仿蜥蜴水上行走機(jī)器人特性研究與仿真.pdf

1、蛇怪蜥蜴是一種依靠自身質(zhì)量、后肢運(yùn)動(dòng)、腳掌形狀、行走速度等因素實(shí)現(xiàn)水面快速行走的兩棲動(dòng)物。國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)這種具有“水上漂”特異功能的動(dòng)物產(chǎn)生濃厚的興趣，仿蜥蜴機(jī)器人能夠依靠腳掌拍擊水面形成空氣腔產(chǎn)生大于自身重量的支撐力和推進(jìn)力，實(shí)現(xiàn)水面漂浮以及快速行走。仿蜥蜴機(jī)器人可在軍事偵察、水質(zhì)檢測(cè)等方面得到廣泛的應(yīng)用。本文基于對(duì)蛇怪蜥蜴運(yùn)動(dòng)機(jī)理的研究，設(shè)計(jì)機(jī)器人單腿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及整機(jī)結(jié)構(gòu)模型，在運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析、基于勢(shì)流理論面元法對(duì)腳掌形狀研究分析、

2、計(jì)算流體力學(xué)仿真分析等方面進(jìn)行研究，并取得一些創(chuàng)新性成果。
　　1.通過(guò)對(duì)蜥蜴原型后肢運(yùn)動(dòng)機(jī)理進(jìn)行研究，建立機(jī)器人單腿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)—曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)學(xué)建模及仿真分析，研究驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度曲線以及位移曲線，為后期研究及樣機(jī)制作提供數(shù)據(jù)。該機(jī)器人使用兩個(gè)電機(jī)帶動(dòng)四條驅(qū)動(dòng)腿實(shí)現(xiàn)腳掌拍擊、撲水及恢復(fù)運(yùn)動(dòng)，四條驅(qū)動(dòng)腿相互配合動(dòng)作，前左后右兩條腿同步動(dòng)作，前右后左兩條腿同步動(dòng)作，保證機(jī)器人受力平衡，可防止機(jī)器人在水面行走時(shí)發(fā)

3、生側(cè)翻。
　　2.機(jī)器人腳掌的形狀是影響其水面運(yùn)動(dòng)特性的因素之一，故利用流體力學(xué)中的勢(shì)流理論—面元法建立腳掌的水力學(xué)模型，分析不同剖面形狀的腳掌在拍水時(shí)表面速度分布和壓力系數(shù)分布，設(shè)計(jì)出能夠產(chǎn)生較大的拍水升力的腳掌，從而增大機(jī)器人的負(fù)載能力。
　　3.利用計(jì)算流體力學(xué)軟件FLUENT中動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)仿真分析腳掌拍水、撲水和恢復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，研究空氣腔的形成過(guò)程與腳掌的尺寸、形狀以及運(yùn)動(dòng)速度之間的關(guān)系，分析不同驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在水環(huán)境下劃水的