中国科学(物理学 力学 天文学)2024,Vol.54Issue(6) :136-150.DOI:10.1360/SSPMA-2023-0388

基于软电磁驱动的仿乌贼喷射推进机器鱼

Squid jet-propelled robotic fish based on soft electromagnetic drive

张兵建 杜荣华 李汶柏 杜凯文 贺嘉怡 陈泽文 邹鸿翔
中国科学(物理学 力学 天文学)2024,Vol.54Issue(6) :136-150.DOI:10.1360/SSPMA-2023-0388

基于软电磁驱动的仿乌贼喷射推进机器鱼

Squid jet-propelled robotic fish based on soft electromagnetic drive

张兵建 1杜荣华 2李汶柏 3杜凯文 4贺嘉怡 1陈泽文 1邹鸿翔1
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作者信息

  • 1. 长沙理工大学汽车与机械工程学院,长沙 410114;湖南工程学院机械工程学院,湘潭 411104
  • 2. 长沙理工大学汽车与机械工程学院,长沙 410114
  • 3. 同济大学航空航天与力学学院,上海 200092
  • 4. 湖南工程学院机械工程学院,湘潭 411104
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摘要

脉冲喷射推进是海洋生物中普遍存在的一种游动方式,从乌贼喷射推进的游动方式中受到启发,基于电磁动态驱动原理,设计了一种仿乌贼喷射推进的软电磁机器鱼.其由柔软的机体外壳、软电磁线圈和软电磁驱动薄膜组成,能够在动态电磁力的作用下改变内部腔体体积而实现循环反复的喷射推进.本文研究了不同设计参数和激励电流对软电磁驱动薄膜的振动特性的影响,并通过实验测试了在不同控制电流的幅值和频率下机器鱼的水下推进力和游动速度.研究结果表明,机器鱼的最大平均推力为0.0784N,机器鱼在动态电磁激励作用下能够达到37.3 mm/s(约0.62身长/s)的最大游动速度,具有优越的游动性能.

Abstract

Impulsive jet propulsion is a common swimming mode in marine organisms.Inspired by the swimming mode of squid jet propulsion,a soft robotic fish was designed based on the electromagnetic dynamic driving principle.The fish comprised a soft body shell,soft electromagnetic coil,and soft electromagnetic driving film,which can change the volume of the internal cavity under a dynamic electromagnetic force to achieve cyclic and repeated jet propulsion.In this study,the vibration characteristics of the soft electromagnetic driving film with different design parameters and excitation currents are studied,and the underwater propulsion force and swimming speed of the robotic fish are tested through experiments under different control current amplitudes and frequencies.The results show that under dynamic electromagnetic excitation,the robotic fish exhibits superior swimming performance,with a maximum average thrust of 0.0784 N and a maximum swimming speed of 37.3 mm/s(about 0.62 body length/s).

关键词

水下仿生机器人/脉冲喷射推进/软电磁驱动/液态金属/软体机器人

Key words

underwater bionic robot/pulse jet propulsion/soft electromagnetic drive/liquid metal/soft robot

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基金项目

国家自然科学基金(12002204)

国家自然科学基金(12172127)

出版年

2024
中国科学(物理学 力学 天文学)
中国科学院

中国科学(物理学 力学 天文学)

CSTPCD北大核心
影响因子:0.644
ISSN:1674-7275
参考文献量6
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