一种基于IPMC尾鳍驱动的小型机器鱼

本发明专利属于软体机器人领域，具体涉及了一种基于ipmc智能材料驱动的小型机器鱼开发。

背景技术：

1、离子聚合物-金属复合材料（ipmc）是一种智能材料，通常是以nafion为基体膜，然后通过物理或化学的方法，在膜的两侧表面形成一层致密的惰性金属(如pt、au）或碳材料作为上下表面电极，从而形成的夹层结构(“电极层-基体膜层-电极层”)复合材料。ipmc在电场作用下，水合阳离子沿基底膜中的迁移管道通道向阴极移动，导致阴极体积膨胀、阳极的体积缩小，产生内应力，从而引起ipmc向阳极弯曲的宏观形变。

2、上世纪90年代开始，仿生机器人的研究迎来热潮，最初的仿生机器人由电机驱动，刚性连杆组成，结构及其复杂，推进效率不高，仿生性能低下。智能材料的兴起，给仿生机器人的发展提供了新的机会。智能材料在仿生机器人领域的应用，造就了具有柔性、灵活性和高适用性为一体的软体机器人，不仅使机器人的结构更加简单，也提高机器人在环境中的隐蔽性，甚至可以近乎复制般的模仿生物的运动形态，且不会对环境造成危害。

3、ipmc材料具有响应速度快，需求电压低，能产生较大形变及张力的优点，且适于水下工作，基于此我们将ipmc驱动器用做微型机器鱼尾鳍，以模拟水中生物鱼的游动。这对实现海洋资源探索和开发有着十分重要的意义。

技术实现思路

1、本申请所要解决的技术问题是克服上述背景技术的不足，目的在于设计一种ipmc驱动的小型机器鱼，该机器鱼可在信号激励下，通过摆动ipmc尾鳍模仿鱼在水中前进。

2、本发明的特征在于机器鱼的外壳、ipmc尾鳍和控制器三个部分。

3、进一步地，所述外壳分为上下两个部分组成，通过3d打印获得。

4、进一步地，所述尾鳍由ipmc材料与pvc塑料尾鳍组成，通过磁铁与石墨制成的电夹与外壳相连。

5、进一步地，所述控制器采用stm32连接信号发生模块ad9850。

6、本发明专利通过ipmc驱动材料在水中通电后能产生大变形的特点，将其应用在机器鱼的尾鳍推进上，实现小型机器鱼在水下的高效率推进；通过改变电信号的频率大小，实现改变ipmc的变形程度，从而控制机器鱼在水下前进的速度；且机械结构简单，不同于传统的机械式驱动，质量非常轻，耗电少且无噪音污染。本申请为仿生机器鱼的研究提供新的思路，为水下无人航行器做了更深入的研究。

技术特征：

1.一种ipmc驱动的小型机器鱼，以金枪鱼为仿生模型，该机器鱼由外壳、尾鳍和控制器组成。

2.根据权利要求1所述的一种ipmc驱动的小型机器鱼，机器鱼外轮廓曲线满足方程式：和。

3.图为控制器示意图，包括电源、单片机stm32和信号发生模块ad9850组成，控制信号由导线从控制器输入到石墨电极上，从而传递给ipmc进行驱动。

4.机器鱼尾鳍包括石墨电极、钕磁铁、ipmc样条和新月形塑料尾鳍组成，通过石墨电极向ipmc表面传递电信号，石墨与ipmc之间由钕磁铁夹紧，石墨电极的另一端伸入鱼体内由硅胶固定，新月形尾鳍前缘轮廓满足：，后缘轮廓满足：，尾形参数如表1所示：

技术总结本发明专利设计的叶片为传统的叶片降噪方法提供了新的设计思路。本发明专利设计了一种IPMC驱动的小型机器鱼，通过IPMC驱动材料在水中通电后能产生大变形的特点，将其应用在机器鱼的尾鳍推进上，实现小型机器鱼在水下的高效率推进；通过改变电信号的频率大小，实现改变IPMC的变形程度，从而控制机器鱼在水下前进的速度；且机械结构简单，不同于传统的机械式驱动，质量非常轻，耗电少且无噪音污染。本申请为仿生机器鱼的研究提供新的思路，为水下无人航行器做了更深入的研究。技术研发人员：陈坤,张天,吴金贤,付勇受保护的技术使用者：新疆大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5