一种软体仿生鱼尾制造技术

本发明专利技术属于软体仿生领域，主要涉及利用软体智能材料的变形大特点来设计一种软体仿生鱼尾，特别涉及一种软体仿生鱼尾，通过介电弹性聚和无层叠和纳米粒子液喷印电极结合，实现鱼尾运动；主体结构包括鱼尾肌肉、电极、尾鳍、夹具、树脂膜、碳纤维和高压放大电源；其材料属性最接近于肌肉组织，材料软，变形大，能实现如金枪鱼等采用尾鳍推进模式鱼类的复杂动作，且具有结构简单、重量轻、效率高等优点；其层叠设计的多层介电弹性聚合物与剪式状电极能够实现复杂和高强度的形变；其整体结构合理，原理可靠，应用环境友好。

【技术实现步骤摘要】
一种软体仿生鱼尾
：本专利技术属于软体仿生领域，主要涉及利用软体智能材料的变形大特点来设计一种软体仿生鱼尾，特别涉及一种软体仿生鱼尾，通过介电弹性聚和无层叠和纳米粒子液喷印电极结合，实现鱼尾运动。
技术介绍
：水下仿生技术是一种以仿生学为基础并结合鱼类长期进化所形成具有的高效运动模式的新技术，以此技术研制的水下航行器延续了早期的在海洋环境的信息监测、水下辅助导航定位、海洋资源勘测等民用方面和在分布式战术的监测、水雷侦察和水下目标的探测、跟踪和定位等军事方面的应用。电致驱动机理(EPA)是指在仿生机器鱼的应用主要采用离子型EAP中的离子聚合物-金属复合物(IonicPolymerMetalComposites，IPMC)，在没有外加电压的情况下，IPMC内部的阳离子与部分水分子形成的水合阳离子可自由移动并在材料内部均匀分布，加上外部电压后IPMC的两个表面间形成电势差，水合阳离子向负极移动，使得IPMC在负极膨胀，正极的水分子含量减小，IPMC正极收缩，从而宏观上表现为向正极弯曲，从而实现驱动。常规刚体仿生鱼大多由金属或塑性材料构成，通过“刚性”结构模拟鱼类推进模式实现机器鱼运动；但该结构与“软体”鱼体相差甚远，存在连续形变能力差与响应慢等缺陷；鱼类长期生活于复杂海洋环境中，根据环境即时变化能完成捕食与逃脱等快速响应运动，主要依赖于由软体结构及其高效推进模式构成的身体—尾鳍模式与中央鳍/对鳍模式推进系统快速大变形来实现；为了实现仿生鱼小型化与提高灵活性，如形状记忆合金、超磁致伸缩薄膜与压电材料等智能材料被应用于仿生鱼的研究；但是这些结构由于因各种材料特性限制，动作少，变形量小，难以模拟出金枪鱼所能完成的复杂动作。因此设计一种软体仿生鱼尾，模拟出金枪鱼等鱼所完成捕食与逃脱等复杂运动，具有良好的经济效益和社会效益。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种软体仿生鱼尾通过介电弹性聚合物层叠和纳米粒子液喷印电极结合，实现鱼尾运动。为了实现上述目的，本专利技术涉及的软体仿生鱼尾的主体结构包括鱼尾肌肉、电极、尾鳍、夹具、树脂膜、碳纤维和高压放大电源；鱼尾肌肉1是有多层介电弹性聚合物层叠而成，以便实现弯曲变形；鱼尾肌肉中每层介电弹性聚合物上均喷印有电极，电极呈自相似剪式状结构，电极的材料为纳米金属粒子液体，以便对介电弹性聚合物实现电致驱动变形；鱼尾肌肉1中均匀掺杂有碳纤维，以便增强鱼尾肌肉的弹性和牢固性；尾鳍通过树脂膜与鱼尾肌肉一侧连接，尾鳍为单层介电弹性聚合物材料；鱼尾肌肉的另一侧通过夹具固定夹住，以便实现鱼尾推进；高压放大电源设置在仿生鱼尾外部，通过电线与鱼尾肌肉1电连接，以便为鱼尾提供电能。本专利技术涉及的介电弹性聚合物材料为硅胶、聚丙烯酸或水凝胶的一种或多种。本专利技术涉及的夹具的材料为有机玻璃板。本专利技术涉及的纳米金属粒子液体为纳米银粒子液体。本专利技术涉及的电极是通过电流体动力喷印方法将纳米金属粒子液体喷印至多层介电弹性聚合物上。本专利技术涉及的树脂膜为聚氨酯薄膜。本专利技术所述夹具用于固定鱼尾结构，由于BCF推进模式(身体/鱼尾推进模式)的鱼体质量远大于鱼尾的质量，可近似看成鱼尾前端固定，末端自由结构，因此选用采用夹具固定鱼尾，实现鱼尾的推进性能。本专利技术使用时，高压放大电源远程给仿生鱼尾的鱼尾肌肉供电，剪式状的电极与多层介电弹性聚合物作用实现电致驱动，驱动鱼尾肌肉弯曲摆动，从而带动鱼鳍被动摆动，由于鱼尾肌肉的前端被夹具固定，因此，鱼尾肌肉的摆动能够实现仿生鱼尾的运动；高压放大电源给出不同的频率的电流能够实现模拟鱼的摆动、波动和扭转等运动，最终实现软体仿生鱼的运动。本专利技术与现有技术相比，其材料属性最接近于肌肉组织，材料软，变形大，能实现如金枪鱼等采用尾鳍推进模式鱼类的复杂动作，且具有结构简单、重量轻、效率高等优点；其层叠设计的多层介电弹性聚合物与剪式状电极能够实现复杂和高强度的形变；其整体结构合理，原理可靠，应用环境友好。附图说明：图1为本专利技术的主体结构示意图；图2为本专利技术的主体结构侧视示意图具体实施方式：下面通过实施例并结合附图对本专利技术作进一步说明实施例1：本实施例涉及的软体仿生鱼尾的主体结构包括鱼尾肌肉1、电极2、尾鳍3、夹具4、树脂膜5、碳纤维6、高压放大电源7；鱼尾肌肉1是有多层介电弹性聚合物层叠而成，以便实现弯曲变形；鱼尾肌肉1中每层介电弹性聚合物上均喷印有电极2，电极2呈自相似剪式状结构，电极2的材料为纳米金属粒子液体，以便对介电弹性聚合物实现电致驱动变形；鱼尾肌肉1中均匀掺杂有碳纤维6，以便增强鱼尾肌肉的弹性和牢固性；尾鳍3通过树脂膜5与鱼尾肌肉1一侧连接，尾鳍3为单层介电弹性聚合物材料；鱼尾肌肉1的另一侧通过夹具4固定夹住，以便实现鱼尾推进；高压放大电源7设置在仿生鱼尾外部，通过电线与鱼尾肌肉1电连接，以便为鱼尾提供电能。本实施例涉及的介电弹性聚合物材料为硅胶、聚丙烯酸或水凝胶的一种或多种。本实施例涉及的夹具4的材料为有机玻璃板。本实施例涉及的纳米金属粒子液体为纳米银粒子液体。本实施例涉及的电机2是通过电流体动力喷印方法将纳米金属粒子液体喷印至多层介电弹性聚合物上。本实施例涉及的树脂膜5为聚氨酯薄膜。本实施例所述夹具用于固定鱼尾结构，由于BCF推进模式(身体/鱼尾推进模式)的鱼体质量远大于鱼尾的质量，可近似看成鱼尾前端固定，末端自由结构，因此选用采用夹具固定鱼尾，实现鱼尾的推进性能。本实施例使用时，高压放大电源7远程给仿生鱼尾的鱼尾肌肉1供电，剪式状的电极2与多层介电弹性聚合物作用实现电致驱动，驱动鱼尾肌肉1弯曲摆动，从而带动鱼鳍3被动摆动，由于鱼尾肌肉1的前端被夹具4固定，因此，鱼尾肌肉的摆动能够实现仿生鱼尾的运动；高压放大电源7给出不同的频率的电流能够实现模拟鱼的摆动、波动和扭转等运动，最终实现软体仿生鱼的复杂运动。实施例2本实施例涉及的金枪鱼的新月形仿生鱼尾，结构的设计包括软体肌肉、尾鳍与夹具，其中各部分采用材料如下：肌肉组织材料为介电弹性聚合物，其电极为纳米金属粒子液体，实现电致驱动，尾鳍材料为介电弹性聚合物，夹具采用有机玻璃板。并且，所述软体肌肉结构采用叠层设计，在介电弹性聚合物作用时能产生大弯曲变形；而所述尾鳍材料为单层介电弹性聚合物，随着前端软体肌肉一起运动。叠层介电弹性聚合物1是根据自身粘性或者采用聚氨酯薄膜进行叠层粘结而成，结合电流体动力喷印技术在叠层介电弹性聚合物1的上下表面喷印出电极2，对于尾鳍3通过聚氨酯薄膜5高温固化粘结到叠层介电聚合物1末端，然后用夹具4夹住叠层介电弹性聚合物1前端，并用4个M5螺钉固定夹具。根据设计需要，通过高精度加工制造出软体仿生鱼尾结构；通过高压放大电源7给软体仿生鱼尾提供电能模拟鱼的摆动、波动和扭转等运动，最终实现软体仿生鱼的运动。作为优选，所述软体仿生鱼尾材料为介电弹性聚合物，主要在于其材料属性最接近于肌肉组织的一种材料，具有大变形、高能量密度、快速响应、轻质和低成本等特点。由于介电弹性聚合物是通过减小厚度来实现平面伸缩变形，而鱼尾是产生弯曲大变形来推进鱼的运动，为将聚合物的变形尽可能实现弯曲变形，设计叠层结构，并且平行布局碳纤维增加鱼尾弯曲变形量。电极决定聚合物电驱动功能实现，电极成型是介电弹性聚合物功能实现的关键。为提高电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种软体仿生鱼尾，其特征在于其主体结构包括鱼尾肌肉、电极、尾鳍、夹具、树脂膜、碳纤维和高压放大电源；鱼尾肌肉1是有多层介电弹性聚合物层叠而成，以便实现弯曲变形；鱼尾肌肉中每层介电弹性聚合物上均喷印有电极，电极呈自相似剪式状结构，电极的材料为纳米金属粒子液体，以便对介电弹性聚合物实现电致驱动变形；鱼尾肌肉1中均匀掺杂有碳纤维，以便增强鱼尾肌肉的弹性和牢固性；尾鳍通过树脂膜与鱼尾肌肉一侧连接，尾鳍为单层介电弹性聚合物材料；鱼尾肌肉的另一侧通过夹具固定夹住，以便实现鱼尾推进；高压放大电源设置在仿生鱼尾外部，通过电线与鱼尾肌肉1电连接，以便为鱼尾提供电能。

【技术特征摘要】
1.一种软体仿生鱼尾，其特征在于其主体结构包括鱼尾肌肉、电极、尾鳍、夹具、树脂膜、碳纤维和高压放大电源；鱼尾肌肉1是有多层介电弹性聚合物层叠而成，以便实现弯曲变形；鱼尾肌肉中每层介电弹性聚合物上均喷印有电极，电极呈自相似剪式状结构，电极的材料为纳米金属粒子液体，以便对介电弹性聚合物实现电致驱动变形；鱼尾肌肉1中均匀掺杂有碳纤维，以便增强鱼尾肌肉的弹性和牢固性；尾鳍通过树脂膜与鱼尾肌肉一侧连接，尾鳍为单层介电弹性聚合物材料；鱼尾肌肉的另一侧通过夹具固定夹住，以便实现鱼尾推进；高压放大电源设置在仿生鱼尾外部，通...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨熙鑫，刘维青，官源林，崔海荣，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东,37