形状记忆合金丝驱动的波动推进机构制造技术

一种形状记忆合金丝驱动的波动推进机构，它涉及一种推进机构。本发明专利技术解决了现有的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。Ｎ个第一支架之间竖直设置，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；Ｎ个第二支架之间水平设置，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。本发明专利技术的推进机构结构简单、无噪声、体积小，动作灵活，不易受海底水草等水生植物的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种波动推进机构。
技术介绍
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 fm, BCF)和中央鳍/对鳍推进模式(Median and/or pair fm， 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(ElectroactivePolymer, 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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是技术方案一本专利技术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、两个第一固定辆、两根第一形状记忆合金丝、第一鳍辐和第一摆动块，N个第一支架之间竖直设置，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。技术方案二本专利技术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个第二支架之间水平设置，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。本专利技术具有以下有益效果本专利技术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；本专利技术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；本专利技术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。附图说明图1是形状记忆合金丝驱动的波动推进机构的主视图，图2是图1的左视图，图3是图1的俯视图，图4是本专利技术的摆动模块的立式结构立体图，图5是包含两个摆动模块立式结构的波动推进机构立体图，图6是立式摆动模块中形状记忆合金丝布置及连接示意图，图7是单鳍辐立式结构摆动模块示意图，图8是带有复位弹簧的立式结构摆'动模块示意图，图9是单鳍辐带有复位弹簧的摆动模块立式结构立体图，图IO是本专利技术的摆动模块卧式结构立体图，图11是包含两个摆动模块卧式结构的波动推进机构立体图，图12是卧式摆动模块中形状记忆合金丝连接示意图，图13是卧式摆动模块中形状记忆合金丝布置示意图，图14是单鳍辐卧式结构摆动模块示意图，图15是带有复位弹簧的卧式结构摆动模块示意图，图16是单鳍辐带有复位弹簧的卧式结构摆动模块示意图。具体实施例方式具体实施方式一如图1 9所示，本实施方式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1、 N—l块第一柔性蒙皮2和2N—2个第一连接轴3，每个第一摆动模块1包括第一支架4、第一转轴5、两个第一固定轴6-1、两根第一形状记忆合金丝7-1、第一鳍辐8和第一摆动块9, N个第一支架4之间竖直设置，每个第一支架4的后部安装有第一转轴5，第一摆动块9固套在第一转轴5上，第一鳍辐8的前端与第一摆动块9固接两个第一固定轴6-1安装在第一支架4的前部，每个第一固定轴6-1上均缠绕有第一形状记忆合金丝7-1，每根第一形状记忆合金丝7-1的一端固定在第一摆动块9上，每根第一形状记忆合金丝7-1的另一端固定在第一支架4上；相邻两个摆动模块1之间通过两个连接轴3连接，相邻两个第一鳍辐8上设置有第一柔性蒙皮2， N为自然数，且2《N《100。本专利技术利用形状记忆合金丝7-1的记忆效应，通过记忆合金丝的收縮拉动第一摆动块9绕着第一转轴5转动，从而带动连接在第一摆动块9上的鳍辐8摆动。第一摆动模块1中的形状记忆合金丝都安装在一个平面内，且该安装平面可以与第一支架4的端面成一定的角度。本实施方式结构简单，动作灵活、可靠。形状记忆合金丝7-1具有单程形状记忆效应。所述形状记忆合金丝不限定材料，只要马氏体相变点Ms和Mf高于环境温度，而马氏体逆相变温度As和Af稍高于环境温度。本实施方式中的第一形状记忆合金丝7-1采用通电加热方式驱动。通过控制记忆合金丝的通电时间可以方便的控制鳍辐的摆动角度。本实施方式所述第一鳍辐8以差动方式工作，第一形状记忆合金丝7-1分布在第一摆动块9的两端， 一侧第一形状记忆合金丝7-1通电收縮拉动第一摆动块9转动带动第一鳍辐8摆动，同时拉长相反侧的第一形状记忆合金丝7-1,第一形状记忆合金丝7-1冷却时，相反侧的第一形状记忆合金丝7-1通电收縮，拉动第一摆动块9向相反侧转动，带动第一鳍辐8向相反侧摆动，然后相反侧的第一形状记忆合金丝7-1冷却。这种差动式的往复运动，带动鳍辐周期摆动。所述第一鳍辐8的材料为塑料、金属、橡胶或其它刚性较好的细杆，柔性蒙皮可以通过直接粘贴、穿入等方式连接到鳍辐上。该波动推进机构可以放置于封闭壳体中，仅将鳍辐8和柔性蒙皮2至于壳体外。还可以将整个推进机构至于工作介质中，如在液体中工作，为防止记忆合金丝7漏电，在其外面采用热縮管或其它绝缘材料包裹，并在接头处进行防漏电处理。具体实施方式二如图9所示，本实施方式每个第一摆动模块1还包括第一复位弹簧10，第一复位弹簧10设置在每个第一摆动块9与每个第一支架4之间。如此设计，第一形状记忆合金丝7-1通电加热，将第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形状记忆合金丝驱动的波动推进机构，所述推进机构包括Ｎ个第一摆动模块（１）、Ｎ－１块第一柔性蒙皮（２）和２Ｎ－２个第一连接轴（３），其特征在于：每个第一摆动模块（１）包括第一支架（４）、第一转轴（５）、两个第一固定轴（６－１）、两根第一形状记忆合金丝（７－１）、第一鳍辐（８）和第一摆动块（９），Ｎ个第一支架（４）之间竖直设置，每个第一支架（４）的后部安装有第一转轴（５），第一摆动块（９）固套在第一转轴（５）上，第一鳍辐（８）的前端与第一摆动块（９）固接两个第一固定轴（６－１）安装在第一支架（４）的前部，每个第一固定轴（６－１）上均缠绕有第一形状记忆合金丝（７－１），每根第一形状记忆合金丝（７－１）的一端固定在第一摆动块（９）上，每根第一形状记忆合金丝（７－１）的另一端固定在第一支架（４）上；相邻两个摆动模块（１）之间通过两个连接轴（３）连接，相邻两个第一鳍辐（８）上设置有第一柔性蒙皮（２），Ｎ为自然数，且２≤Ｎ≤１００。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王振龙，王扬威，李健，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]