CN111498072A - 一种可变形仿生鱼鳍结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可变形仿生鱼鳍结构及其制备方法，包括绝缘骨架（1）、PVC‑gel薄膜（2）和电极（3）组成，绝缘骨架（1）、PVC‑gel薄膜（2）交替排列为鱼鳍状，电极（3）包括正电极和负电极，正电极和负电极分别设置在PVC‑gel薄膜（2）对称的前后两侧，通过对正电极和负电极设置不同电压改变仿生鱼鳍结构的形状。优点：本发明的可变形仿生鱼鳍结构能够通过对正负极设置的电压不同改变仿生鱼鳍结构的形状，辅助机器鱼完成保持平衡、转方向、停止、加速等动作，且在工作过程中不产生噪音；本发明的制备方法制备的各部件结构精确，装配简单，不需要复杂装配过程。

Description

一种可变形仿生鱼鳍结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种可变形仿生鱼鳍结构及其制备方法，属于仿生机器人制造领技术领域。
背景技术
机器鱼是一种模仿鱼类在水中游泳，基于仿生学原理涉及制造的新型水下机器人结构。新加坡国立大学的研究人员在2017年开发出一款名为“MantaDroid”的水下仿生机器鱼。2018年3月，美国麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室开发出一种名为“SoFi”的仿生软体机器鱼。在设计过程中，机器鱼的常见推进模式为借助鱼体波动或尾鳍摆动运动提供推进力，头部转动完成改变方向，且现有机器鱼大多利用马达驱动，大部分零件由金属制成，在体积，重量和外观上对机器鱼的设计有了限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种可变形仿生鱼鳍结构及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种可变形仿生鱼鳍结构，包括绝缘骨架（1）、PVC-gel薄膜（2）和电极（3）组成，绝缘骨架（1）、PVC-gel薄膜（2）交替排列为鱼鳍状，电极（3）包括正电极和负电极，正电极和负电极分别设置在PVC-gel薄膜（2）对称的前后两侧，通过对正电极和负电极设置不同电压改变仿生鱼鳍结构的形状。
进一步的，所述电极（3）为长方形金属箔片。具有尺寸小，噪音弱，导电性好的特点。
进一步的，所述PVC-gel薄膜（2）的厚度为0.2-1mm。尽可能的减轻了结构重量，更适用于小型机器鱼。所述金属箔片的厚度为0.03-0.1mm。所述绝缘骨架（1）采用轻质绝缘骨架，其厚度为0.5-2mm。所述电压为0-2700V，频率为1-20HZ。尽可能的减轻了结构重量，更适用于小型机器鱼。
一种可变形仿生鱼鳍结构的制备方法，包括以下步骤：
S1、切割金属箔片作为正负极；
S2、采用浇筑或3D打印的方法制作PVC-gel薄膜，按照尺寸裁剪轻质绝缘骨架和PVC-gel薄膜；
S3，将步骤S1制作的正负极、步骤S2制作的PVC-gel薄膜（2）和轻质绝缘骨架（1）利用硅橡胶粘合剂粘结在一起制成可变形的仿生鱼鳍结构。
本发明所达到的有益效果：
本发明的可变形仿生鱼鳍结构PVC-gel制作的可变形仿生鱼鳍具有重量轻，响应快，形状可变的优点，能够突破原有限制，适应多种环境，且使用该种鱼鳍的机器鱼可做到重量更轻、体积更小、应用前景更广泛；
本发明的可变形仿生鱼鳍结构能够通过对正负极设置的电压不同改变仿生鱼鳍结构的形状，辅助机器鱼完成保持平衡、转方向、停止、加速等动作，且在工作过程中不产生噪音；
本发明的制备方法制备的各部件结构精确，装配简单，不需要复杂装配过程。
附图说明
图1为本发明的可变形仿生鱼鳍结构示意图；
图2（a）为未加电压时PVC-gel薄膜状态，2（（b）为加直流电压后，PVC-gel薄膜变形状态；
图3为本发明PVC-gel薄膜与正负极材料示意图；
图4（a）和4（b）为本发明的仿生鱼鳍结构通电变形的效果示意图，其中（a）为未加电压时结构状态，（b）为加电压时结构状态；
图5为0.6mm的PVC-gel薄膜通电弯曲角度随电压变化关系图；
其中：1为绝缘骨架；2为PVC-gel薄膜；3为电极。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1、2（a）、2（b）、3所示，本发明的一种可变形仿生鱼鳍结构，包括PVC-gel薄膜2、绝缘骨架1和正负电极3。PVC-gel薄膜2的厚度为0.2-1mm，电极3为金属箔片，厚度为0.03-0.1mm，绝缘骨架1为轻质绝缘骨架厚度为0.5-2mm。电极3为长方形薄膜结构。正负极分别位于PVC-gel薄膜2的底端两侧。 PVC-gel薄膜2和轻质绝缘骨架交替排列构成可变形的仿生鱼鳍结构。
给可变形仿生鱼鳍结构施加电压，PVC-gel薄膜2能快速弯曲，撤去电压后能快速恢复原始状态。
通过给不同PVC-gel薄膜2上的电极3设置不同的电压可将仿生鱼鳍改变成不同角度，通过调节频率大小可让PVC-gel完成波动。煽动等动作，辅助机器鱼加速或停止。
轻质绝缘骨架的具体材料可选用硅胶板、PU板等质量轻且绝缘的材料。
本发明还提供一种可变形仿生鱼鳍结构的制作方法，其过程如下：
S1、切割金属箔片作为电极3，电极3包括正电极和负电极；
S2、采用浇筑或3D打印的方法制作PVC-gel薄膜2，按照尺寸裁剪轻质绝缘骨架；
S3，将步骤S1制作的正电极和负电极、步骤S2制作的PVC-gel薄膜2和轻质绝缘骨架利用硅橡胶粘合剂粘结在一起制成可变形的仿生鱼鳍结构。
如图4（a）和4（b）所示，本发明提供了一种基于PVC-gel薄膜的可变形仿生鱼鳍结构，根据PVC-gel的电致变弯曲原理，可改变仿生鱼鳍的形状，达到辅助机器鱼转方向、停止等动作。
如图5所示，根据实验测得数据可知，PVC-gel在直流电压下的弯曲角度随电压大小改变，最大弯曲角度可达52度。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种可变形仿生鱼鳍结构，其特征在于，包括绝缘骨架（1）、PVC-gel薄膜（2）和电极（3）组成，绝缘骨架（1）、PVC-gel薄膜（2）交替排列为鱼鳍状，电极（3）包括正电极和负电极，正电极和负电极分别设置在PVC-gel薄膜（2）对称的前后两侧，通过对正电极和负电极设置不同电压改变仿生鱼鳍结构的形状。
2.根据权利要求1所述的可变形仿生鱼鳍结构，其特征在于，所述电极（3）为长方形金属箔片。
3.根据权利要求1所述的可变形仿生鱼鳍结构，其特征在于，所述PVC-gel薄膜（2）的厚度为0.2-1mm。
4.根据权利要求2所述的可变形仿生鱼鳍结构，其特征在于，所述金属箔片的厚度为0.03-0.1mm。
5.根据权利要求1所述的可变形仿生鱼鳍结构，其特征在于，所述绝缘骨架（1）采用轻质绝缘骨架，其厚度为0.5-2mm。
6.根据权利要求1所述的可变形仿生鱼鳍结构，其特征在于，所述电压为0-2700V，频率为1-20HZ。
7.一种可变形仿生鱼鳍结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、切割金属箔片作为正负极；
S2、采用浇筑或3D打印的方法制作PVC-gel薄膜，按照尺寸裁剪轻质绝缘骨架和PVC-gel薄膜；
S3，将步骤S1制作的正负极、步骤S2制作的PVC-gel薄膜（2）和轻质绝缘骨架（1）利用硅橡胶粘合剂粘结在一起制成可变形的仿生鱼鳍结构。
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