[发明专利]多关节双面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。据研究报道，水母形式的推进具有能量利用效率高的特点，这也是其他躯体波状游动或者胸鳍拍动推进所不可比拟的。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。

从仿生学的角度来看，机器水母应该满足两个条件才能实现较好的仿生效果，一是形态相似，二是运动学相似。具体而言，在进行机器水母的机构设计时，一方面要使得外壳形貌与真实水母相似，另一方面要保证外壳形貌能够做运动幅度和运动周期都可控的收缩和伸展运动，这两点很难同时保证。

经文献检索，公开日为2007年8月22日、公开号为CN101020498A的发明申请提出机器仿生水母，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形状记忆合金驱动的仿生机器水母，它提出了一种采用U型形状形状记忆合金条驱动弹性金属片的设计，通过形状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结构复杂以及仿生机器水母运动幅度小，运动形式单一，仿生效果与真实水母相差较大的问题，进而提供一种多关节双面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：本发明的多关节双面形状记忆合金驱动的机器水母包括电源和控制模块，它还包括法兰底座、仿生柔性壳体、底座密封盖和多套多关节双驱动形状记忆合金组件；仿生柔性壳体的外轮廓呈半球形，仿生柔性壳体的侧壁面内均布嵌装有多套多关节驱动形状记忆合金组件；

每套多关节驱动形状记忆合金组件包括至少两个双驱动形状记忆合金关节、多组收缩面形状记忆合金丝组和多组舒展面形状记忆合金丝组，每套多关节驱动形状记忆合金组件的至少两个双驱动形状记忆合金关节发散排布；每个双驱动形状记忆合金关节相对的两侧面分别布置有一个收缩面形状记忆合金丝组和一个舒展面形状记忆合金丝组，收缩面形状记忆合金丝组和舒展面形状记忆合金丝组均由并排设置的两条形状记忆合金丝构成，每个双驱动形状记忆合金关节相对的两侧面指向仿生柔性壳体的壁面；

法兰底座和底座密封盖分别嵌入仿生柔性壳体的底部，法兰底座的开口端与底座密封盖的开口端可拆卸密封连接；所述电源和控制模块安装在法兰底座与底座密封盖构成的腹腔中，电源分别给控制模块和形状记忆合金丝供电，控制模块分别与双驱动形状记忆合金关节上的收缩面形状记忆合金丝组和舒展面形状记忆合金丝组的形状记忆合金丝电连接。

本发明的有益效果是：一、法兰底座、多关节双驱动形状记忆合金组件嵌入仿生柔性壳体内构成一体化形态的机器水母。