二自由度胸鰭推進(jìn)仿生機(jī)器魚動(dòng)力學(xué)分析及控制.pdf

1、作為探索海洋的一種高科技工具，水下機(jī)器人在開發(fā)和利用海洋這塊人類未來最現(xiàn)實(shí)的可發(fā)展空間中具有重要的作用。魚類非凡的水中運(yùn)動(dòng)能力為水下航行器的設(shè)計(jì)提供了有益的借鑒。采用仿生學(xué)原理，以魚類推進(jìn)方式為參照開發(fā)的仿生機(jī)器魚，因其高效、高機(jī)動(dòng)性、低噪音以及對環(huán)境擾動(dòng)小的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于海洋生物觀測、水下軍事偵察、水下考古、管道檢測、水環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測等領(lǐng)域。本文以箱魨科木瓜魚為仿生對象，設(shè)計(jì)了一款二自由度胸鰭和單關(guān)節(jié)尾鰭協(xié)同驅(qū)動(dòng)的仿生機(jī)器魚，分析了

2、其直游、倒退、轉(zhuǎn)彎和停車模式的推進(jìn)機(jī)理，具體內(nèi)容如下：
　　(1)完成了仿生機(jī)器魚推進(jìn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過對現(xiàn)有剛性胸鰭推進(jìn)機(jī)構(gòu)的分析，以及對實(shí)現(xiàn)拍翼及搖翼運(yùn)動(dòng)典型機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的歸納，以能夠單獨(dú)實(shí)現(xiàn)拍翼運(yùn)動(dòng)、搖翼運(yùn)動(dòng)，以及兩者的復(fù)合運(yùn)動(dòng)為目標(biāo)，設(shè)計(jì)了二自由度胸鰭推進(jìn)機(jī)構(gòu)；進(jìn)而根據(jù)形態(tài)仿生以及水動(dòng)力學(xué)對魚體的要求，設(shè)計(jì)了仿生機(jī)器魚的外殼；最后設(shè)計(jì)了仿生機(jī)器魚的尾鰭推進(jìn)機(jī)構(gòu)。
　　(2)分析了仿生機(jī)器魚的推進(jìn)機(jī)理。利用流體力學(xué)理論建立

3、了二自由度胸鰭和單關(guān)節(jié)尾鰭的水動(dòng)力學(xué)模型，分析了仿生機(jī)器魚直游、倒游、轉(zhuǎn)彎和停車的游動(dòng)機(jī)理，建立了仿生機(jī)器魚各運(yùn)動(dòng)模態(tài)的動(dòng)力學(xué)方程，通過數(shù)值方法確定了仿生機(jī)器魚各運(yùn)動(dòng)模態(tài)的運(yùn)動(dòng)性能參數(shù)，從而為所設(shè)計(jì)仿生機(jī)器魚的實(shí)體實(shí)驗(yàn)提供了理論依據(jù)。
　　(3)通過實(shí)體實(shí)驗(yàn)，對理論分析結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。完成了所設(shè)計(jì)仿生機(jī)器魚機(jī)械構(gòu)件的加工、控制系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)與調(diào)試；搭建了樣機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺，使之具備實(shí)驗(yàn)條件；最后利用實(shí)驗(yàn)平臺，對理論分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，并