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1、第29卷第3期机器人ROBOTVol.29,No.32007年5月May,2007文章编号:100220446(2007)03202072073NiTi形状记忆合金驱动的仿生鱼鳍的研究章永华,何建慧,张世武,董二宝,杨杰(中国科学技术大学精密机械与精密仪器系,安徽合肥230026)摘要:为了提高仿鱼型推进器在水中运动的灵活性,选择了典型的依靠腹部绸带状鱼鳍波动运动产生推进力的黑色魔鬼刀鱼进行研究,对此绸带状鱼鳍的形态和运动机理进行了分析,同时对鱼鳍的结构进行简化.基于绸带状鱼鳍的这种简化模型设计了形状记忆合金驱动的仿生鱼鳍.介绍了鱼鳍的机械结
2、构和相应的控制电路.重点推导了仿生鱼鳍波状运动时理论上能到达的推进速度和产生的推进力;并采用数值仿真给出了波动推进时仿生鱼鳍表面的压力分布以及推进力随时间的周期变化规律.将数值仿真结论和先前的实验结果进行了比较,验证了数值仿真的合理性和正确性.通过上述分析,说明基于形状记忆合金驱动的仿生鱼鳍的研究是很有意义而且可行的.关键词:形状记忆合金;仿生鱼鳍;计算流体动力学;水下推进器;黑色魔鬼刀鱼中图分类号:TP24文献标识码:AResearchonBiomimeticFishFinDrivenbyNiTiShapeMemoryAlloyZHANGY
3、ong2hua,HEJian2hui,ZHANGShi2wu,DONGEr2bao,YANGJie(DepartmentofPrecisionMachineryandPrecisionInstrumentation,UniversityofScienceandTechnologyofChina,Hefei230026,China)Abstract:Inordertoimprovethemaneuverabilityofunderwaterbiomimeticfish2likepropulsor,werecentlystudyblackghos
4、tknifefishwhichtypicallyusesundulatorylocomotionofventralribbonfintoproducethrust.Themorphologyandkine2maticsofthisribbonfinisanalyzed.Meanwhile,thefinmodelissimplified,andaroboticfishfindrivenbyshapememoryalloy(SMA)isdeveloped.Then,themechanicalstructureandcorrespondingcon
5、trolcircuitofthisbiomimeticrobotfinareintroduced.Particularly,theswimmingvelocityandthrustgeneratedbyundulatorymotionofthedevelopedroboticfinareanalyzedtheoretically.Furthermore,acomputationalfluiddynamics(CFD)methodisusedtoshowpressuredistributiononroboticfinsurfaceaswella
6、stheperiodicalchangeofgeneratedswimmingthrustwithtime.Thesecomputationalresultsarecomparedwithpreviousexperimentalvalue,indicatingthatthesecomputationalresultsarereasonableandcorrect.AlltheseresultsshowthatitpsaveryinterestingandfeasibletostudytheSMAdrivenroboticfishfin.Key
7、words:shapememoryalloy(SMA);biomimeticfin;computationalfluiddynamics(CFD);underwaterpropulsionsystem;blackghostknifefish1引言(Introduction)航推进方式.和BCF模式相比,鱼类的MPF推进模式主要用于实现机动游和调节稳定性,也可以作为当前地球上25000多种的鱼类经过近512亿年[1]鱼类低速游动时推进力的主要来源.MPF推进模式的自然选择,已经进化出了非凡的水中运动能力.又可以细分为rajiform、amiif
8、orm、diodontiform、labri2它们既可以实现低能耗、高效率的巡游,也可以实现转弯和制动等高机动性运动.在长期的进化过程中,form、balistif
