仿鲹科三關(guān)節(jié)可升潛機(jī)器魚設(shè)計(jì)與研制.pdf

1、仿生機(jī)器魚依托仿生學(xué)、機(jī)械學(xué)及信息技術(shù)等學(xué)科的發(fā)展，憑借傳統(tǒng)水下機(jī)器人無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，逐漸凸顯出其重要的研究和應(yīng)用價(jià)值。本文以鲹科魚類游動(dòng)機(jī)理為出發(fā)點(diǎn)，廣泛參考目前機(jī)器魚系統(tǒng)，設(shè)計(jì)研制了一種三關(guān)節(jié)可以升潛的機(jī)器魚，并對(duì)仿魚游動(dòng)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及無線通訊等相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究。主要完成如下工作內(nèi)容:
　　首先，分析了鲹科魚類游動(dòng)模式，設(shè)計(jì)了三關(guān)節(jié)推進(jìn)機(jī)構(gòu)。構(gòu)建了機(jī)器魚運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，基于MATLAB軟件對(duì)機(jī)器魚進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，通過仿真和實(shí)

2、驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了動(dòng)力學(xué)模型的可行性。進(jìn)而研究了尾鰭擺動(dòng)頻率、關(guān)節(jié)相位差及關(guān)節(jié)擺動(dòng)幅度對(duì)推進(jìn)速度的影響。
　　其次，根據(jù)鲹科魚類游動(dòng)原理，提出了關(guān)節(jié)參數(shù)優(yōu)化方案，采用懲罰函數(shù)法得到最優(yōu)尺寸值。設(shè)計(jì)了基于重心改變法的升潛機(jī)構(gòu)，對(duì)俯仰、升潛運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了理論分析，并在SolidWorks中完成機(jī)器魚整機(jī)建模。在ANSYS Fluent中，通過二維流場(chǎng)仿真確定了半橢圓加拋物線的線型回轉(zhuǎn)體作為機(jī)器魚形體。進(jìn)而對(duì)該形體進(jìn)行三維流場(chǎng)仿真及結(jié)構(gòu)優(yōu)

3、化，研究了最大截面直徑和位置變化對(duì)行進(jìn)阻力的影響，并采用MEM工藝完成殼體的制造。
　　再次，根據(jù)運(yùn)動(dòng)功能需求，搭建了基于AVR嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)，使用ICCAVR設(shè)計(jì)編寫了機(jī)器魚游動(dòng)子程序，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器魚無線通訊。并對(duì)PWM信號(hào)和無線通訊程序進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)調(diào)試，結(jié)果證明數(shù)據(jù)傳輸可靠有效。
　　最后，完成機(jī)器魚樣機(jī)裝配，建立了水下實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并對(duì)比了不同控制參數(shù)下的游動(dòng)性能。結(jié)果驗(yàn)證了本文機(jī)電系統(tǒng)的可行性和穩(wěn)定性，為機(jī)器魚領(lǐng)域的進(jìn)一步研