胸鰭波動推進(jìn)仿生機(jī)器魟魚設(shè)計研究.pdf

1、隨著海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及海洋權(quán)益保護(hù)的日益重要，對海洋勘測和救撈設(shè)備提出了更高的要求，與傳統(tǒng)螺旋槳推進(jìn)的水下機(jī)器人相比，模仿魚類游動運動的仿生水下機(jī)器人具有更高的游動效率、機(jī)動性和穩(wěn)定性。魚類的胸鰭波動推進(jìn)模式擁有比尾鰭擺動模式更高的機(jī)動性和穩(wěn)定性。本文以胸鰭波動推進(jìn)游動的魟魚為仿生對象，通過形態(tài)仿生和運動功能仿生設(shè)計研制了一種胸鰭波動推進(jìn)的仿生機(jī)器魟魚，為海洋資源的開發(fā)利用和潛水救撈提供了一種新型的水下搭載裝備平臺。
　　首先，通

2、過對仿生對象魟魚的形態(tài)學(xué)、生理學(xué)和運動學(xué)特征進(jìn)行分析研究，為仿生機(jī)器魟魚的設(shè)計提供生物學(xué)基礎(chǔ)和仿生思路。基于魟魚的生物學(xué)特征和簡化假設(shè)，建立了魟魚的簡化物理模型。通過對胸鰭波動運動特征參數(shù)的辨識，建立了胸鰭的波動運動學(xué)模型并進(jìn)行了仿真分析。借鑒抗力理論的基本思想，建立了魟魚胸鰭波動動力學(xué)模型。
　　其次，通過模仿魟魚的形態(tài)結(jié)構(gòu)、胸鰭骨骼和肌肉結(jié)構(gòu)研制了仿生機(jī)器魟魚，其外形結(jié)構(gòu)模仿魟魚的扁平流線型身體，該機(jī)器魚由柔性波動胸鰭、殼體、

3、沉浮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、電源和控制系統(tǒng)組成。基于魟魚游動機(jī)理，分析了機(jī)器魟魚的游動策略。
　　最后，對仿生機(jī)器魟魚樣機(jī)的推進(jìn)性能進(jìn)行了試驗研究。在不同的胸鰭波動頻率、波幅、波數(shù)和波動模式條件下，對樣機(jī)的推力、側(cè)向力和俯仰力進(jìn)行了測量，分析了胸鰭波動參數(shù)對推進(jìn)性能的影響。為了研究仿生樣機(jī)的游動性能，進(jìn)行了直線游動、轉(zhuǎn)彎機(jī)動和沉浮運動試驗研究，結(jié)果表明仿生樣機(jī)能實現(xiàn)與魟魚近似的游動運動，游動具有較好的機(jī)動性，其最大直線游動速度為5.35cm/s