CN114701632A - 一种仿生乌贼水下推进器 - Google Patents
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Abstract
一种仿生乌贼水下推进器属仿生推进器技术领域，本发明的鸭嘴单向阀Ⅱ、橡胶弹性件Ⅱ、介电弹性体、橡胶弹性件Ⅰ和鸭嘴单向阀Ⅰ前后排列并固接，二鸭嘴单向阀开口朝前，介电弹性体由橡胶弹性件Ⅲ和二层VHB4910薄膜组成，二层VHB4910薄膜粘接于橡胶弹性件Ⅲ表面，电源线固接于二层VHB4910薄膜之间；二层VHB4910薄膜通电后使橡胶弹性件Ⅲ厚度减小表面积增加，橡胶弹性件Ⅲ向外舒张，反之缩回，循环往复实现仿生乌贼水下推进器的水中移动；本发明能有效解决现有的推进器结构复杂，隐蔽性差，噪声大的问题，且结构简单、操作简便，成本低廉，便于推广。
Description
技术领域
本发明属仿生推进器技术领域，具体涉及一种模仿乌贼的仿生水下推进器。
背景技术
普通的潜水勘探技术已经无法满足人们对海洋探索的需求，越来越多的水下工作被水下机器人取代，但其在水中的灵活性受到了水下推进器的限制。相对而言，螺旋桨推进器能够很好地契合体积较大灵活性要求不高的水下机器设备，但是对灵巧性要求高、尺寸小的水下机器设备并不适用，不仅难以适合复杂多变水底环境，而且噪声问题限制了其在特定场景的应用。因此，开发灵活、高效、小尺寸的水下推进器具有重要的工程实际意义，在石油开采、海底矿藏调查、管道检修、海上养殖、江河水库检修以及军事等领域具有广阔的应用前景。
乌贼经过数亿年的自然进化，它以外套膜强有力地收缩将外套膜腔内的水沿着漏斗从嘴中喷出，使乌贼受到与水流方向相反的作用力，从而驱使乌贼运动，最快速度可达15m/s以上。喷射完成后，外套膜重新充水，周而复始，实现脉冲喷射推进。乌贼的喷水推进方式为小型水下机器人推进器设计提供了重要的设计思路。现有仿生乌贼推进器仍是使用传统的机械结构实现推进器功能，无法做到静音，而且体型尺寸也会受到机械结构尺寸的限制。
发明内容
本发明的目的在于克服目前喷水推进器结构复杂且噪声较大问题，提供一种不需通过机械结构，只需通过对介电弹性体通断电实现其扩张与收缩动作，实现静音状态下脉冲喷射推进的模仿乌贼的水下推进器。
本发明的一种仿生乌贼水下推进器，由橡胶弹性件ⅠA、介电弹性体B、橡胶弹性件ⅡC、鸭嘴单向阀Ⅰ1、电源线2和鸭嘴单向阀Ⅱ3组成，其中鸭嘴单向阀Ⅰ1和鸭嘴单向阀Ⅱ3为市售的部件，所述的橡胶弹性件ⅠA、橡胶弹性件ⅡC和橡胶弹性件Ⅲ5的硬度均为邵氏A40硬度。
橡胶弹性件ⅠA为空心平头锥台形，其后端面外径d1为：18-22mm、前端面外径d2为：45--50mm、高度h1为：12-15mm；厚度a1和厚度a2均为：1.8-2.5mm；橡胶弹性件ⅠA前端面圆周上均布半圆形凹槽Ⅱ4,半圆形凹槽Ⅱ4的半径r1为：6-7mm。
所述的介电弹性体B由橡胶弹性件Ⅲ5、HB4910薄膜Ⅰ6和VHB4910薄膜Ⅱ7组成，橡胶弹性件Ⅲ5为圆管形，其外径d3为：45-50mm、长度L1为：80-100mm、厚度a3为：1.8-2.5mm；VHB4910薄膜Ⅰ6和VHB4910薄膜Ⅱ7包裹于橡胶弹性件Ⅲ5外表面；VHB4910薄膜Ⅰ6的厚度c1和VHB4910薄膜Ⅱ7的厚度c2均为0.1mm。
所述的橡胶弹性件ⅡC为空心平头锥台形，其后端面外径d4为：45-50mm、前端面外径d5为：20-24mm、高度h2为：18-22mm、厚度a3和厚度a4均为：1.8-2.5mm；橡胶弹性件ⅡC后端面圆周上均布半圆形凹槽Ⅱ8,半圆形凹槽Ⅱ8的半径r2为：6-7mm。
非工作状态时，仿生乌贼水下推进器的橡胶弹性件ⅠA、介电弹性体B和橡胶弹性件ⅡC的总长度L为：110-117mm；其中橡胶弹性件ⅠA后端的鸭嘴单向阀Ⅰ安装台9的高度h3为：2.5-3mm。
鸭嘴单向阀Ⅰ1、橡胶弹性件ⅠA、介电弹性体B、橡胶弹性件ⅡC和鸭嘴单向阀Ⅱ3自后至前顺序排列并固接，电源线2固接于介电弹性体B的VHB4910薄膜Ⅰ6和VHB4910薄膜Ⅱ7之间；鸭嘴单向阀Ⅰ1和鸭嘴单向阀Ⅱ3的开口朝向前方。
所述的VHB4910薄膜Ⅰ6和VHB4910薄膜Ⅱ7作为介电弹性体B的材料，分别进行8个点的拉伸，拉伸比例为3×3，拉伸完成后在VHB4910薄膜Ⅰ6和VHB4910薄膜Ⅱ7接触面，即VHB4910薄膜Ⅰ6外面和VHB4910薄膜Ⅱ7里面涂抹柔性电极并粘接，其中柔性电极由Sylgard184硅胶和Fluid 20050CST硅油按1：1的比例混合，再添加五倍体积的正庚烷与体积分数20％的石墨粉末调为悬浊液而成。
当双层介电弹性体薄膜VHB4910薄膜Ⅰ6和VHB4910薄膜Ⅱ7通过电源线输送电流后，双层介电弹性体厚度减小表面积增加，橡胶弹性件向外舒张，切断电流后双层介电弹性体厚度增加表面积减小压缩橡胶弹性件，通过电流的通断可以实现仿生乌贼水下运动；橡胶弹性件舒张时外界的水通过鸭嘴单向阀Ⅰ进入橡胶弹性件内部、橡胶弹性件收缩时外界的水通过鸭嘴单向阀Ⅱ从橡胶弹性件内部排出，实现水流在橡胶弹性件内部单向的流动，实现整个仿生推进器在水中移动。
本发明结构简单、设计巧妙、成本低，能有效解决推进器体型大，噪声大，隐蔽性差的问题。
附图说明
图1为仿生乌贼水下推进器的剖视图；
图2为仿生乌贼水下推进器在未通电状态下的立体图；
图3为仿生乌贼水下推进器在通电状态下的立体图；
图4为橡胶弹性件ⅠA的剖视图；
图5为橡胶弹性件ⅠA的后视图；
图6为橡胶弹性件ⅠA的前视图；
图7为介电弹性体B的剖视图；
图8为橡胶弹性件ⅡC的剖视图；
图9为橡胶弹性件ⅡC的后视图；
图10为橡胶弹性件ⅡC的前视图；
图11为仿生乌贼水下推进器的尺寸标记图；
图12为鸭嘴单向阀的立体图；
其中：A.橡胶弹性件ⅠB.介电弹性体C.橡胶弹性件Ⅱ1.鸭嘴单向阀Ⅰ2.电源线3.鸭嘴单向阀Ⅱ4.半圆形凹槽Ⅰ5.橡胶弹性件Ⅲ6.VHB4910薄膜Ⅰ7.VHB4910薄膜Ⅱ8.半圆形凹槽Ⅱ9.鸭嘴单向阀Ⅰ安装台。
具体实施方式
下面结合附图描述本发明。
如图1至图3、图12所示，本发明的一种仿生乌贼水下推进器，由橡胶弹性件ⅠA、介电弹性体B、橡胶弹性件ⅡC、鸭嘴单向阀Ⅰ1、电源线2和鸭嘴单向阀Ⅱ3组成，其中鸭嘴单向阀Ⅰ1和鸭嘴单向阀Ⅱ3为市售的部件，所述的橡胶弹性件ⅠA、橡胶弹性件ⅡC和橡胶弹性件Ⅲ5的硬度均为邵氏A40硬度。
鸭嘴单向阀Ⅰ1、橡胶弹性件ⅠA、介电弹性体B、橡胶弹性件ⅡC和鸭嘴单向阀Ⅱ3自后至前顺序排列并固接，电源线2固接于介电弹性体B的VHB4910薄膜Ⅰ6和VHB4910薄膜Ⅱ7之间；鸭嘴单向阀Ⅰ1和鸭嘴单向阀Ⅱ3的开口朝向前方。
非工作状态时，仿生乌贼水下推进器的橡胶弹性件ⅠA、介电弹性体B和橡胶弹性件ⅡC的总长度L为：110-117mm；其中橡胶弹性件ⅠA后端的鸭嘴单向阀Ⅰ安装台9的高度h3为：2.5-3mm。
如图4至图6、图11所示，橡胶弹性件ⅠA为空心平头锥台形，其后端面外径d1为：18-22mm、前端面外径d2为：45--50mm、高度h1为：12-15mm；厚度a1和厚度a2均为：1.8-2.5mm；橡胶弹性件ⅠA前端面圆周上均布半圆形凹槽Ⅱ4,半圆形凹槽Ⅱ4的半径r1为：6-7mm。
如图7所示，所述的介电弹性体B由橡胶弹性件Ⅲ5、HB4910薄膜Ⅰ6和VHB4910薄膜Ⅱ7组成，橡胶弹性件Ⅲ5为圆管形，其外径d3为：45-50mm、长度L1为：80-100mm、厚度a3为：1.8-2.5mm；VHB4910薄膜Ⅰ6和VHB4910薄膜Ⅱ7包裹于橡胶弹性件Ⅲ5外表面；VHB4910薄膜Ⅰ6的厚度c1和VHB4910薄膜Ⅱ7的厚度c2均为0.1mm。
所述的VHB4910薄膜Ⅰ6和VHB4910薄膜Ⅱ7作为介电弹性体B的材料，分别进行8个点的拉伸，拉伸比例为3×3，拉伸完成后在VHB4910薄膜Ⅰ6和VHB4910薄膜Ⅱ7接触面，即VHB4910薄膜Ⅰ6外面和VHB4910薄膜Ⅱ7里面涂抹柔性电极并粘接，其中柔性电极由Sylgard184硅胶和Fluid 20050CST硅油按1：1的比例混合，再添加五倍体积的正庚烷与体积分数20％的石墨粉末调为悬浊液而成。
如图8至图10所示，所述的橡胶弹性件ⅡC为空心平头锥台形，其后端面外径d4为：45-50mm、前端面外径d5为：20-24mm、高度h2为：18-22mm、厚度a3和厚度a4均为：1.8-2.5mm；橡胶弹性件ⅡC后端面圆周上均布半圆形凹槽Ⅱ8,半圆形凹槽Ⅱ8的半径r2为：6-7mm。
Claims (2)
1.一种仿生乌贼水下推进器，由橡胶弹性件Ⅰ(A)、介电弹性体(B)、橡胶弹性件Ⅱ(C)、鸭嘴单向阀Ⅰ(1)、电源线(2)和鸭嘴单向阀Ⅱ(3)组成，其中鸭嘴单向阀Ⅰ(1)和鸭嘴单向阀Ⅱ(3)为市售的部件，其特征在于：所述的橡胶弹性件Ⅰ(A)、橡胶弹性件Ⅱ(C)和橡胶弹性件Ⅲ(5)的硬度均为邵氏A40硬度；橡胶弹性件Ⅰ(A)为空心平头锥台形，其后端面外径d1为：18-22mm、前端面外径d2为：45--50mm、高度h1为：12-15mm；厚度a1和厚度a2均为：1.8-2.5mm；橡胶弹性件Ⅰ(A)前端面圆周上均布半圆形凹槽Ⅱ(4),半圆形凹槽Ⅱ(4)的半径r1为：6-7mm；所述的介电弹性体(B)由橡胶弹性件Ⅲ(5)、HB4910薄膜Ⅰ(6)和VHB4910薄膜Ⅱ(7)组成；橡胶弹性件Ⅲ(5)为圆管形，其外径d3为：45-50mm、长度L1为：80-100mm、厚度a3为：1.8-2.5mm；VHB4910薄膜Ⅰ(6)和VHB4910薄膜Ⅱ(7)包裹于橡胶弹性件Ⅲ(5)外表面；VHB4910薄膜Ⅰ(6)的厚度c1和VHB4910薄膜Ⅱ(7)的厚度c2均为0.1mm；所述的橡胶弹性件Ⅱ(C)为空心平头锥台形，其后端面外径d4为：45-50mm、前端面外径d5为：20-24mm、高度h2为：18-22mm、厚度a3和厚度a4均为：1.8-2.5mm；橡胶弹性件Ⅱ(C)后端面圆周上均布半圆形凹槽Ⅱ(8),半圆形凹槽Ⅱ(8)的半径r2为：6-7mm；非工作状态时，仿生乌贼水下推进器的橡胶弹性件Ⅰ(A)、介电弹性体(B)和橡胶弹性件Ⅱ(C)的总长度L为：110-117mm；其中橡胶弹性件Ⅰ(A)后端的鸭嘴单向阀Ⅰ安装台(9)的高度h3为：2.5-3mm；鸭嘴单向阀Ⅰ(1)、橡胶弹性件Ⅰ(A)、介电弹性体(B)、橡胶弹性件Ⅱ(C)和鸭嘴单向阀Ⅱ(3)自后至前顺序排列并固接，电源线(2)固接于介电弹性体(B)的VHB4910薄膜Ⅰ(6)和VHB4910薄膜Ⅱ(7)之间；鸭嘴单向阀Ⅰ(1)和鸭嘴单向阀Ⅱ(3)的开口朝向前方。
2.根据权利要求1所述的仿生乌贼水下推进器，其特征在于：所述的VHB4910薄膜Ⅰ(6)和VHB4910薄膜Ⅱ(7)作为介电弹性体(B)的材料，分别进行8个点的拉伸，拉伸比例为3×3，拉伸完成后在VHB4910薄膜Ⅰ(6)和VHB4910薄膜Ⅱ(7)接触面，即VHB4910薄膜Ⅰ(6)外面和VHB4910薄膜Ⅱ(7)里面涂抹柔性电极并粘接，其中柔性电极由Sylgard184硅胶和Fluid200 50CST硅油按1：1的比例混合，再添加五倍体积的正庚烷与体积分数20％的石墨粉末调为悬浊液而成。
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