基于智能材料的关节型仿生机器鱼的研究

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1、哈尔滨T程大学硕十学位论文摘要随着陆地资源的日益枯竭，人类将大规模的开发和利用海洋的各种资源。为了适应这种需求，各种环境的水下潜器和水下机器人将会得到迅猛的发展。基于智能材料驱动的水下微型机器鱼相比传统电机驱动的机器鱼具有无污染、无噪声、隐蔽性高、易于微型化、较低的驱动电压、快速的响应、结构简单等诸多优点，因此逐渐成为水下微型机器鱼研究的热点和发展方向，国际越来越多的人投入此项研究，相信在未来有着更好的发展前景。本文提出了一种基于智能材料的关节型仿生机器鱼。由一片离子导电聚合物薄膜(ICPF)材料作为仿生机器鱼的鱼尾。由两根形状记忆合金(

2、SMA)弹簧构成仿生机器鱼的关节。本文了解了这两种智能材料的属性，研究智能材料作为驱动元件的驱动机理，获取ICPF和SMA材料的特性参数。接着本文分析了仿生机器鱼结构和运动机理。在运动机理分析和结构参数优化的基础上，建立了ICPF驱动器和SMA驱动器的输出力动态模型；并且，本文还对两种驱动器的运动路径做了规划和分析，从而证明其尺寸的合理性。针对该模型的运动特点，设计了基于AVR单片机的SMA驱动模块和ICPF驱动模块，建立了整个推进系统的硬件平台。论文最后建立了仿生机器鱼实验系统，对仿生机器鱼进行了驱动性能测试和推进实验，验证系统设计的可

3、行性。从实验和分析，可以看到，设计的仿生机器鱼是简易并且合理的。关键词：仿生机器鱼；离子导电聚合物薄膜；形状记忆合金；动力学模型哈尔滨丁程大学硕十学位论文AbstractWiththeincreasingdepletionoflandresources，peoplewilldevelopandutilizatemarineresourcesonalargescale．Inordertoadapttothisdemand，avarietyofsubmersiblevehicleandunderwaterrobotwillbedevelope

4、drapidly．Themicrorobotbasedonsmartmaterialshasthefeaturesofnon-pollution,non-noise，highconcealment，lowdrivingvoltage，simplestructureandSOoncomparetothetraditionalmicromotors，SOthemicrorobothasapromisingdevelopmenttrendandapplicationpotentialinthefuture．Inthispaper,wepropo

5、seanovelprototypemodelofabionicrobotfishwithjointstylebasedonintelligentmaterials．OnepieceofIonicconductingpolymerFilm(ICPF)issetonthetailofthebionicrobotfish．And2piecesofshapememoryalloy(SMa)materialsaresetinthebodyoftherobotfishasthejoint．Weunderstandthepropertiesofsmar

6、tmaterials，researchthemotionmechanismofICPFandSMAmaterials．wediscussedthestructureandthemotionmechanism．Basedontheanalysisofkinematicsandoptimizationofstructureparameters，thedynamicmodelswhichillustrateoutputforceofSMAarebuilt．Inaddition，wehavedonetheexercisepathplanninga

7、ndanalysisofthetwodrivers，whichCandemonstratethereasonablenessofitssize．Accordingtothecharacteristicofmovementofthemicrorobot，wedesignedahardwaredrivingmoduleforSMAbasedonAVRmicrocontrollerandICPFdrivingmodule，andestablishedthehardwareplatformoftheentirepropulsionsystem．A

8、ttheendofthispaper，weestablishedtheexperimentalplatformtotestthedrivingperformanceandthepropulsi