基于波动机理的仿生鱼探测器研究

发布时间：2020-07-02 08:56

【摘要】： 水下机器人探测器在海洋资源的勘探、开发中起着越来越重要的作用，传统的水下机器人探测器多采用螺旋桨推进，在效率、机动能力、能耗等方面存在不足。水中的动物尤其是一些头足类动物和鱼类具有着极其优秀的水下运动能力和很高的运动效率，对这类动物的运动机理进行研究分析，进行仿生水下机器人探测器研究，对高效、新型的水下机器人探测器的研制有重要作用，而且对海洋资源的勘探、开发甚至军事方面也将起重要作用。基于波动机理的仿生鱼探测器与传统的仿鱼类身体／尾鳍(BCF)推进模式机器鱼相比，其主要仿生的为墨鱼的柔性长侧鳍波动运动，为中央鳍／对鳍(MPF)推进模式，此种模式具有更高的机动性和运动稳定性，采用此种运动方式的仿生鱼探测器不仅适用于远距离航行，还具有小范围机动灵活、抗扰动能力强的特点。本文进行的仿生鱼探测器研究主要包括墨鱼的运动机理研究和原理样机研究。首先对墨鱼的运动机理特别是侧鳍的波动运动进行了深入研究，通过实验观察，运动图像处理分析获得参数数据，并进行动力学分析，结果表明墨鱼的侧鳍波动运动是一种具有较高效率、机动灵活的水下运动；然后基于墨鱼侧鳍行波波动机理设计了灵巧、轻便的柔性机械波动鳍，同时设计了转弯和俯仰机构及密封等相关部分；同时设计了仿生鱼探测器样机的整个控制系统，实现了能对样机进行无线遥控和PC机程控的基于MSP430F149的控制电路，通过双闭环PI控制很好的实现了对驱动波动鳍的直流伺服电机的速度控制，完成了基于C的控制程序设计等；最后通过实验验证了仿生鱼探测器各部分的可行性和可靠性，并对柔性机械波动鳍的优化设计进行了实验研究，给出了波动鳍优化设计的一些依据。本文所研究的仿生鱼探测器最终目标是实现高效、机动灵活、运动能力强的水下作业工具，现在尚处在原理性实现为目的的初级阶段，在结构、运动控制系统、性能指标等方面还有很大的进一步发展的空间。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH766

【引证文献】