仿生水下拱泥機器人設(shè)計.pdf

1、近年來，人類模仿生物的運動機理及特殊結(jié)構(gòu)，設(shè)計了許多新型智能化的仿生機械人。設(shè)計的仿生水下拱泥機器人為后續(xù)的仿生水下拱泥機器人的實用化奠定了一定基礎(chǔ)。能夠取替人類完成一些惡劣環(huán)境下人類無法完成的工作任務(wù)。對于養(yǎng)殖業(yè)、水下考古、水下探險、測量水底污染程度、沉船事故救援具有重要的意義。文章以蚯蚓和泥鰍為仿生研究對象，以設(shè)計仿生水下拱泥機器人為研究目的，做了以下研究內(nèi)容：
　?。?）利用相關(guān)設(shè)備對蚯蚓和泥鰍的結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，并分析蚯蚓和泥

2、鰍的運動機理。蚯蚓主要依靠體壁的環(huán)肌與縱肌的交替收縮向前蠕動。泥鰍主要靠尾鰭、背鰭和腹鰭保持平衡，靠胸鰭的擺動來改變前進(jìn)方向，同時尾鰭來回擺動提供向前的推力。
　?。?）根據(jù)蚯蚓和泥鰍的結(jié)構(gòu)和運動機理設(shè)計出了兩種仿生水下拱泥機器人。仿泥鰍機器人拱泥頭部分只能上下運動而無法旋轉(zhuǎn)；仿蚯蚓機器人的拱泥頭部分不僅可以擺動360度，而且能夠旋轉(zhuǎn)。仿泥鰍機器人只能改變運動方向而無法后退；仿蚯蚓機器人不僅能改變運動方向，而且還可以后退。通過對這

3、兩種仿生水下拱泥機器人的結(jié)構(gòu)優(yōu)劣對比，最后選擇了以蚯蚓為仿生對象的仿蚯蚓水下拱泥機器人。
　?。?）應(yīng)用土力學(xué)的基本原理和莫爾-庫倫強度理論對設(shè)計出的仿蚯蚓水下拱泥機器人進(jìn)行土力學(xué)分受力析，構(gòu)建了仿蚯蚓水下拱泥機器人的土力學(xué)模型。通過計算可知仿蚯蚓水下拱泥機器人往復(fù)運動速度可達(dá)到0.03m/s，最大轉(zhuǎn)彎角度為18°。
　?。?）為仿蚯蚓水下拱泥機器人選擇相應(yīng)的傳感器及導(dǎo)航系統(tǒng)。利用加速傳感器和陀螺儀對仿蚯蚓水下拱泥機器人進(jìn)行

4、導(dǎo)航定位。還利用三維電子羅盤對導(dǎo)航系統(tǒng)修正機器人的運動方向和姿態(tài)角度，提高導(dǎo)航系統(tǒng)的精確率和穩(wěn)定性。方便操作人員掌握和了解機器人工作狀態(tài)，可以隨時改變機器人的相關(guān)參數(shù)。
　?。?）利用生命周期評價方法及GaBi軟件對仿蚯蚓水下拱泥機器人進(jìn)行了生命周期評價。選取溫室氣體、酸化、富營養(yǎng)化、光化學(xué)氧化物、臭氧消耗及能源消耗六種環(huán)境影響指標(biāo)進(jìn)行評價。環(huán)境影響指標(biāo)排放量的評價結(jié)果為溫室氣體935.78kg、酸化6.94kg、富營養(yǎng)化0.62