超磁仿生魚起動機理研究.pdf

1、隨著科學的進步，在各領(lǐng)域中，機器人的運用和研制越來越受到重視，特別是能在液體中游動的新型管道微型機器魚。該機器魚可在微小的空間內(nèi)不受環(huán)境影響的靈活工作。比如在有毒物質(zhì)或被污染管道內(nèi)作業(yè)等。因此對此進一步研究有重要意義。
　　 本文采用合金薄板模擬魚尾骨架，貼在該薄板的超磁致伸縮材料模擬魚體肌肉，并以外磁場模擬神經(jīng)控制魚體擺動。經(jīng)過魚類快速起動的仿生學分析和研究建立了該問題的一個力學模型。通過對模型的分析和簡化建立了機器魚游動的動

2、力學方程，給出了動力學方程所需滿足的初始條件和邊界條件。
　　 在討論上述問題中，首先考慮簡單模型，即線性模型。采用分離變量法把問題歸結(jié)為空間坐標和時間的兩個函數(shù)問題。其中一個問題轉(zhuǎn)化為特征值和特征向量問題，而另一個問題歸結(jié)為關(guān)于時間的二階常微分方程問題。利用特征向量(振型)的正交歸一關(guān)系，將所得到的解進行疊加，從而獲得問題的解析解表達式。第二步討論與幾何大變形和非線性阻尼相關(guān)的非線性模型。利用上述本征解和非線性動力方程以及小參

3、數(shù)展開方法，得到了一種遞推公式，形成一種求解非線性問題的數(shù)值方法。通過數(shù)值分析，揭示了仿生機器魚的游動機理。分析和研究了材料和幾何參數(shù)以及環(huán)境因素等對機器魚起動的影響。結(jié)果表明，仿生機器魚平均驅(qū)動力并不是隨著外界頻率的增加而單調(diào)增加，而是存在一個最佳頻率，在此外界頻率下平均驅(qū)動力最大，因而可設(shè)計出該魚最佳起動模式。數(shù)值結(jié)果還發(fā)現(xiàn)仿生機器魚在起動過程中最佳模式是從低階模態(tài)到高階模態(tài)的快速過渡。這個規(guī)律可實現(xiàn)機器魚快速從靜止到高速游動的過渡