水下仿生滑翔機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及水動(dòng)力學(xué)分析.pdf

1、水下仿生滑翔機(jī)器人是一種新型的水下機(jī)器人，它將水下滑翔器和仿生機(jī)器魚的優(yōu)勢(shì)特征結(jié)合在一起，使得仿生滑翔機(jī)器人不僅能夠在水下長(zhǎng)時(shí)間航行，還可以提高機(jī)動(dòng)性與定位精度，這些特點(diǎn)使得水下仿生滑翔器在河流和湖泊等環(huán)境的水質(zhì)監(jiān)測(cè)、水下柱形區(qū)域取樣等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　本文設(shè)計(jì)了一種具有仿生尾鰭的水下滑翔機(jī)器人，該機(jī)構(gòu)通過(guò)內(nèi)部質(zhì)量塊的平移、旋轉(zhuǎn)、仿生尾鰭的偏置以及外部皮囊的伸縮等可實(shí)現(xiàn)小半徑三維螺旋運(yùn)動(dòng)和定?；柽\(yùn)動(dòng)。在此基礎(chǔ)上，利用

2、流體力學(xué)理論，建立了所設(shè)計(jì)水下仿生滑翔機(jī)器人的水動(dòng)力學(xué)模型，得到了其穩(wěn)態(tài)螺旋方程和定?；柽\(yùn)動(dòng)方程。進(jìn)而對(duì)仿生滑翔機(jī)器人三維螺旋運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了分析，給出了俯仰調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)質(zhì)心位置、尾鰭角、橫滾調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)質(zhì)心旋轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)彎半徑和垂直速度之間的關(guān)系，以及每種穩(wěn)態(tài)螺旋運(yùn)動(dòng)所對(duì)應(yīng)的輸出變量初值的取值范圍；同時(shí)對(duì)其定?；柽\(yùn)動(dòng)進(jìn)行了分析，給出了俯仰調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)質(zhì)心位置，殼體重心位置、凈浮力質(zhì)量與航速和俯仰角之間的關(guān)系。本研究創(chuàng)新點(diǎn)主要包括：⑴完成了水下仿生滑翔機(jī)

3、器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。該滑翔機(jī)器人不僅可以通過(guò)仿生尾鰭驅(qū)動(dòng)，也可通過(guò)浮力調(diào)節(jié)裝置實(shí)現(xiàn)滑翔推進(jìn)，還可以實(shí)現(xiàn)二者混合推進(jìn)。⑵建立了水下仿生滑翔機(jī)器人的水動(dòng)力學(xué)建模。推導(dǎo)了地面坐標(biāo)系、體坐標(biāo)系和速度坐標(biāo)系相互之間的轉(zhuǎn)換矩陣，然后依據(jù)轉(zhuǎn)換矩陣推導(dǎo)了仿生滑翔機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，并通過(guò)分析仿生滑翔機(jī)器人所受力和力矩得到了仿生滑翔機(jī)器人的水動(dòng)力學(xué)方程。⑶分析了水下仿生滑翔機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)行為。利用所得仿生滑翔機(jī)器人水動(dòng)力學(xué)模型，分析并給出了其三維螺旋運(yùn)動(dòng)和定常