一种电活性双稳态弯扭机构及仿蝠鲼扑翼装置

本发明涉及软体驱动器，具体讲是指一种电活性双稳态弯扭机构及仿蝠鲼扑翼装置。

背景技术：

1、随着近年来仿生生物学的应用，鱼类水下游动的高机动性，高效率，以及对环境扰动小等优点在水下航行器备受推崇，且在民用、军事领域有着十分广阔的应用前景。柔体仿生机器鱼相较于传统机器鱼，运动形式灵活、运动自由度高、生物亲和性强，但同时其运动模型复杂，对机器人的驱动提出了更高的要求。传统机器人大多采用电机和刚性结构进行驱动，模型简单，但其体积较大、生物亲和性差、能量效率低，难以模拟生物复杂运动；同时，刚性结构的相对运动会产生不可忽视的噪音，不适用于水下和其他对噪音敏感的工作环境。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种电活性双稳态弯扭机构，以解决现有技术中的仿生机器鱼体积较大、生物亲和性差、能量效率低以及噪音较大的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种电活性双稳态弯扭机构，包括第一硬质板材、第二硬质板材和弹性体，弹性体包括第一连接部、第二连接部和具有弹性的且处于拉伸状态的拉伸部，拉伸部左右两端分别连接第一连接部和第二连接部，拉伸部的拉伸方向为左右方向，第一连接部上端面和第二连接部上端面分别连接有一第一硬质板材，第一连接部下端面和第二连接部下端面分别连接有一第二硬质板材，第一连接部前部和第二连接部前部之间、第一连接部后部与第二连接部后部之间均设有一弯曲连接件，位于前侧的弯曲连接件上、下端面分别与两个第一硬质板材前部、两个第二硬质板材前部连接，位于后侧的弯曲连接件上、下端面分别与两个第一硬质板材后部、两个第二硬质板材后部连接，两个第一硬质板材前部之间、后部之间以及两个第二硬质板材前部之间、后部之间均通过一tcpf驱动器连接。

3、采用上述结构后，本发明中的一种电活性双稳态弯扭机构具有以下优点：弹性体的拉伸部保持在预拉伸状态，并且利用弯曲连接件连接左右两侧的第一硬质板材、左右两侧的第二硬质板材，使得拉伸部保持在拉伸状态，形成能量势垒，同时弯曲连接件还充当弯扭机构的铰链，而两个第一硬质板材前部之间、后部之间以及两个第二硬质板材前部之间、后部之间均通过一tcpf驱动器连接，使得tcpf驱动器呈上下各两个以及前后各两个的状态分布，将上侧的两个tcpf驱动器通电使得tcpf驱动器收缩，弯扭机构便会向上弯曲，同理，下侧的两个tcpf驱动器通电使得tcpf驱动器收缩，弯扭机构便会向下弯曲，以此来驱动弯扭机构克服能量壁垒，实现双向弯曲的双稳态运动，模拟鱼类运动；本发明中的电活性双稳态弯扭机构无需持续供电，只需在稳态切换时向单侧tcpf驱动器通电，能量效率高，并且整体结构简单、重量轻，不涉及刚性结构的变形，弯曲的偏转角度更大，噪音更小，在应用在仿生机器鱼上时，同样使得仿生机器鱼的能量效率高、整体结构简单、体积小、重量轻，其更大的偏转角度更易模拟鱼类生物的动作，仿生结构更加真实，生物亲和性更强。

4、作为改进，拉伸部包括第一拉伸段、第二拉伸段和第三拉伸段，弹性体前部和后部分别设有贯穿弹性体前端面和贯穿弹性体后端面的第三通槽以形成第一连接部和第二连接部，两个第三通槽之间形成第三拉伸段，第一连接部中部设有第一通槽并在第一通槽右侧形成第一拉伸段，第二连接部中部设有第二通槽并在第二通槽左侧形成第二拉伸段，第三拉伸段左右两端分别连接第一拉伸段中部和第二拉伸段中部；采用此种结构，由第一拉伸段、第二拉伸段和第三拉伸段组成的拉伸部更容易向左右方向拉伸变形，以形成足够的能量势垒，更有利于弯扭机构通过tcpf驱动器实现双稳态运动，提高能量效率。

5、作为改进，两个第一硬质板材前部上端面、后部上端面以及两个第二硬质板材前部下端面、后部下端面均连接有一固定座，tcpf驱动器左右两端分别连接两个固定座；采用此种结构，通过固定座连接tcpf驱动器，使得tcpf驱动器能够稳定连接在第一硬质板材上端面和第二硬质板材下端面上，使得单侧的tcpf驱动器通电收缩时，弯扭机构的偏转角度更大。

6、作为改进，弹性体由tpu材料制成。

7、作为改进，弯曲连接件由pet材料制成。

8、本发明还提供了一种仿蝠鲼扑翼装置，包括上述的电活性双稳态弯扭机构，还包括航行器主干和若干柔性鳍条，航行器主干左右两侧对称连接有若干电活性双稳态弯扭机构且每侧的若干电活性双稳态弯扭机构沿航行器主干长度方向分布，每个电活性双稳态弯扭机构上且远离航行器主干的一端连接有一柔性鳍条。

9、采用上述结构后，本发明中的一种仿蝠鲼扑翼装置具有以下优点：将电活性双稳态弯扭机构应用在仿蝠鲼扑翼装置中，由各个电活性双稳态弯扭机构依次弯曲变形带动各个柔性鳍条依次上下摆动，模拟蝠鲼游动姿态，摆动幅度大，仿生结构更加真实，而且噪音小，生物亲和性更强，能量效率高，整体结构简单、重量轻。

10、作为改进，若干柔性鳍条呈左右对称分布；采用此种结构，使得仿生结构更加真实，生物亲和性更强。

技术特征：

1.一种电活性双稳态弯扭机构，其特征在于，包括第一硬质板材(1)、第二硬质板材(2)和弹性体(3)，所述弹性体(3)包括第一连接部(31)、第二连接部(32)和具有弹性的且处于拉伸状态的拉伸部(33)，所述拉伸部(33)左右两端分别连接所述第一连接部(31)和所述第二连接部(32)，所述拉伸部(33)的拉伸方向为左右方向，所述第一连接部(31)上端面和所述第二连接部(32)上端面分别连接有一所述第一硬质板材(1)，所述第一连接部(31)下端面和所述第二连接部(32)下端面分别连接有一所述第二硬质板材(2)，所述第一连接部(31)前部和所述第二连接部(32)前部之间、所述第一连接部(31)后部与所述第二连接部(32)后部之间均设有一弯曲连接件(4)，位于前侧的所述弯曲连接件(4)上、下端面分别与两个所述第一硬质板材(1)前部、两个所述第二硬质板材(2)前部连接，位于后侧的所述弯曲连接件(4)上、下端面分别与两个所述第一硬质板材(1)后部、两个所述第二硬质板材(2)后部连接，两个所述第一硬质板材(1)前部之间、后部之间以及两个所述第二硬质板材(2)前部之间、后部之间均通过一tcpf驱动器(5)连接。

2.根据权利要求1所述的电活性双稳态弯扭机构，其特征在于，所述拉伸部(33)包括第一拉伸段(331)、第二拉伸段(332)和第三拉伸段(333)，所述弹性体(3)前部和后部分别设有贯穿所述弹性体(3)前端面和贯穿所述弹性体(3)后端面的第三通槽以形成所述第一连接部(31)和所述第二连接部(32)，两个所述第三通槽之间形成所述第三拉伸段(333)，所述第一连接部(31)中部设有第一通槽(6)并在所述第一通槽(6)右侧形成所述第一拉伸段(331)，所述第二连接部(32)中部设有第二通槽(7)并在所述第二通槽(7)左侧形成所述第二拉伸段(332)，所述第三拉伸段(333)左右两端分别连接所述第一拉伸段(331)中部和所述第二拉伸段(332)中部。

3.根据权利要求1所述的电活性双稳态弯扭机构，其特征在于，两个所述第一硬质板材(1)前部上端面、后部上端面以及两个所述第二硬质板材(2)前部下端面、后部下端面均连接有一固定座(8)，所述tcpf驱动器(5)左右两端分别连接两个所述固定座(8)。

4.根据权利要求1所述的电活性双稳态弯扭机构，其特征在于，所述弹性体(3)由tpu材料制成。

5.根据权利要求1所述的电活性双稳态弯扭机构，其特征在于，所述弯曲连接件(4)由pet材料制成。

6.一种仿蝠鲼扑翼装置，其特征在于，包括权利要求1至5任意一项所述的电活性双稳态弯扭机构(100)，还包括航行器主干(9)和若干柔性鳍条(10)，所述航行器主干(9)左右两侧对称连接有若干所述电活性双稳态弯扭机构(100)且每侧的若干所述电活性双稳态弯扭机构(100)沿所述航行器主干(9)长度方向分布，每个所述电活性双稳态弯扭机构(100)上且远离所述航行器主干(9)的一端连接有一所述柔性鳍条(10)。

7.根据权利要求6所述的仿蝠鲼扑翼装置，其特征在于，若干所述柔性鳍条(10)呈左右对称分布。

技术总结本发明提供一种电活性双稳态弯扭机构及仿蝠鲼扑翼装置，涉及软体驱动器技术领域，以解决现有技术中的仿生机器鱼体积较大、生物亲和性差、能量效率低以及噪音较大的技术问题；一种电活性双稳态弯扭机构，包括第一硬质板材、第二硬质板材和弹性体，弹性体包括第一连接部、第二连接部和处于拉伸状态的拉伸部，第一连接部上端面和第二连接部上端面分别连接有一第一硬质板材，第一连接部下端面和第二连接部下端面分别连接有一第二硬质板材，第一连接部前部和第二连接部前部之间、第一连接部后部与第二连接部后部之间均设有一弯曲连接件，两个第一硬质板材前部之间、后部之间以及两个第二硬质板材前部之间、后部之间均通过一TCPF驱动器连接。技术研发人员：刘学婧,周东辉,裴毓,张敏慧,李靖,曹永辉,潘光受保护的技术使用者：西北工业大学宁波研究院技术研发日：技术公布日：2024/6/30