一种仿飞鱼机器鱼的原理样机研制

发布时间：2023-01-28 08:48

　　自然界上亿年的进化让许多水生动物拥着十分优异的水下甚至跨介质运动的能力。与人类所创造的运载工具相比,这些动物往往具有更高的机动性、更优异的水、空气动力学性能。因此,通过深入研究和探索自然界中鱼类的躯体结构、运动功能及原理,可以让我们有效的提升人造运载工具的性能。本文以自然界中的飞鱼为仿生原型,设计了一款可实现胸鳍折叠展开、躯体后半段偏折以及尾鳍高频拍动的仿飞鱼机器鱼。本文设计了机器鱼的仿生结构模型,并利用3D打印技术制作出机器鱼的所有非标零部件。机器鱼体长约45cm（躯体,加尾巴60cm）,重890g,其中胸鳍的折叠展开、躯体后半段的偏折均采用伺服电机进行控制;尾鳍的高频拍动通过高速电机实现,其中利用减速齿轮以及曲柄连杆机构,将高速电机的转动转换为可控而有效的高频拍动。本文制作出一个可以完全自主游进的实验样机,并以此为实验平台,利用悬臂水池、小型拖曳水池、高速相机等实验设备进行机器鱼水面实验研究。实验中,通过改变尾鳍的外形、尾鳍材料以及尾鳍浸入水中深度,来研究机器鱼实验样机的尾鳍拍动频率与游进速度的关系,进而得出与该机器鱼推进性能相关的结论。通过实验结果可以看出,机器鱼的尾鳍摆动频率和... 

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 仿生机器鱼研究意义
    1.3 仿生机器鱼研究现状
    1.4 本论文研究目标及主要内容
        1.4.1 研究目标
        1.4.2 主要内容
第2章 仿飞鱼机器鱼的设计和原型样机的研制
    2.1 控制系统的设计
    2.2 3D打印技术介绍
    2.3 仿飞鱼机器鱼的整体设计
        2.3.1 机器鱼前段结构设计
        2.3.2 机器鱼连接段结构设计
        2.3.3 机器鱼后段结构设计
        2.3.4 机器鱼尾部结构设计
        2.3.5 机器鱼密封设计
    2.4 实验样机的简化结构及注意事项
    2.5 本章小结
第3章 仿飞鱼机器鱼的实验设备和方法
    3.1 悬臂水池
    3.2 小型拖曳水池
    3.3 本章小结
第4章 仿飞鱼机器鱼的推进性能实验研究
    4.1 刚性铝合金尾鳍实验结果
        4.1.1 空载下尾鳍的拍动频率
        4.1.2 不同浸入深度下尾鳍的拍动频率
        4.1.3 不同浸入深度下尾鳍的拍动频率和机器鱼的游动速度
        4.1.4 不同大小尾鳍的拍动频率和机器鱼的游动速度
    4.2 柔性尼龙尾鳍实验结果
        4.2.1 空载下尾鳍的拍动频率
        4.2.2 不同浸入深度下尾鳍的拍动频率
        4.2.3 不同浸入深度下尾鳍的拍动频率和机器鱼的游动速度
        4.2.4 不同大小尾鳍的拍动频率和机器鱼的游动速度
    4.3 不同材料尾鳍实验结果比较
        4.3.1 相同工况下尼龙中尾和铝合金中尾的拍动频率
        4.3.2 相同工况下尾鳍的拍动频率和机器鱼的游动速度
    4.4 实验误差分析
    4.5 本章小结
第5章 仿飞鱼机器鱼的数值模拟研究
    5.1 物理模型与数值方法
        5.1.1 物理模型
        5.1.2 数值方法
    5.2 计算结果
    5.3 本章小结
第6章 总结和展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间科研成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]3D打印技术及应用趋势[J]. 任何东,杨景宇,李超林,刘海琼,张小山.  成都工业学院学报. 2018(02)
[2]光固化快速成型技术的进展及应用[J]. 李东方,陈继民,袁艳萍,黄宽,方浩博.  北京工业大学学报. 2015(12)
[3]光固化3D打印用光敏树脂的研究进展[J]. 张恒,许磊,胡振华.  合成树脂及塑料. 2015(04)
[4]仿生机器人研究现状与发展趋势[J]. 王国彪,陈殿生,陈科位,张自强.  机械工程学报. 2015(13)
[5]3D打印光敏树脂的研究进展[J]. 何岷洪,宋坤,莫宏斌,李军,潘道成,梁子骐.  功能高分子学报. 2015(01)
[6]3D打印技术及应用趋势[J]. 李小丽,马剑雄,李萍,陈琪,周伟民.  自动化仪表. 2014(01)
[7]3D打印的特点及应用简析[J]. 吕东旭.  才智. 2013(20)
[8]跨介质飞行器弹道仿真分析[J]. 王伟,张宇文,朱灼.  计算机仿真. 2011(12)
[9]A 3D Simulator for Autonomous Robotic Fish[J]. Jindong Liu, Huosheng Hu Department of Computer Science, University of Essex, Wivenhoe Park, Colchester CO4 3SQ, UK.  International Journal of Automation and Computing. 2004(01)



本文编号：3732442