MPF/BCF协同推进的仿生机器鱼设计及其动力学分析

发布时间：2022-10-10 11:03

　　随着信息化、工业化不断融合,以机器人科技为代表的智能产业蓬勃兴起,成为现时代科技创新的一个标志。仿生机器鱼具有高速、高效率、机动性、低噪音等特点,其技术在水下应用,逐渐成为海洋资源开发工具,对水下机器人的研究具有重要的现实意义和直接的军事价值。本文通过对MPF推进模式和BCF推进模式的研究,设计了一款二自由度划水模式胸鳍和三关节柔性尾鳍协同推进的仿生鳕鱼机器鱼,通过建立水动力学模型、数值分析以及实验验证,确定了直游、倒退、转弯、停车的游动模态,具体内容如下:（1）完成了仿生机器鱼二自由度胸鳍、三关节柔性身体及尾鳍机构、以及控制系统的设计。结合多鳍拍动MPF推进模式和BCF推进模式的优点,完成了能够实现前后拍翼、摇翼运动,以及两者复合运动的二自由度划水模式胸鳍推进机构设计,以及三关节柔性身体及尾鳍机构的设计。根据形态仿生以及水动力学对鱼体的要求,进行了鱼体外壳设计,并完成了样机的加工及调试。（2）完成了仿生机器鱼水动力学建模以及水动力学分析。根据仿生机器鱼划水模式胸鳍、三关节柔性尾鳍以及MPF/BCF协同推进结构和运动的特点,综合考虑流体力学因素,分别建立了仿生机器鱼二自由度胸鳍推进及三... 

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究的背景及意义
    1.2 鱼类游动机理研究
    1.3 仿生机器鱼研究现状的分析
    1.4 本课题研究内容
2 MPF/BCF协同推进仿生机器鱼设计
    2.1 鱼类推进机理及推进模式
        2.1.1 鱼类形态描述及推进模式分类
        2.1.2 MPF推进模式和BCF推进模式的对比分析
        2.1.3 MPF推进模式分类
    2.2 仿生机器鱼结构设计
        2.2.1 仿生机器鱼的外形设计
        2.2.2 仿生机器鱼胸鳍推进机构设计
        2.2.3 仿生机器鱼尾鳍推进机构设计
        2.2.4 仿生机器鱼鱼壳以及密封装置的设计
    2.3 仿生机器鱼控制系统硬件设计
    2.4 本章小结
3 仿生机器鱼运动建模以及直游模态机理分析
    3.1 仿生机器鱼运动建模
    3.2 仿生机器鱼胸鳍推进模式直游机理分析
        3.2.1 胸鳍推进机构运动分析
        3.2.2 仿生机器鱼胸鳍运动学模型分析
        3.2.3 仿生机器鱼胸鳍推进直游模态动力学分析
        3.2.4 仿生机器鱼胸鳍推进模式直游模态仿真
        3.2.5 仿生机器鱼胸鳍推进模式直游模态实验
    3.3 仿生机器鱼尾鳍推进模式机理分析
        3.3.1 仿生机器鱼体波模型建立及分析
        3.3.2 仿生机器鱼尾鳍推进模式直游模态仿真及实验
    3.4 仿生机器鱼倒游与停车模态分析
        3.4.0 仿生机器鱼倒游运动分析
        3.4.1 仿生机器鱼倒游运动实验
        3.4.2 仿生机器鱼停车运动分析及实验
    3.5 本章小结
4 仿生机器鱼转弯运动机理分析
    4.1 仿生机器鱼胸鳍转弯运动模态建模
        4.1.1 仿生机器鱼转弯运动坐标系
        4.1.2 仿生机器鱼体的质心和转动惯量
    4.2 仿生机器鱼双侧胸鳍转弯运动机理分析
        4.2.1 仿生机器鱼双侧胸鳍转弯运动建模
        4.2.2 仿生机器鱼双侧胸鳍转弯阻力矩
        4.2.3 仿生机器鱼双侧胸鳍旋转力矩
        4.2.4 仿生机器鱼双侧胸鳍转弯模态仿真
    4.3 仿生机器鱼单侧胸鳍转弯机理分析
    4.4 仿生机器鱼单侧胸鳍转弯模态仿真
    4.5 仿生机器鱼三关节柔性尾鳍转弯模态仿真
    4.6 转弯实验分析
        4.6.1 仿生机器鱼单侧胸鳍转弯实验
        4.6.2 仿生机器鱼双侧胸鳍转弯实验
        4.6.3 仿生机器鱼尾鳍转弯实验
    4.7 本章小结
结论
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]一种2自由度胸鳍推进机构设计与动力学分析[J]. 李宗刚,毛著元,高溥,谢广明.  机器人. 2016(01)
[2]油气管道机器人技术现状及发展趋势[J]. 刘清友.  西华大学学报(自然科学版). 2016(01)
[3]以机器人技术推动创新发展[J]. 南方.  企业文化. 2016 (01)
[4]胸鳍摆动推进仿生鱼的设计及水动力实验[J]. 牛传猛,毕树生,蔡月日,张利格,马宏伟.  机器人. 2014(05)
[5]仿生机器鱼自主游动中的流体结构耦合新方法[J]. 夏丹,陈维山,刘军考,曹渝华.  机械工程学报. 2014(07)
[6]海洋机器人30年[J]. 封锡盛,李一平.  科学通报. 2013(S2)
[7]鲹科模式机器鱼自主游动的水动力特性研究[J]. 夏丹,陈维山,伍志军,徐丰羽,刘磊.  机械工程学报. 2013(21)
[8]机器人技术研究进展[J]. 谭民,王硕.  自动化学报. 2013(07)
[9]中央鳍/对鳍推进模式的仿生自主水下机器人发展现状综述[J]. 王田苗,杨兴帮,梁建宏.  机器人. 2013(03)
[10]仿生机器鱼研究的进展与分析[J]. 魏清平,王硕,谭民,王宇.  系统科学与数学. 2012(10)



本文编号：3689503