仿水黽機器人結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究.pdf

1、水黽依靠腿部特殊結(jié)構(gòu)利用水的表面張力和疏水特性能夠在水面上停留、滑行和跳躍。由于按照水的表面張力原理設計的仿水黽機器人，其負載能力過小，很難攜帶工具完成遠距離探測等實際任務，所以本文研究一種依靠浮力停留水面的漂浮型仿水黽機器人。
　　 該機器人采用電磁鐵驅(qū)動，機器人前后四條腿采用漂浮原理支撐，中間兩條腿模仿水黽中腿劃水運動完成劃水動作。為了提高仿水黽機器人的運動效率，需要對水流與仿水黽機器人的相互作用進行研究。主要研究內(nèi)容如下：

2、
　　 以工程流體力學理論為基礎，研究機器人在水面行走時流體水與機器人的作用關(guān)系，建立影響機器人阻力的支撐腿和影響機器人推進力的劃水板的理論流體力學模型，并結(jié)合計算流體動力學分析軟件FLUENT分別建立對支撐腿與劃水板進行計算流體動力學分析的方案。優(yōu)化目的是降低機器人運動的阻力，提高機器人的推進力，改善機器人腿部的流場特性，提高機器人運動速度。
　　 對仿水黽機器人支撐腿的綜合優(yōu)化研究。在相同體積的條件下，研究圓柱形和流

3、線形兩種支撐腿在機器人前行時受到的水流阻力，選擇阻力較小的支撐腿模型；并在保持體積不變的條件下，改變該支撐腿模型的尺寸參數(shù)，研究尺寸參數(shù)對該支撐腿模型所受阻力的影響。在上述研究基礎上，考慮仿水黽機器人的轉(zhuǎn)彎性能，選擇最優(yōu)的支撐腿模型。
　　 對仿水黽機器人劃水板的綜合優(yōu)化研究。分別研究矩形劃水板的高度和長度尺寸變化對劃水阻力的影響。綜合考慮機器人劃水腿的抬腿高度和和劃水板彎曲變形等問題，選擇阻力最大的高度尺寸和長度尺寸參數(shù)，提高