一种仿生推进机构的设计与研究

发布时间：2023-05-17 19:32

　　传统的螺旋桨水下推进器在转速较高时,产生的气穴空化现象会导致叶片磨损和效率下降,推进效率只有40%—60%。相比之下,仿生推进器在运动时,其推进效率高、扰动小和灵活性高,使仿生推进器的研究成为现代机器人的重要发展趋势。现有仿生推进器的内部传动结构较为复杂,使其运动控制策略变得困难,影响了仿生推进器的推进速度和机动性。所以,本文设计了一种新型的双鱼尾式仿生机器鱼,内部采用简单的无急回曲柄摇杆机构,通过双鱼尾与胸鳍的配合,可实现直线游动、左右转弯、上浮和下潜五种游姿,水下实验表明,仿生鱼具有良好的游速和机动性。本文的主要研究内容如下:1.设计了一种新型的双鱼尾式仿生机器鱼。分析比较了现有仿生鱼内部传动机构的优缺点,提出了两种内部传动机构方案,并选着了最优的曲柄摇杆传动方案。根据内部传动方案,设计了双鱼尾式驱动机构,分析了尾鳍直线运动、上浮和下潜的运动状态;设计了仿蛙式双胸鳍结构辅助仿生鱼运动,分析了胸鳍左右转弯、上浮和下潜的辅助运动状态。最终,设计了仿生鱼的动力单元、通讯单元、控制单元、定位单元以及其他机械结构,完成原理样机设计。2.无急回曲柄摇杆机构的设计与仿真。建立了传动机构的数学模型...

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 引言
    1.1 课题研究背景
    1.2 仿生鱼技术研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
        1.2.3 国内外发展趋势
    1.3 仿生鱼推进器的基本特征
        1.3.1 鱼的身体结构
        1.3.2 鱼的推进方式分类及比较
        1.3.3 仿生鱼的应用前景
    1.4 本文的研究内容
第二章 仿生鱼的系统设计
    2.1 仿生鱼推进器整体设计
    2.2 推进机构方案分析与设计
        2.2.1 方案一:曲柄滑块机构
        2.2.2 方案二:曲柄摇杆机构
        2.2.3 推进机构运动方案确定
    2.3 胸鳍和尾鳍推进机构的设计
        2.3.1 鱼尾结构设计
        2.3.2 胸鳍结构设计
    2.4 仿生鱼其它组成部分的设计
        2.4.1 外形设计
        2.4.2 动力单元设计
        2.4.3 通讯单元设计
        2.4.4 控制单元设计
        2.4.5 定位系统设计
    2.5 本章总结
第三章 推进机构的优化设计与运动仿真
    3.1 无急回曲柄摇杆理论分析
    3.2 最小传动角γ_min优化设计
    3.3 基于MATLAB的曲柄摇杆机构运动学仿真
        3.3.1 数学模型的建立
        3.3.2 仿真机构模型的建立及参数设置
    3.4 仿真结果的分析
    3.5 本章小结
第四章 仿生鱼的运动学分析
    4.1 尾鳍运动学分析
        4.1.1 尾鳍的形状与运动参数分析
        4.1.2 尾鳍运动受力分析
    4.2 尾鳍运动轨迹方程的建立
    4.3 基于Adams的仿生鱼运动学仿真
        4.3.1 运动仿真系统的建立
        4.3.2 仿生鱼的直线游动性能分析
        4.3.3 仿生鱼的转弯游动性能分析
        4.3.4 仿生鱼的上浮下潜游动性能分析
    4.4 本章小结
第五章 仿生鱼的定位性能分析
    5.1 引言
    5.2 定位方案设计
    5.3 定位系统模型的建立
    5.4 定位数据的处理
        5.4.1 中值滤波算法
        5.4.2 卡尔曼滤波算法
    5.5 实验验证与分析
        5.5.1 实验的测试
        5.5.2 测试结果分析
    5.6 本章小结
第六章 仿生鱼的控制系统设计与游动实验
    6.1 仿生鱼的游动姿态及控制策略
    6.2 仿生鱼的控制系统设计
        6.2.1 主控芯片的选择
        6.2.2 电机驱动模块
    6.3 仿生鱼的水下实验
        6.3.1 实验前的准备
        6.3.2 实验数据测量方法
        6.3.3 直线游动性能分析
        6.3.4 转弯游动性能分析
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 研究展望
参考文献
附录 I
致谢
研究生期间取得的研究成果



本文编号：3817854