形狀記憶合金絲驅(qū)動(dòng)的仿烏賊外套膜和腕鰭研究.pdf

1、資源環(huán)境問題是21世紀(jì)人類所要面臨的重大問題，陸地上的資源越用越少，于是人類將目光投向了海洋，占地球面積71％的海洋中蘊(yùn)藏著豐富的生物資源和礦物資源。水下機(jī)器人是探測(cè)和開發(fā)海洋資源的重要工具。傳統(tǒng)的螺旋槳推進(jìn)的水下潛器存在動(dòng)作不靈活、對(duì)環(huán)境擾動(dòng)大等缺點(diǎn)，于是模仿水下生物的仿生水下機(jī)器人受到研究者的高度關(guān)注。軟體動(dòng)物烏賊采用外套膜噴射和鰭波動(dòng)復(fù)合的推進(jìn)方式，游動(dòng)靈活、高效、機(jī)動(dòng)性能好。烏賊的肌肉性靜水骨骼結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生力，進(jìn)行動(dòng)作和改變組織

2、剛度，但體積很難被壓縮。烏賊高超的游動(dòng)本領(lǐng)和良好的轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)動(dòng)能力就是得益于肌肉性靜水骨骼。本文模擬烏賊外套膜的噴射推進(jìn)功能和腕鰭的方向控制功能，研制仿烏賊外套膜和腕鰭，為仿烏賊機(jī)器人的研究提供支持。
　　與其它類智能材料相比，形狀記憶合金(Shape Memory Alloy，SMA)具有回復(fù)應(yīng)力大、變形量穩(wěn)定、穩(wěn)定工作壽命較長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，采用SMA絲作為仿烏賊外套膜和腕鰭的致動(dòng)器。烏賊全身呈柔性，由于硅膠具有較好的柔性且性質(zhì)穩(wěn)定，能夠

3、容易地壓縮且很快在彈性能作用下回復(fù)原狀，采用其作為仿烏賊外套膜和腕鰭的基體材料。烏賊在低速游動(dòng)時(shí)，外套膜和腕鰭的動(dòng)作頻率均不高，與SMA動(dòng)作頻率接近；烏賊外套膜外徑應(yīng)變?cè)?%左右，與SMA的最大應(yīng)變接近。
　　研制了直筒形和漏斗形的仿烏賊外套膜一共6個(gè)，直筒形的外套膜內(nèi)徑收縮應(yīng)變均大于6%，最大為10%。在單個(gè)脈沖作用下，漏斗形的仿烏賊外套膜在1.52s內(nèi)向前移動(dòng)了15.29mm，平均速度為10.1mm/s。在10個(gè)電壓脈沖作用下