CN104443331A 说明书 1/4页 内嵌式柔性关节驱动的仿水母水下推进装置 技术领域 [0001] 本发明涉及一种仿水母水下推进装置，属于仿生水下推进系统领域。 背景技术 [0002] 当前全球人口和工业处于高速发展态势，人类已经意识到陆地上可探明的有限的 能源以及一些生产材料等都有可能会在未来一个时期内消耗完，如何解决这个生存矛盾已 经成为国际上一个重大的挑战。在这个社会发展背景之下，人们在寻求陆地可替换资源的 同时，还积极向占海洋进军，海洋活动及其相关的竞争也日趋激烈。 [0003]人类的海洋生产、科研等活动都基本要借助于船、潜艇、水下探测器等推进装置。 这些推进装置往往采用的是传统的螺旋桨推进技术，这种技术发展历史比较悠久，技术也 比较成熟，因此系统的设计、制造和加工维护的成本都比较低：但也具有一些本质上没法克 服的弊端，如水动噪声大、存在潜在的空化和疲劳破坏、推进效率低，且在运动过程中在尾 部形成的高能量涡流会影响海洋生物的生存甚至是起到负面的影响。从本质上来说，采用 螺旋桨推进技术的水下航行器并不具备环境友好、运动高效的特点，受益于海洋生物的启 发，人类逐步从仿生工程学的角度去研究海洋生物的运动，以期开发出新型绿色、高效、节 能、环境友好的航行器。 [0004]海洋生物经过长期“适者生存”的进化过程，具备了在复杂自然环境中觅食、繁殖、 抵抗天敌侵略等本领。除了在理化方面的一些特殊功能之外，如变色、释放毒液、发光灯，海 洋生物适应环境的生存能力很大程度上得益于其善于利用周围环境进行流动控制，实现低 噪音、高效率、高机动性的推进性能。按照生物力学的角度，海洋游动生物的推进模式主要 有躯体尾鳍模式、胸鳍模式、射流模式这三种，其中前两种常见于多数鱼类，而射流模式则 主要见于乌贼、水母等生物的运动中。研究表明，采用射流模式推进的水母，其输运能耗比 其他的生物都要低，即水母喷水推进的运动模式比其它海洋生物的游动都较为高效节能。 此外水母还具有分布范围广、目标隐蔽性强、自然天敌少等优点，因此也成了最近几年仿生 推进领域的一个重要研究热点。基于不同的推进原理和驱动形式，研究人员相继开发出来 多种机器水母。 [0005]经文献检索，公开日为2007年8月22日、公开号为CN101020498的发明名称为“机 器仿生水母”的专利申请，它首次提出了一种采用电磁铁作为驱动本体，通过带动复位弹簧 拉动挡板来实现收缩和舒张的效果，所述的装置采用两个腔体，通过反相控制两个腔体的 运动，来交替完成吸水和喷水的过程，进而提高推进效率，但其结构较为复杂，且与真实水 母的动作原理有较大区别。 [0006]授权公开日为2014年8月13日、授权公开号为CN102795069B的发明名称为“复 合驱动的仿水母两栖机器人”的发明专利，它首次提出了一种采用形状记忆合金SMA和离子 交换聚合金属材料IPMC复合驱动的仿生水母。水母壳体的伸缩由SMA带动两个圆盘进行 往复运动进行实现，而水母的触手则由IPMC进行驱动。这种复合驱动的方案使得该机器水 母具有直线巡游和偏航的多种运动模式。但由于内部采壳体的驱动是由刚性连杆进行传递 3