CN110949644A - 一种sma丝轴向驱动的水下推进装置 - Google Patents

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Abstract

一种SMA丝轴向驱动的水下推进装置，属于机器人技术领域。本发明解决了现有的螺旋桨水下推进系统产生噪声，造成水下隐身性能差的问题。所述腔体为弹性橡胶材质且呈单波形腰鼓状结构，两个端盖分别盖设在腔体的两端，每个端盖的中心位置均开设有通孔，所述出口单向阀和所述入口单向阀一一对应穿装在两个通孔内，SMA丝驱动组件同轴套设在腔体上且与腔体紧密接触，且SMA丝驱动组件的两端分别与两个端盖固接，SMA丝驱动组件通电时沿腔体轴向收缩，断电时恢复。过控制SMA丝的快速通断电，可实现整个推进装置的无声连续推进动作。腔体一方面对SMA丝的伸长起引导作用，另一方面腔体内形成负压，通过入口单向阀对腔体内流体进行补充。

Description

一种SMA丝轴向驱动的水下推进装置
技术领域
本发明涉及一种水下推进装置，具体涉及一种SMA丝轴向驱动的水下推进装置，属于机器人技术领域。
背景技术
传统的水下推进装置一般采用螺旋桨推进，在行进过程中会产生一定的噪声。对于军事用途的水下探测器等装置，这一缺点对声隐身、水声通讯及导航等有重要的影响。造成水下隐射性能差，不利于水下侦查装置的隐蔽及存活。
发明内容
本发明是为了解决现有的螺旋桨水下推进系统产生噪声，造成水下隐身性能差的问题，进而提供了一种SMA丝轴向驱动的水下推进装置。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种SMA丝轴向驱动的水下推进装置，它包括腔体、出口单向阀、入口单向阀、SMA丝驱动组件及两个端盖，
所述腔体为弹性橡胶材质且呈单波形腰鼓状结构，两个端盖分别盖设在腔体的两端，每个端盖的中心位置均开设有通孔，所述出口单向阀和所述入口单向阀一一对应穿装在两个通孔内，SMA丝驱动组件同轴套设在腔体上且分别与两个端盖紧密接触，且SMA丝驱动组件的两端分别与两个端盖固接，SMA丝驱动组件通电时沿腔体轴向收缩，断电时恢复。
进一步地，所述SMA丝驱动组件包括两根导线、若干SMA丝及若干接线端子，其中若干SMA丝沿腔体周向布置在腔体的外侧且均与腔体的中心轴线平行设置，每根SMA丝的两端分别穿装在两个端盖上，两根导线分别设置在若干SMA丝的两端，其中一根导线与若干SMA丝的一端对应通过若干接线端子固接，另一根导线与若干SMA丝的另一端对应通过若干接线端子固接，接线端子的数量是SMA丝的数量的二倍，每个端盖上均开设有环形凹槽，两根导线一一对应布置在两个环形凹槽内，每根SMA丝外部均包覆有绝缘管，每个端盖的外部均包覆有硅胶绝缘套。
进一步地，每个端盖上各开设有若干阶梯孔，若干SMA丝分别通过接线端子对应卡设在若干阶梯孔内。
进一步地，若干SMA丝均布在腔体外侧。
进一步地，端盖通过粘接剂粘接在腔体两端。
进一步地，出口单向阀的出口以及入口单向阀的入口均位于腔体外侧。
进一步地，出口单向阀为隔膜式单向阀，开启压力＜0.5kPa，背压＞300kPa。
进一步地，入口单向阀为隔膜式单向阀，开启压力＜0.5kPa，背压＞300kPa。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
本申请通过控制SMA丝的快速通断电，可实现整个推进装置的无声连续推进动作。腔体一方面对SMA丝的伸长起引导作用，另一方面腔体内形成负压，通过入口单向阀对腔体内流体进行补充。
本申请以电为驱动源，流体的射流为驱动方式，实现水下推进装置的无声推进，提高水下侦查装置的隐蔽性和存活能力。
附图说明
图1为本申请拆除硅胶绝缘套的整体结构示意图；
图2为本申请的半剖视示意图；
图3为出口单向阀的立体结构示意图；
图4为端盖的立体结构示意图；
图5为硅胶绝缘套的立体结构示意图；
图6为SMA丝驱动组件的立体结构示意图
图7为腔体的立体结构示意图；
图8为入口单向阀的立体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～8说明本实施方式，一种SMA丝轴向驱动的水下推进装置，它包括腔体1、出口单向阀2、入口单向阀3、SMA丝驱动组件4及两个端盖5，
所述腔体1为弹性橡胶材质且呈单波形腰鼓状结构，两个端盖5分别盖设在腔体1的两端，每个端盖5的中心位置均开设有通孔，所述出口单向阀2和所述入口单向阀3一一对应穿装在两个通孔内，SMA丝驱动组件4同轴套设在腔体1上且分别与两个端盖5紧密接触，且SMA丝驱动组件4的两端分别与两个端盖5固接，SMA丝驱动组件4通电时沿腔体1轴向收缩，断电时恢复。所述腔体1作为整个推进装置的安装基础，具有一定的壁厚和承载能力。所述SMA丝驱动组件4套设在腔体1表面，SMA丝4-2之间保持均匀间距。端盖5为圆盘状结构。
所述SMA丝驱动组件4具有双程形状记忆功能，SMA丝驱动组件4中的SMA丝4-2通电时能产生收缩，对腔体1产生轴向的收缩力，带动两个端盖5沿腔体1轴向相对收缩。断电时SMA丝驱动组件4中的SMA丝4-2能在腔体1的弹性回复力作用下回复到自然伸长状态。
本申请的工作环境为水下，同时腔体1内填充满水。推进装置工作时，给所有SMA丝4-2供电，SMA丝4-2通电时产生轴向收缩，并提供一定的轴向驱动力，带动腔体1产生轴向收缩，使得腔体1内液体压强增大，通过出口单向阀2往外形成射流，产生一定的推进力前进。当SMA丝4-2断电时，橡胶腔体1储存的弹性应变能为SMA丝4-2提供回复力，使得SMA丝4-2回复到自由伸长状态，同时腔体1内容积增大，形成负压，通过入口单向阀3从外部环境吸水将整个腔体1充满，形成一个驱动循环。一方面腔体1对SMA丝4-2的伸长起引导作用，另一方面腔体1内形成负压，通过入口单向阀3对腔体1内流体进行补充。由于SMA丝4-2作动时间非常短，控制SMA丝4-2的快速通断电，可实现整个推进装置的无声连续推进动作。
所述SMA丝驱动组件4包括两根导线4-1、若干SMA丝4-2及若干接线端子4-3，其中若干SMA丝4-2沿腔体1周向布置在腔体1的外侧且均与腔体1的中心轴线平行设置，每根SMA丝4-2的两端分别穿装在两个端盖5上，两根导线4-1分别设置在若干SMA丝4-2的两端，其中一根导线4-1与若干SMA丝4-2的一端对应通过若干接线端子4-3固接，另一根导线4-1与若干SMA丝4-2的另一端对应通过若干接线端子4-3固接，接线端子4-3的数量是SMA丝4-2的数量的二倍，每个端盖5上均开设有环形凹槽，两根导线4-1一一对应布置在两个环形凹槽内，每根SMA丝4-2外部均包覆有绝缘管4-4，每个端盖5的外部均包覆有硅胶绝缘套4-5。如此设计，绝缘套套设在SMA丝4-2上后，其上SMA线两端的接线端子4-3通过工装将其两端夹紧。所有的SMA丝4-2两端分别通过两根导线4-1串联起来。导线4-1及SMA丝4-2的端部均设置在硅胶绝缘套4-5内部。两个硅胶绝缘套4-5分别对SMA丝驱动组件4的正、负极进行绝缘包覆。两个端盖5分别作为出口单向阀2、入口单向阀3以及接线端子4-3的安装接口。当对导线4-1通电时，所有SMA丝4-2同时收缩，使得腔体1轴向收缩，腔体1内流体压力增大，通过出口单向阀2往外喷射射流，产生推进力。当SMA丝驱动组件4断电时，腔体1释放弹性应变能产生轴向伸长，并带动所有SMA丝4-2恢复变形前长度，腔体1内压减小形成负压，通过入口单向阀3往腔体1内补充流体，完成一个驱动循环。所述绝缘管4-4为热缩管，包覆在SMA丝4-2上后，在热风机的作用下将SMA丝4-2包覆紧，起绝缘作用。接线端子4-3作为SMA丝4-2的安装接口，在SMA丝4-2穿过接线端子4-3两端端孔后，用工装将SMA丝4-2夹紧在接线端子4-3上。所述导线4-1有两根，分别串联起SMA丝4-2的正、负极两端，其固定在端盖5的环形凹槽内作为整个装置的电接口。
所述硅胶绝缘套4-5为圆盘状结构，材料为弹性硅橡胶。在SMA丝驱动组件4全部连接完成后，将两侧端盖5依次放入盛有液态硅橡胶的模具当中进行绝缘包覆，硅橡胶应能将SMA丝驱动组件4浸没。硅橡胶凝固后所形成的绝缘包覆层即硅胶绝缘套4-5。
每个端盖5上各开设有若干阶梯孔，若干SMA丝4-2分别通过接线端子4-3对应卡设在若干阶梯孔内。
若干SMA丝4-2均布在腔体1外侧。
端盖5通过粘接剂粘接在腔体1两端。
出口单向阀2的出口以及入口单向阀3的入口均位于腔体1外侧。
出口单向阀2为隔膜式单向阀，开启压力＜0.5kPa，背压＞300kPa。如此设计，在腔体1轴向收缩时，腔体1内流体压力大于环境流体压力，出口单向阀2开启，入口单向阀3关闭，腔体1内流体沿着出口单向阀2往外喷射；在腔体1径向膨胀时，腔体1内流体压力小于环境流体压力，出口单向阀2关闭，入口单向阀3开启，外部流体沿着入口单向阀3流入腔体1内，完成一个驱动循环。
入口单向阀3为隔膜式单向阀，开启压力＜0.5kPa，背压＞300kPa。

Claims (8)

1.一种SMA丝轴向驱动的水下推进装置，其特征在于：它包括腔体(1)、出口单向阀(2)、入口单向阀(3)、SMA丝驱动组件(4)及两个端盖(5)，
所述腔体(1)为弹性橡胶材质且呈单波形腰鼓状结构，两个端盖(5)分别盖设在腔体(1)的两端，每个端盖(5)的中心位置均开设有通孔，所述出口单向阀(2)和所述入口单向阀(3)一一对应穿装在两个通孔内，SMA丝驱动组件(4)同轴套设在腔体(1)上且分别与两个端盖(5)紧密接触，且SMA丝驱动组件(4)的两端分别与两个端盖(5)固接，SMA丝驱动组件(4)通电时沿腔体(1)轴向收缩，断电时恢复。
2.根据权利要求1所述的一种SMA丝轴向驱动的水下推进装置，其特征在于：所述SMA丝驱动组件(4)包括两根导线(4-1)、若干SMA丝(4-2)及若干接线端子(4-3)，其中若干SMA丝(4-2)沿腔体(1)周向布置在腔体(1)的外侧且均与腔体(1)的中心轴线平行设置，每根SMA丝(4-2)的两端分别穿装在两个端盖(5)上，两根导线(4-1)分别设置在若干SMA丝(4-2)的两端，其中一根导线(4-1)与若干SMA丝(4-2)的一端对应通过若干接线端子(4-3)固接，另一根导线(4-1)与若干SMA丝(4-2)的另一端对应通过若干接线端子(4-3)固接，接线端子(4-3)的数量是SMA丝(4-2)的数量的二倍，每个端盖(5)上均开设有环形凹槽，两根导线(4-1)一一对应布置在两个环形凹槽内，每根SMA丝(4-2)外部均包覆有绝缘管(4-4)，每个端盖(5)的外部均包覆有硅胶绝缘套(4-5)。
3.根据权利要求2所述的一种SMA丝轴向驱动的水下推进装置，其特征在于：每个端盖(5)上各开设有若干阶梯孔，若干SMA丝(4-2)分别通过接线端子(4-3)对应卡设在若干阶梯孔内。
4.根据权利要求2或3所述的一种SMA丝轴向驱动的水下推进装置，其特征在于：若干SMA丝(4-2)均布在腔体(1)外侧。
5.根据权利要求4所述的一种SMA丝轴向驱动的水下推进装置，其特征在于：端盖(5)通过粘接剂粘接在腔体(1)两端。
6.根据权利要求1、2、3或5所述的一种SMA丝轴向驱动的水下推进装置，其特征在于：出口单向阀(2)的出口以及入口单向阀(3)的入口均位于腔体(1)外侧。
7.根据权利要求6所述的一种SMA丝轴向驱动的水下推进装置，其特征在于：出口单向阀(2)为隔膜式单向阀，开启压力＜0.5kPa，背压＞300kPa。
8.根据权利要求7所述的一种SMA丝轴向驱动的水下推进装置，其特征在于：入口单向阀(3)为隔膜式单向阀，开启压力＜0.5kPa，背压＞300kPa。
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