2000年,美国东北大学海洋科学中心首次采用记忆合金丝研制了仿生七鳃鳗,如图2-31(a)所示。其通过全身的波动运动实现推进,为典型的鳗鲡式游动方式。其柔性身体和柔性的随动尾鳍共占身体长度的85%。通过间隔的规律性加热形状记忆合金丝来实现仿生七鳃鳗整个身体的柔性波动。该机器鱼可实现低速巡游、常速游动、急速游动、爬行前进、爬行后退、转弯、钻洞等多种运动方式。
2011年,西班牙自动化与机器人技术中心研制了一种依靠形状记忆合金丝驱动的仿生机器鱼,如图2-31(b)所示。该机器鱼摒弃了传统的电机齿轮等机械部件,采用了1 mm厚的聚碳酸酯作为柔性支撑结构,同时将形状记忆合金丝分为等长的三段进行分别加热致动,该机器鱼总长300 mm(不包含尾鳍),用于模拟不同身体/尾鳍推进模式下的游动性能。用于驱动的形状记忆合金丝的直径为0.15 mm,在收缩量为6%的情况下可获得36°的摆动角度,0.5 Hz的摆动频率下获得最高游速为0.1 BL/s。
2006年,中国科学技术大学章永华等人设计了一种基于形状记忆合金弹簧驱动的仿生机器鱼关节机构,如图2-31(c)所示。通过鱼体侧面的两组形状记忆合金丝弹簧交替加热的方式,实现了机器鱼尾鳍的绕转轴的摆动,并通过流水直接冷却方式来提高鱼尾的摆动频率。所用形状记忆合金弹簧得内径为0.2 mm,外径为2 mm,有效圈数为32。通过PWM加热方式,其尾鳍的最高摆动频率可达1.5 Hz。
2008年,哈尔滨工业大学王振龙教授课题组研制了一种基于形状记忆合金丝驱动的微型机器鱼,如图2-31(d)所示。研究者们将两路直径为0.089 mm的形状记忆合金丝嵌入柔性单元的蒙皮内,交替加热两侧的形状记忆合金丝,使得柔性尾鳍来回摆动从而实现了机器鱼的推进游动。该机器鱼总长为146 mm,质量约为30 g,最大摆幅为26 mm。在驱动频率2.5 Hz下,可实现得最快游速为0.76 BL/s[64]。(www.xing528.com)
图2-31 记忆合金驱动的仿生机器鱼
(a)仿生七鳃鳗;(b)仿生机器鱼;(c)记忆合金弹簧机器鱼;(d)微型仿生机器鱼
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