一种记忆合金驱动的仿生章鱼运动装置的制作方法

本发明属于仿生装置技术领域，特别是涉及一种记忆合金驱动的仿生章鱼运动装置。

背景技术：

仿生技术自古以来就深入到我们生活的方方面面，相对于仿生其他生物，仿生在水中运动的章鱼具有特殊意义。章鱼的运动方式比较独特，它的运动驱动来自于吸水和喷水，章鱼能向任何方向自由运动，而不受身体朝向的限制；它们有两套定向系统，章鱼能分别操控它们的身体朝向和它们的运动方向。

目前，已有一部分研究者在章鱼仿生方面做出了成果。例如刘阳辉等模仿章鱼触角的运动研究了一种运动稳定、多自由度的新型连续型内窥镜机器人；何建慧等仿照章鱼射流推进的游动模式采用电机驱动发明了一种仿生章鱼的全向射流推进装置。

记忆合金在很多领域都有研究。例如模仿鱼申请了一种形状记忆合金丝驱动的身体波动推进仿生机器鱼发明专利；模仿象鼻的运动申请了一种形状记忆合金弹簧驱动的柔性机械臂发明专利。记忆合金驱动相比内燃机驱动更加节能环保，并且直接作用于驱动物体上，减少了中间的传动装置，能量利用率更高。

通过关键词“章鱼and记忆合金”，发明人仅检索到骆浩华等根据章鱼等生物能够根据身体的受力情况自如的控制脚上的吸附力的特点，申请了一种基于多级形状记忆合金弹簧的仿生自适应吸附装置的发明专利，但该技术方案与本专利申请的相关性不大。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种更加节能环保，稳定性高的记忆合金驱动的仿生章鱼运动装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种记忆合金驱动的仿生章鱼运动装置，包括驱动运动机构及冷热水循环系统；

所述驱动运动机构包括前端圆盘和后端圆盘，在前端圆盘与后端圆盘之间分别设置有空心主轴、冷水管、热水管及复位弹簧导杆，所述空心主轴、冷水管、热水管及复位弹簧导杆均为可伸缩管；在所述空心主轴内设置有记忆合金弹簧，记忆合金弹簧的两端分别与空心主轴的两端固定连接，在复位弹簧导杆外套装有复位弹簧；在前端圆盘的外沿均匀设置有若干个前端运动臂，所述前端运动臂的一端通过连接件铰接在前端圆盘上，在后端圆盘的外沿均匀设置有若干个后端运动臂，所述后端运动臂的一端通过连接件铰接在后端圆盘上，另一端与前端运动臂的中部相铰接；

所述冷热水循环系统包括热腔、泵腔及电子元件箱，所述热腔、泵腔和电子元件箱固定连接，驱动运动机构的前端圆盘与热腔、泵腔或电子元件箱固定连接；在所述热腔内设置有电热器，电热器的电源线穿过热腔上的电热器出线口后，与电子元件箱内的电源相连接；在所述泵腔内设置有热水进水泵、热水出水泵、冷水进水泵及冷水出水泵，热水出水泵的输入端与热水管的内端相连通，热水出水泵的输出端与热腔相连通，热水进水泵的输入端与热腔相连通，热水进水泵的输出端与空心主轴的内端相连通；冷水出水泵的输入端与冷水管的内端相连通，冷水出水泵的输出端与泵腔的外部相连通，冷水进水泵的输入端与泵腔的外部相连通，冷水进水泵的输出端与空心主轴的内端相连通；所述冷水管、热水管和空心主轴的外端相连通，热水进水泵、热水出水泵、冷水进水泵及冷水出水泵的变压器设置在电子元件箱内，热水进水泵、热水出水泵、冷水进水泵及冷水出水泵的电源线穿过电线引出孔后，与电子元件箱内的电源相连接。

所述复位弹簧导杆和复位弹簧设置有两套。

所述记忆合金驱动的仿生章鱼运动装置还设置有卡具，所述卡具设置在前端圆盘与后端圆盘之间；在卡具上分别设置有热水管安装卡槽、主轴安装卡槽及冷水管安装卡槽，热水管设置在卡具的热水管安装卡槽内，冷水管设置在卡具的冷水管安装卡槽内，空心主轴设置在卡具的主轴安装卡槽内。

所述冷水管、热水管和空心主轴的外端通过第一三通水管相连通。

所述热水进水泵的输出端、冷水进水泵的输出端和空心主轴的内端通过第二三通水管相连通。

所述记忆合金弹簧的一端通过第一销钉固定在第一三通水管内，另一端通过第二销钉固定在第二三通水管内。

所述空心主轴和复位弹簧导杆采用伸缩套管，所述热水管和冷水管采用伸缩套管或软管。

本发明的有益效果：

本发明的记忆合金驱动的仿生章鱼运动装置具有重大意义。

在民用方面，章鱼拟态更加逼真，可以作为一种物理、生物教具上市。理论上，它有利于驱动方式的革新，改变以往传统的驱动方式，促进更多有关研究的发展。相比较电机驱动，记忆合金弹簧驱动更加节能环保，稳定性高。在制造方面，其结构相对简单，采用流水线生产，价格低廉，有利于在民用方面发展，作为水下观测、拍摄、运输等生活用处。

在军事方面，本发明的记忆合金驱动的仿生章鱼运动装置可作为水下侦探器，隐蔽性高，灵敏度强，速度快。相比较传统水下机器人，在水下运行，水声信号噪声小，提高了水声传感器的精度。

另外，本发明属于低频运动，减少了对水中鱼群等生物的影响，有利于生态环境的保护。

附图说明

图1为本发明的记忆合金驱动的仿生章鱼运动装置的结构示意图；

图2为图1的I部放大图；

图3为图1的II部放大图；

图4为图1中卡具的结构示意图；

图5为图1中前端圆盘与连接件连接后的结构示意图；

图6为图1中前端圆盘、后端圆盘、连接件、热水管、冷水管、主轴及第一三通水管连接后的结构示意图；

图7为图1中主轴与其两端的三通水管连接后的结构示意图；

图8为图7的A-A剖视图；

图9为图1中泵腔的结构示意图；

图10为图9的俯视图；

图中：1-热腔，2-泵腔，3-电子元件箱，4-电热器出线口，5-中间水管，6-冷水管，7-空心主轴，8-热水管，9-前端运动臂，10-后端运动臂，11-前端圆盘，12-后端圆盘，13-连接件，14-复位弹簧，15-复位弹簧导杆，16-卡具，17-复位弹簧杆端卡件，18-热水管安装卡槽，19-主轴安装卡槽，20-冷水管安装卡槽，21-复位弹簧导杆安装孔，22-冷水管安装孔，23-热水管安装孔，24-主轴安装孔，25-第一三通水管，26-第二三通水管，27-记忆合金弹簧，28-第一销钉，29-第二销钉，30-热水进水泵，31-冷水出水泵，32-热水出水泵，33-冷水进水泵，34-电线引出孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～图10所示，一种记忆合金驱动的仿生章鱼运动装置，包括驱动运动机构及冷热水循环系统。

所述驱动运动机构包括前端圆盘11和后端圆盘12，在前端圆盘11和后端圆盘12上分别设置有主轴安装孔24、热水管安装孔23、冷水管安装孔22及复位弹簧导杆安装孔21；在前端圆盘11与后端圆盘12之间分别固定设置有空心主轴7、冷水管6、热水管8及复位弹簧导杆15，所述空心主轴7、冷水管6、热水管8及复位弹簧导杆15均为可伸缩管，空心主轴7和复位弹簧导杆15采用伸缩套管，热水管8和冷水管6采用伸缩套管或软管，所述伸缩套管的中间缝隙处用橡胶圈密封；在所述空心主轴7内设置有记忆合金弹簧27，记忆合金弹簧27的两端分别与空心主轴7的两端固定连接，在本实施例中，所述记忆合金弹簧27的一端通过第一销钉28固定在第一三通水管25内，另一端通过第二销钉29固定在第二三通水管26内，为了防止漏水，在第一销钉28和第二销钉29插入前加入橡胶圈；在复位弹簧导杆15外套装有复位弹簧14，复位弹簧14通过复位弹簧杆端卡件17设置在复位弹簧导杆15上，在本实施例中，所述复位弹簧导杆15和复位弹簧14设置有两套；在前端圆盘11的外沿均匀设置有若干个前端运动臂9，所述前端运动臂9的一端通过连接件13铰接在前端圆盘11上，在后端圆盘12的外沿均匀设置有若干个后端运动臂10，所述后端运动臂10的一端通过连接件13铰接在后端圆盘12上，另一端与前端运动臂9的中部相铰接；在本实施例中，所述前端运动臂9的长度为706mm，后端运动臂10的长度为312mm。

所述冷热水循环系统包括热腔1、泵腔2及电子元件箱3，所述热腔1、泵腔2和电子元件箱3用耐高温防水的专用胶固定连接，形成一个整体，驱动运动机构的前端圆盘11与热腔1、泵腔2或电子元件箱3固定连接；在所述热腔1内设置有电热器，电热器的电源线穿过热腔1上的电热器出线口4后，与电子元件箱3内的电源相连接；在所述泵腔2内按照就近以及管道尽量少弯折原则，设置有热水进水泵30、热水出水泵32、冷水进水泵33及冷水出水泵31，热水出水泵32的输入端与热水管8的内端相连通，热水出水泵32的输出端与热腔1通过中间水管5相连通，热水进水泵30的输入端与热腔1通过中间水管5相连通，热水进水泵30的输出端与空心主轴7的内端相连通；冷水出水泵31的输入端与冷水管6的内端相连通，冷水出水泵31的输出端与泵腔2的外部通过中间水管5相连通，冷水进水泵33的输入端与泵腔2的外部通过中间水管5相连通，冷水进水泵33的输出端与空心主轴7的内端相连通；所述冷水管6、热水管8和空心主轴7的外端通过第一三通水管25相连通，所述热水进水泵30的输出端、冷水进水泵33的输出端和空心主轴7的内端通过第二三通水管26相连通。热水进水泵30、热水出水泵32、冷水进水泵33及冷水出水泵31的变压器设置在电子元件箱3内，并进行密封处理，热水进水泵30、热水出水泵32、冷水进水泵33及冷水出水泵31的电源线穿过电线引出孔34后，与电子元件箱3内的电源相连接。

所述记忆合金驱动的仿生章鱼运动装置还设置有卡具16，所述卡具16设置在前端圆盘11与后端圆盘12之间；在卡具16上分别设置有热水管安装卡槽18、主轴安装卡槽19及冷水管安装卡槽20，热水管8设置在卡具16的热水管安装卡槽18内，冷水管6设置在卡具16的冷水管安装卡槽20内，空心主轴7设置在卡具16的主轴安装卡槽19内。

下面结合附图说明本发明的一次使用过程。

如图1～图10所示，使用前，先向热腔1内注入热水，并由热腔1内的电热器进行加热。

使用时，先打开热水进水泵30，再打开热水出水泵32，由热水进水泵30将热腔1内的热水吸入至空心主轴7内，热水流经空心主轴7和热水管8，再由热水出水泵32将其吸出返回至热腔1内，形成循环；当热水进入空心主轴7内时，记忆合金弹簧27弹性系数变大收缩，复位弹簧14处于压缩状态。在记忆合金弹簧27动作完毕后，关闭热水进水泵30，过一段时间后，打开冷水进水泵33，尽量将空心主轴7内的热水排尽，再关闭热水出水泵32，打开冷水出水泵31；由冷水进水泵33将冷水从外界吸入至空心主轴7内，冷水流经空心主轴7和冷水管6，再由冷水出水泵31将其排出外界，形成循环。当冷水进入空心主轴7内时，记忆合金弹簧27弹性系数减小拉长，复位弹簧14弹开，使记忆合金弹簧27变长。在记忆合金弹簧27动作完毕后，关闭冷水进水泵33，完成一个动作周期，进而实现前端圆盘11与后端圆盘12的相对运动。

如此往复循环，在前端运动臂9和后端运动臂10的共同作用下，实现本发明的记忆合金驱动的仿生章鱼运动装置的运动。