基于冗余镜像对称并联机构的摆动推进装置游动特性研究

发布时间：2017-08-19 23:08

  本文关键词：基于冗余镜像对称并联机构的摆动推进装置游动特性研究

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【摘要】：鱼类历经上亿年的进化，拥有了理想的生理结构和高效的游动模式，，获得了远优于常规人造水下航行器的游动性能和机动能力，因此仿鱼摆动推进装置已成为众多学者研究的对象。 本文将采用基于镜像对称冗余驱动并联机构的摆动推进装置来模拟真实鱼体的摆动推进。以此，首先对镜像对称冗余驱动并联机构进行了介绍和研究，主要包括两个方面：解耦和并联机构结构参数的设计计算。解耦的目的是力图使装置摆动运动时不耦合其他方向上的运动。 然后，本文对湽科鱼类的仿生学基础进行了简要的介绍，主要对湽科鱼类的形态学、真实鱼体的运动学进行了描述并给出了鱼体基本参数的计算方法。在此基础之上，对连续鱼体进行了离散化，得到了离散化的运动学方程，以拟合鱼体波包络线为基础，通过对串并联机构进行受力分析，最终给出了仿生摆动推进装置串并联机构的刚度设计方法。 最后，本文基于Matlab/SimMechanics软件建立了仿生摆动推进装置的仿真模型，该模型包含了其水动力学特性。通过对仿真模型中的仿真分析表明：摆动推进装置在驱动频率与刚度设计频率对应时，装置达到最佳游动性能。从而验证了刚度设计计算方法的正确性。同时，摆动推进装置共振稳态游动时最大摆幅与驱动频率无关，游动速度与驱动频率基本呈现线性正比例关系。本文对仿生摆动推进装置的实验样机进行了加工制作，进行了无水和水下的实验分析，并对实验结果进行了分析。
【关键词】：仿生摆动推进装置 串并联机构 游动特性 刚度
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U664.3;TH112
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 课题来源及研究的背景和意义8-9
• 1.2 鱼类游动的分类及特点9-10
• 1.2.1 鱼类推进模式的分类9-10
• 1.2.2 仿生摆动推进装置的优点10
• 1.3 仿生推进理论的国内外研究现状10-15
• 1.3.1 摆动推进模型的国内外研究现状10-13
• 1.3.2 仿生推进机理的国内外研究现状13
• 1.3.3 游动性能影响因素的国内外研究现状13-14
• 1.3.4 超冗余串并联机构的国内外研究现状14-15
• 1.4 目前研究中存在的不足15
• 1.5 主要研究内容15-17
• 第2章 镜像对称超冗余串并联机构的结构参数设计17-27
• 2.1 引言17
• 2.2 仿生摆动推进装置整体方案介绍17-18
• 2.3 单节并联机构的雅可比矩阵18-20
• 2.3.1 镜像对称冗余驱动并联机构的定义18-19
• 2.3.2 单节并联机构的雅可比矩阵的求取19-20
• 2.4 解耦条件的推导计算20-22
• 2.5 单节并联机构刚度各向异性22-23
• 2.6 单节并联机构的结构参数计算23-26
• 2.7 本章小结26-27
• 第3章 仿生摆动推进装置的刚度计算27-38
• 3.1 引言27
• 3.2 湽科鱼类仿生学基础27-32
• 3.2.1 湽科鱼类的形态学27-28
• 3.2.2 鱼体骨骼肌肉串并联结构28
• 3.2.3 鱼体模型的基本结构参数28-30
• 3.2.4 湽科鱼类运动学描述30-32
• 3.3 稳态游动时摆动推进装置的力学分析32-34
• 3.3.1 摆动推进装置所受的水动力分析32-33
• 3.3.2 摆动推进装置所受的阻力分析33-34
• 3.4 摆动推进装置串并联机构的刚度设计34-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 仿生摆动推进装置的仿真分析38-55
• 4.1 引言38
• 4.2 摆动推进装置仿真模型的建立38-42
• 4.3 仿真模型参数的配置42-44
• 4.4 摆动推进装置仿真结果的分析44-53
• 4.4.1 摆动推进装置游动过程中包络线的拟合45-47
• 4.4.2 摆动推进装置在刚度不变时的游动性能47-51
• 4.4.3 摆动推进装置在刚度变化时的游动特性51-53
• 4.5 本章小结53-55
• 第5章 仿生摆动推进装置的实验研究55-65
• 5.1 引言55
• 5.2 仿生摆动推进装置实验方案的建立55-60
• 5.2.1 仿生摆动推进装置机械结构的设计56-58
• 5.2.2 仿生摆动推进装置驱动系统的设计58-59
• 5.2.3 仿生摆动推进装置整体总装59-60
• 5.3 仿生摆动推进装置实验结果分析60-63
• 5.3.1 摆动推进实验装置刚度的测量计算60-61
• 5.3.2 实验装置在不同驱动频率下的游动性能的研究61-63
• 5.4 本章小结63-65
• 结论65-67
• 参考文献67-72
• 致谢72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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本文编号：703407