本發(fā)明屬于海洋工程，具體地說，尤其涉及一種基于介電彈性體驅(qū)動(dòng)的仿生魚鰭。

背景技術(shù)：

1、先前采用傳統(tǒng)液壓或電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的軟體機(jī)器人存在效率低、能源消耗大等缺點(diǎn)。當(dāng)前軟體機(jī)器人雖有所發(fā)展，但仍存在運(yùn)動(dòng)模式單一等局限性，限制了它們在深海探索和精確操作等領(lǐng)域的應(yīng)用。

2、當(dāng)前對于仿生蝠鲼機(jī)器魚的研究，主要分為軟體驅(qū)動(dòng)和硬軟混合驅(qū)動(dòng)兩種方式。仿生蝠鲼機(jī)器魚的柔性鰭面通常由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的剛性鰭或柔性鰭來驅(qū)動(dòng)，但傳統(tǒng)的電機(jī)加齒輪箱的驅(qū)動(dòng)模式難以適應(yīng)深海環(huán)境。目前針對深海環(huán)境研發(fā)的水下機(jī)器人，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、動(dòng)作生硬、柔性不高以及噪聲大等的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于介電彈性體驅(qū)動(dòng)的仿生魚鰭，以彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、一種基于介電彈性體驅(qū)動(dòng)的仿生魚鰭，該仿生魚鰭的骨架包括兩側(cè)呈對稱分布的介電彈性體驅(qū)動(dòng)器和位移放大單元，以及外部框架體；所述介電彈性體驅(qū)動(dòng)器包括多組由介電層和電極層依次交替堆疊的結(jié)構(gòu)，所述位移放大單元包括剪插式起重模塊和多連桿結(jié)構(gòu)；所述介電彈性體驅(qū)動(dòng)器固定于固定板上，其另一側(cè)連有剪插式起重模塊，該剪插式起重模塊又連有多連桿模塊；所述介電彈性體驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行伸張或收縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)剪插式起重模塊運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)多連桿模塊向上或向下運(yùn)動(dòng)。

4、進(jìn)一步的，介電彈性體驅(qū)動(dòng)器固定在固定板上，固定板是固定不動(dòng)的，當(dāng)介電彈性體驅(qū)動(dòng)器伸張時(shí)，會(huì)帶動(dòng)剪插式起重模塊整體向左運(yùn)動(dòng)，采用剪插式起重機(jī)原理，像剪子一樣，進(jìn)而帶動(dòng)桿十向上運(yùn)動(dòng)，即多連桿結(jié)構(gòu)向上運(yùn)動(dòng)；當(dāng)介電彈性體驅(qū)動(dòng)器收縮時(shí)，帶動(dòng)桿十向下運(yùn)動(dòng)，即多連桿結(jié)構(gòu)向下運(yùn)動(dòng)。

5、進(jìn)一步的，所述多連桿模塊包括四組多連桿結(jié)構(gòu)，且每組多連桿結(jié)構(gòu)均通過固定結(jié)構(gòu)固定于仿生魚鰭的外部框架體上。

6、進(jìn)一步的，所述介電層為硅橡膠層，所述電極層為碳納米管。

7、更進(jìn)一步的，所述硅橡膠層由瓦克p7670制成。

8、其中，一組多連桿結(jié)構(gòu)中，桿十固定在剪插式起重模塊上，并且始終保持水平狀態(tài)。桿十和桿十一在連接點(diǎn)一處固定在一起，同時(shí)桿十和桿十一都可以圍繞著連接點(diǎn)十二處旋轉(zhuǎn)。固定結(jié)構(gòu)固定于魚鰭的框體上，在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中不會(huì)發(fā)生任何位移。桿十四和桿十五都與固定結(jié)構(gòu)固定，并且可以繞著固定位置點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。桿十六與桿十四、桿十五固定，并且固定處可以旋轉(zhuǎn)。

9、當(dāng)桿十上移時(shí)，會(huì)通過連接點(diǎn)十二處帶動(dòng)桿十一上移，進(jìn)而帶動(dòng)桿十四的左端上移，繞著連接點(diǎn)二處順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過桿十六的連動(dòng)，帶動(dòng)桿十五的左端向上運(yùn)動(dòng)，最終桿十五的右端會(huì)向下運(yùn)動(dòng)，桿十五的運(yùn)動(dòng)效果為繞著連接點(diǎn)三處順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

10、其中，一組多連桿結(jié)構(gòu)中，連接點(diǎn)四處與連接點(diǎn)二處通過連桿固定，會(huì)發(fā)生同步的運(yùn)動(dòng)，也就是說，當(dāng)桿十四繞著連接點(diǎn)二處順時(shí)針運(yùn)動(dòng)時(shí)，桿二十也會(huì)以相同的角速度繞著連接點(diǎn)四處順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)桿二十一向上運(yùn)動(dòng)（注意此處桿二十一和桿二十的夾角不是固定的），接著帶動(dòng)桿二十二繞著連接點(diǎn)五處順時(shí)針運(yùn)動(dòng)。當(dāng)桿二十繞著連接點(diǎn)四處順時(shí)針運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)帶動(dòng)l型桿一底部的桿向左運(yùn)動(dòng)的，接著拉動(dòng)l型桿二的左端的桿向左運(yùn)動(dòng)，加上l型桿一順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，l型桿的右端會(huì)向下運(yùn)動(dòng)。l型桿三也是一個(gè)l型桿，與l型桿通過桿二十七相連，當(dāng)l型桿一向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，l型桿三的右端會(huì)向下并且?guī)в许槙r(shí)針旋轉(zhuǎn)。

11、總體來說，當(dāng)桿二十繞著連接點(diǎn)四處順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，結(jié)構(gòu)整體會(huì)向下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；相反，當(dāng)桿二十繞著連接點(diǎn)四處逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，結(jié)構(gòu)整體會(huì)向上逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

12、其中，一組多連桿結(jié)構(gòu)中，連接點(diǎn)六與連接點(diǎn)二處通過連桿固定，會(huì)發(fā)生同步的運(yùn)動(dòng)，也就是說，當(dāng)桿十四繞著連接點(diǎn)二處順時(shí)針運(yùn)動(dòng)時(shí)，桿二十八也會(huì)以相同的角速度繞著連接點(diǎn)六處順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)桿三十向上運(yùn)動(dòng)（注意此處桿三十和桿二十八的夾角不是固定的），接著帶動(dòng)桿三十一繞著連接點(diǎn)七處順時(shí)針運(yùn)動(dòng)。當(dāng)桿二十八繞著連接點(diǎn)六順時(shí)針運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)帶動(dòng)桿三十四向左運(yùn)動(dòng)的，接著拉動(dòng)l型桿四的下端的桿向左運(yùn)動(dòng)，加上桿二十四順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，l型桿四的右端會(huì)向下運(yùn)動(dòng)。

13、總體來說，當(dāng)桿二十八繞著連接點(diǎn)六處順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，結(jié)構(gòu)整體會(huì)向下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；相反，當(dāng)桿繞著處逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，結(jié)構(gòu)整體會(huì)向上逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

14、其中，一組多連桿結(jié)構(gòu)中，連接點(diǎn)八處與連接點(diǎn)二通過連桿固定，會(huì)發(fā)生同步的運(yùn)動(dòng)，也就是說，當(dāng)桿十四繞著連接點(diǎn)二順時(shí)針運(yùn)動(dòng)時(shí)，桿三十五也會(huì)以相同的角速度繞著連接點(diǎn)八處順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，通過連接點(diǎn)九拉動(dòng)桿四十向下運(yùn)動(dòng)，接著帶動(dòng)桿四十一繞著連接點(diǎn)十處逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

15、總體來說，當(dāng)桿三十五繞著連接點(diǎn)八處順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，結(jié)構(gòu)整體會(huì)向上逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；相反，當(dāng)桿三十五繞著連接點(diǎn)八處逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，結(jié)構(gòu)整體會(huì)向下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

17、本發(fā)明設(shè)計(jì)出一款仿生魚鰭骨架結(jié)構(gòu)，通過介電彈性體驅(qū)動(dòng)的收縮和舒張，帶動(dòng)仿生魚鰭的上下擺動(dòng)；具有以下優(yōu)異特性：

18、深海環(huán)境適應(yīng)性：海環(huán)境適應(yīng)性：機(jī)器人采用人工肌肉驅(qū)動(dòng)且整體無空腔機(jī)構(gòu)，具有良好的對高靜水壓力的適應(yīng)性。

19、（2）低功耗與高效率：機(jī)器人采用人工肌肉驅(qū)動(dòng)，其在400v直流電壓下，功耗極低，因此機(jī)器人能夠長時(shí)間持續(xù)作業(yè)和遠(yuǎn)程任務(wù)執(zhí)行。

20、（3）高機(jī)動(dòng)性和靈活性：仿蝠鲼的設(shè)計(jì)允許機(jī)器人在水下進(jìn)行靈活機(jī)動(dòng)，模擬蝠鲼的波動(dòng)撲翼運(yùn)動(dòng)，提高了推進(jìn)效率。

21、（4）低噪音和隱蔽性：與電機(jī)驅(qū)動(dòng)相比，本機(jī)器人采用人工肌肉驅(qū)動(dòng)，具有低噪音特性，便于執(zhí)行需要隱蔽性的任務(wù)，如海洋生物研究和水下監(jiān)視。

22、（5）環(huán)保價(jià)值：與電擊驅(qū)動(dòng)相比，本機(jī)器人采用人工肌肉驅(qū)動(dòng)，具有耐用性和可回收性，減少了對環(huán)境的影響，便于實(shí)現(xiàn)對海洋環(huán)境的低干擾監(jiān)測與探索。

技術(shù)特征：

1.一種基于介電彈性體驅(qū)動(dòng)的仿生魚鰭，其特征在于，該仿生魚鰭的骨架包括兩側(cè)呈對稱分布的介電彈性體驅(qū)動(dòng)器（1）和位移放大單元（2），以及外部框架體；所述介電彈性體驅(qū)動(dòng)器（1）包括多組由介電層和電極層依次交替堆疊的結(jié)構(gòu)，所述位移放大單元（2）包括剪插式起重模塊（4）和多連桿結(jié)構(gòu)；所述介電彈性體驅(qū)動(dòng)器（1）固定于固定板（3）上，其另一側(cè)連有剪插式起重模塊（4），該剪插式起重模塊（4）又連有多連桿模塊；所述介電彈性體驅(qū)動(dòng)器（1）進(jìn)行伸張或收縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)剪插式起重模塊（4）運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)多連桿模塊向上或向下運(yùn)動(dòng)。

2.如權(quán)利要求1所述的仿生魚鰭，其特征在于，介電彈性體驅(qū)動(dòng)器（1）固定在固定板（3）上，固定板（3）是固定不動(dòng)的，當(dāng)介電彈性體驅(qū)動(dòng)器（1）伸張時(shí)，會(huì)帶動(dòng)剪插式起重模塊（4）整體向左運(yùn)動(dòng)，采用剪插式起重機(jī)原理，像剪子一樣，進(jìn)而帶動(dòng)桿十（10）向上運(yùn)動(dòng)，即多連桿結(jié)構(gòu)向上運(yùn)動(dòng)；當(dāng)介電彈性體驅(qū)動(dòng)器（1）收縮時(shí)，帶動(dòng)桿十（10）向下運(yùn)動(dòng)，即多連桿結(jié)構(gòu)向下運(yùn)動(dòng)。

3.如權(quán)利要求1所述的仿生魚鰭，其特征在于，所述多連桿模塊包括四組多連桿結(jié)構(gòu)，且每組多連桿結(jié)構(gòu)均通過固定結(jié)構(gòu)（13）固定于仿生魚鰭的外部框架體上。

4.如權(quán)利要求1所述的仿生魚鰭，其特征在于，一組多連桿結(jié)構(gòu)中，桿十（10）固定在剪插式起重模塊（4）上，并且始終保持水平狀態(tài)；桿十（10）和桿十一（11）在連接點(diǎn)一（12）處固定在一起，同時(shí)桿十（10）和桿十一（11）都圍繞著連接點(diǎn)十二（12）處旋轉(zhuǎn)，固定結(jié)構(gòu)（13）固定于魚鰭的框體上，在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中不會(huì)發(fā)生任何位移；桿十四（14）和桿十五（15）都與固定結(jié)構(gòu)（13）固定，并且可以繞著固定位置點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；桿十六（16）與桿十四（14）、桿十五（15）固定，在固定處能夠旋轉(zhuǎn)；當(dāng)桿十（10）上移時(shí)，會(huì)通過連接點(diǎn)十二（12）處帶動(dòng)桿十一（11）上移，進(jìn)而帶動(dòng)桿十四（14）的左端上移，繞著連接點(diǎn)二（17）處順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過桿十六（16）的連動(dòng)，帶動(dòng)桿十五（15）的左端向上運(yùn)動(dòng)，最終桿十五（15）的右端會(huì)向下運(yùn)動(dòng)，桿十五（15）繞連接點(diǎn)三（18）處作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

5.如權(quán)利要求1所述的仿生魚鰭，其特征在于，一組多連桿結(jié)構(gòu)中，連接點(diǎn)四（19）處與連接點(diǎn)二（17）處通過連桿固定，當(dāng)桿十四（14）繞著連接點(diǎn)二（17）處順時(shí)針運(yùn)動(dòng)時(shí)，桿二十（20）也會(huì)以相同的角速度繞著連接點(diǎn)四（19）處順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)桿二十一（21）向上運(yùn)動(dòng)，接著帶動(dòng)桿二十二（22）繞著連接點(diǎn)五（23）處順時(shí)針運(yùn)動(dòng)；當(dāng)桿二十（20）繞著連接點(diǎn)四（19）處順時(shí)針運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)帶動(dòng)l型桿一（24）底部的桿向左運(yùn)動(dòng)的，接著拉動(dòng)l型桿二（25）的左端的桿向左運(yùn)動(dòng)，加上l型桿一（24）順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，l型桿二（25）的右端會(huì)向下運(yùn)動(dòng)；l型桿三（26）與l型桿（26）通過桿二十七（27）相連，當(dāng)l型桿一（24）向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，l型桿三（26）的右端會(huì)向下并且?guī)в许槙r(shí)針旋轉(zhuǎn)；當(dāng)桿二十（20）繞著連接點(diǎn)四（19）處順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，結(jié)構(gòu)整體會(huì)向下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；相反，當(dāng)桿二十（20）繞著連接點(diǎn)四（19）處逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，結(jié)構(gòu)整體會(huì)向上逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

6.如權(quán)利要求1所述的仿生魚鰭，其特征在于，一組多連桿結(jié)構(gòu)中，連接點(diǎn)六（29）與連接點(diǎn)二（17）處通過連桿固定，當(dāng)桿十四（14）繞著連接點(diǎn)二（17）處順時(shí)針運(yùn)動(dòng)時(shí)，桿二十八（28）也會(huì)以相同的角速度繞著連接點(diǎn)六（29）處順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)桿三十（30）向上運(yùn)動(dòng)，接著帶動(dòng)桿三十一931繞著連接點(diǎn)七（32）處順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，當(dāng)桿二十八（28）繞著連接點(diǎn)六（29）順時(shí)針運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)帶動(dòng)桿三十四（34）向左運(yùn)動(dòng)的，接著拉動(dòng)l型桿四（33）的下端的桿向左運(yùn)動(dòng)，加上桿二十四（24）順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，l型桿四（33）的右端會(huì)向下運(yùn)動(dòng)；當(dāng)桿二十八（28）繞著連接點(diǎn)六（29）處順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，結(jié)構(gòu)整體會(huì)向下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，相反，當(dāng)桿（28）繞著（29）處逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，結(jié)構(gòu)整體會(huì)向上逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

7.如權(quán)利要求1所述的仿生魚鰭，其特征在于，一組多連桿結(jié)構(gòu)中，連接點(diǎn)八（36）與連接點(diǎn)二（17）通過連桿固定，當(dāng)桿十四（14）繞著連接點(diǎn)二（17）順時(shí)針運(yùn)動(dòng)時(shí)，桿三十五（35）也會(huì)以相同的角速度繞著連接點(diǎn)八（36）處順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，通過連接點(diǎn)九（37）拉動(dòng)桿四十（39）向下運(yùn)動(dòng)，接著帶動(dòng)桿四十一（40）繞著連接點(diǎn)十（38）處逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；當(dāng)桿三十五（35）繞著連接點(diǎn)八（36）順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，結(jié)構(gòu)整體會(huì)向上逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；相反，當(dāng)桿三十五（35）繞著連接點(diǎn)八（36）逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，結(jié)構(gòu)整體會(huì)向下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

8.如權(quán)利要求1所述的仿生魚鰭，其特征在于，所述介電層為硅橡膠層，所述電極層為碳納米管。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于介電彈性體驅(qū)動(dòng)的仿生魚鰭，屬于海洋工程技術(shù)領(lǐng)域。該仿生魚鰭的骨架包括兩側(cè)呈對稱分布的介電彈性體驅(qū)動(dòng)器和位移放大單元，以及外部框架體；所述介電彈性體驅(qū)動(dòng)器包括多組由介電層和電極層依次交替堆疊的結(jié)構(gòu)，所述位移放大單元包括剪插式起重模塊和多連桿結(jié)構(gòu)；所述介電彈性體驅(qū)動(dòng)器固定于固定板上，其另一側(cè)連有剪插式起重模塊，該剪插式起重模塊又連有多連桿模塊；所述介電彈性體驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行伸張或收縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)剪插式起重模塊運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)多連桿模塊向上或向下運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明設(shè)計(jì)出一款仿生魚鰭骨架結(jié)構(gòu)，并通過介電彈性體驅(qū)動(dòng)的收縮和舒張，帶動(dòng)仿生魚鰭的上下擺動(dòng)，使得仿生魚鰭的運(yùn)動(dòng)模式更為精準(zhǔn)。

技術(shù)研發(fā)人員：湯超,李澤,尤紅,賀賢,鮮詩鈺,陳三省,歐陽詩雨
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國海洋大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9