仿水黽機(jī)器人建模及運(yùn)動(dòng)特性研究.pdf

1、水黽是水生半翅目類昆蟲,依靠水的表面張力在水面上滑行和跳躍。通過模仿水黽結(jié)構(gòu)以及其在水面上的運(yùn)動(dòng)方式,研制出可以代替人類從事惡劣環(huán)境下工作的仿水黽機(jī)器人,具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。水黽原型依靠水的張力支撐身體停留在水面上,由于張力型仿水黽機(jī)器人很難攜帶負(fù)載完成遠(yuǎn)程作業(yè)任務(wù)。本文研究一種由電機(jī)、微型舵機(jī)驅(qū)動(dòng),依靠水的浮力支撐機(jī)體漂浮在水面的仿水黽機(jī)器人,主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.構(gòu)建利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的微小型仿水黽機(jī)器人模型,利用曲柄搖桿

2、機(jī)構(gòu)、平行四邊形機(jī)構(gòu)串聯(lián)構(gòu)成仿水黽機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),模仿水黽中腿完成入水、劃水、抬腿、回腿的運(yùn)動(dòng)過程,從而驅(qū)動(dòng)機(jī)器人向前運(yùn)動(dòng)。建立該機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)性能關(guān)系表達(dá)式,并用Adams軟件對(duì)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析。
　　2.利用Fluent軟件對(duì)影響劃水腿劃水性能的幾個(gè)主要參數(shù)如形狀、尺寸進(jìn)行變尺度研究,利用動(dòng)網(wǎng)格更新流場(chǎng)區(qū)域并對(duì)劃水腿速度分布及受力做仿真分析預(yù)報(bào),優(yōu)選一種受水驅(qū)動(dòng)力較大,劃水效率較高的劃水腿,以提

3、高機(jī)器人劃水效率和水面移動(dòng)速度。
　　3.進(jìn)行仿水黽機(jī)器人水面運(yùn)動(dòng)特性仿真研究。通過開發(fā)基于ADAMS-MATLAB的仿水黽機(jī)器人聯(lián)合仿真平臺(tái),以較準(zhǔn)確預(yù)測(cè)不同電機(jī)轉(zhuǎn)速下機(jī)器人水面運(yùn)動(dòng)情況,為獲得具有較優(yōu)劃水運(yùn)動(dòng)性能的仿水黽機(jī)器人設(shè)計(jì)提供必要理論依據(jù)。
　　4.在進(jìn)行了上述研究之后制作仿水黽機(jī)器人樣機(jī)。在實(shí)驗(yàn)室條件下研究在不同電機(jī)轉(zhuǎn)速、采用不同尺寸、形狀劃水腿情況下,機(jī)器人在水面的移動(dòng)速度,并與仿真結(jié)果進(jìn)行比較,驗(yàn)證理論分析