基于IPMC仿生机器鱼推进效率实验研究

《基于IPMC仿生机器鱼推进效率实验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、2014年12月第40卷第12期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsDeeember2014V01．40No．12基于IPMC仿生机器鱼推进效率实验研究沈奇韩晨皓王田苗梁健宏(北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191)摘要：对由离子聚合物金属复合材料(IPMC，IonicPolymer．MetalComposite)智能材料驱动的仿生机器鱼的推进效率开展了实验研究．为了测量机器鱼的推进性能，使用了一种新型的实验设备完成流体动力学

2、实验．在伺服拖拽系统下，IPMC机器鱼在一个外力为零的环境下自推进前进．通过实验测得在IPMC驱动频率为1Hz时有最佳的推进效率2．3×10～，在1．2Hz时有最大的推进力0．0253N，在1．5Hz时有最大速度0．021m／s，同时在2．6Hz时有最大输出功率0．36W．实验结果表明，在使机器鱼获得最佳推进效率的最优驱动频率下，机器鱼也能获得较高的推进速度．该推进效率测量方法同样可以应用在研究其他基于智能材料的水下机器人运动实验研究中．关键词：仿生机器鱼；推进效率测试；离子聚合物金属复合材料；自主推进；水动力学实验中图分类号：TP

3、24文献标识码：A文章编号：1001．5965(2014)12．1730-06ExperimentalinvestigationofbiomimeticroboticfishactuatedbyIPMCShenQiHanChenhaoWangTianmiaoLiangJianhong(SchoolofMechanicalEngineeringandAutomation，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstract：Thethrus

4、tefficiencyofabiomimeticroboticfishwasexperimentallymeasured，whichwaspro-pelledbyanionicpolymer-metalcomposite(IPMC)actuator．Inordertotestthethrustperformanceofthero—boticfish，anovelexperimentalapparatuswasdevelopedforhydrodynamicexperiments．UnderaselTotowingsystem，the

5、IPMCfishswamataself-propelledspeedwhereexternalforceisaveragelyzero．Amaximumthrustefficiencyof2．3×10～at1Hzwasrecordedexperimentally，themaximumthrustforcewas0．0253N，recordedat1．2Hz，whilethemaximumspeedwas0．021m／s，recordedat1．5Hz，andapeakpowerof0．36Wwasrecordedat2．6Hz．Ad

6、ditionally，theoptimalactuationfrequencyforthethrustefficiencywasalsore—cordedatthemaximumself-propelledspeed．Thepresentmethodofexaminingthethrustefficiencymayalsobeappliedtothestudiesofothertypesofsmartmaterialactuatedunderwaterrobots．Keywords：biomimeticroboticfish；thr

7、ustefficiencymeasurement；ionicpolymer—metalcomposites；self-propulsion；hydrodynamicexperiment水下无人航行器在各个领域都被广泛地使用．受自然界生物启发，全世界的科学家和工程师设计了一系列的仿生水下机器人．智能材料的发展和应用同样对水下仿生机器人的发展起到了重要的作用¨“。．在水下仿生机器人的推进模式的选择上，离子聚合物金属复合材料(IPMC，IonicPolymer-MetalComposite)是一种很有前景的材料"“。．它由离子聚合膜和作为

8、电极镀在在两侧的金或者铂金属组成．如果在它们的厚度方向上施加一个电场，它就会弯曲，反之亦然．另外，如果给它施加一个外力，同样可以得到一个可观测的电压值．它具有低触发电压(1—2V)、低能耗和高收稿日期：2014-01-08；网络出版时