形狀記憶合金絲驅(qū)動的仿生鯽魚設計與研究.pdf

1、仿生機器魚與傳統(tǒng)螺旋槳推進的水下機器人相比，具有更高的游動效率以及更好機動性和穩(wěn)定性。而目前仿生機器魚廣泛采用電機驅(qū)動，普遍存在噪音大、效率低、動作生硬以及柔性不高等缺點。隨著智能材料科學的發(fā)展，采用與動物肌肉性能相似、具有傳感功能的智能材料制成機器魚的驅(qū)動結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡易、柔性好、噪聲低以及易于主動產(chǎn)生復雜運動等優(yōu)點，因此逐步成為仿生機器魚驅(qū)動器未來的發(fā)展趨勢。
　　本文首先以鯽魚為仿生對象，在對其形態(tài)結(jié)構(gòu)以及游動機理進行研究

2、的基礎上，提出了研制一種形狀記憶合金（Shape memory alloy，SMA）絲驅(qū)動仿生鯽魚的設想。根據(jù)鯽魚樣本的肌肉驅(qū)動特征設計仿生鯽魚的驅(qū)動結(jié)構(gòu)，并在此基礎上完成了柔性仿生魚尾的設計。同時設計了仿生鯽魚的剛性前身與控制系統(tǒng)。再者，對仿生鯽魚尾部的擺動性能進行了分析，通過對柔性仿生魚尾的擺動過程進行了力學分析獲取了SMA絲的應力、應變與魚尾的彎曲角度的關(guān)系方程。引入SMA絲電流加熱的熱力學方程以及描述 SMA絲相變的本構(gòu)模型方程

3、，結(jié)合力學分析的結(jié)果，可獲得魚尾最大彎曲角度關(guān)于加熱時間、加熱電壓和初始溫度的函數(shù)關(guān)系方程，以用于其擺動性能分析。最后，完成柔性尾鰭的制作并搭建了試驗平臺用于測試柔性尾鰭的擺動性能，通過擺角試驗、對稱性試驗、擺動和回擺試驗、加熱模式試驗以及推進力試驗，試驗結(jié)果顯示柔性仿生魚尾在擺動角度為16°左右時，可達到最高1.4Hz的擺動頻率。而在擺動角度為21°和最高擺動頻率0.8Hz的條件下可獲得最大的平均推進力0.041N。而仿生樣機的游動試