放松，進而帶動柔性外殼實現噴水和吸水的動作，所述的裝置結構簡單，在形態上與真實水母較為相近，但運動幅度較小，所能產生的射流動力有限，與真實水母的推進行為相差較大。

發明內容

本發明為解決現有機器仿生水母存在的結構復雜、以及仿生機器水母存在運動幅度小，與真實水母的仿生推進行為相差較大的問題，進而提供一種軸向并列環形形狀記憶合金驅動的機器水母。

本發明為解決上述問題采取的技術方案是：本發明的軸向并列環形形狀記憶合金驅動的機器水母包括電源和控制及通信模塊，它還包括柔性外殼、筒形腹腔、回轉體底座和若干個環形形狀記憶合金驅動部件；柔性外殼的外輪廓呈半球形，每個環形形狀記憶合金驅動部件由形狀記憶合金絲及包裹形狀記憶合金絲的開口環形柔性管組成，若干個環形形狀記憶合金驅動部件并列設置，若干個環形形狀記憶合金驅動部件的軸向與柔性外殼的軸向平行，若干個環形形狀記憶合金驅動部件分別嵌入柔性外殼的周側面內；筒形腹腔和回轉體底座嵌入柔性外殼的底部，筒形腹腔和回轉體底座可拆卸密封連接，電源和控制及通信模塊置于筒形腹腔內，所述電源分別給控制及通信模塊和形狀記憶合金絲供電，控制及通信模塊與形狀記憶合金絲電連接。

本發明的有益效果是：軸向并列環形形狀記憶合金驅動的機器水母主要通過控制形狀記憶合金的收縮和恢復來實現在水中的推進。當對形狀記憶合金絲通電加熱時，它會產生收縮行為，在機器水母的本體上體現出來的就是柔性殼體內腔的收縮，此時會將水流噴射出去，進而產生反向的推進力，這也是水母前向推進是的主要力源；當對形狀記憶合金絲斷電冷卻后，它會開始進行形態恢復，直到初始形狀為止，這個過程對應的是柔性外殼的舒張狀態，從整個推進周期來看，這是機器水母有效推進的準備階段，通過有效的循環控制斷電和通電，可以實現本發明的機器水母持續推進。

軸向并列環形形狀記憶合金驅動的機器水母采用環形形狀記憶合金結構，加工裝配十分簡便，控制簡單，且易于實現微型化；將形狀記憶合金驅動部件、電源和控制及通信模塊等，與柔性外殼進行一體化布置，能夠從形態上取得較好的仿生效果；此外，本發明的機器水母由多條并列的驅動部件可進行多點同步控制，有利于實現較大的噴水量，實現較高的仿生推進效果，推進速度和效率與實際水母相差較小。

本發明的同軸并列環形形狀記憶合金驅動的機器水母具有結構簡單、設計靈活、變形幅度大和仿生效果明顯的優點。

附圖說明

圖1是本發明的軸向并列環形形狀記憶合金驅動的機器水母的主視半剖面結構示意圖，圖2是圖1的俯視結構示意圖，圖3是兩端帶導線的形狀記憶合金絲的結構示意圖，圖4是圖1的K處放大圖，圖5是環形形狀記憶合金驅動部件的結構示意圖。

具體實施方式