二自由度胸鰭推進(jìn)仿生機器魚動力學(xué)分析及控制.pdf

1、作為探索海洋的一種高科技工具，水下機器人在開發(fā)和利用海洋這塊人類未來最現(xiàn)實的可發(fā)展空間中具有重要的作用。魚類非凡的水中運動能力為水下航行器的設(shè)計提供了有益的借鑒。采用仿生學(xué)原理，以魚類推進(jìn)方式為參照開發(fā)的仿生機器魚，因其高效、高機動性、低噪音以及對環(huán)境擾動小的優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于海洋生物觀測、水下軍事偵察、水下考古、管道檢測、水環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測等領(lǐng)域。本文以箱魨科木瓜魚為仿生對象，設(shè)計了一款二自由度胸鰭和單關(guān)節(jié)尾鰭協(xié)同驅(qū)動的仿生機器魚，分析了

2、其直游、倒退、轉(zhuǎn)彎和停車模式的推進(jìn)機理，具體內(nèi)容如下：
　　(1)完成了仿生機器魚推進(jìn)機構(gòu)設(shè)計。通過對現(xiàn)有剛性胸鰭推進(jìn)機構(gòu)的分析，以及對實現(xiàn)拍翼及搖翼運動典型機械轉(zhuǎn)動裝置的歸納，以能夠單獨實現(xiàn)拍翼運動、搖翼運動，以及兩者的復(fù)合運動為目標(biāo)，設(shè)計了二自由度胸鰭推進(jìn)機構(gòu)；進(jìn)而根據(jù)形態(tài)仿生以及水動力學(xué)對魚體的要求，設(shè)計了仿生機器魚的外殼；最后設(shè)計了仿生機器魚的尾鰭推進(jìn)機構(gòu)。
　　(2)分析了仿生機器魚的推進(jìn)機理。利用流體力學(xué)理論建立

3、了二自由度胸鰭和單關(guān)節(jié)尾鰭的水動力學(xué)模型，分析了仿生機器魚直游、倒游、轉(zhuǎn)彎和停車的游動機理，建立了仿生機器魚各運動模態(tài)的動力學(xué)方程，通過數(shù)值方法確定了仿生機器魚各運動模態(tài)的運動性能參數(shù)，從而為所設(shè)計仿生機器魚的實體實驗提供了理論依據(jù)。
　　(3)通過實體實驗，對理論分析結(jié)果進(jìn)行了驗證。完成了所設(shè)計仿生機器魚機械構(gòu)件的加工、控制系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計與調(diào)試；搭建了樣機實驗平臺，使之具備實驗條件；最后利用實驗平臺，對理論分析結(jié)果進(jìn)行驗證，并