仿生水黽機器人建模及性能研究.pdf

1、水黽昆蟲是一種通過表面張力站立在水面上，能夠快速的前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎以及跳躍，并且對于水面的干擾非常小。仿生水黽機器人能夠靈活的在水面前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎。水黽機器人不僅僅能夠進(jìn)行水域的水文監(jiān)測、軍事探測，還能夠進(jìn)入管道等狹小的空間進(jìn)行多種探測，應(yīng)用范圍十分廣泛。
　　本文以水黽昆蟲為研究對象，根據(jù)水黽的結(jié)構(gòu)以及運動特點，提出了仿生水黽機器人的設(shè)計思路。分析了水黽的結(jié)構(gòu)以及運動特點，通過楊氏方程研究超疏水圓柱體的入水模型，仿真計算了水面的變形曲線，

2、進(jìn)而計算出了圓柱體在水中的承載力，驗證了用疏水腿制作的機器人承載力較差，達(dá)不到承載監(jiān)測設(shè)備的要求。
　　本文根據(jù)水黽的特點提出了一種新型的劃水驅(qū)動機構(gòu)，利用兩個伺服電機驅(qū)動劃水板進(jìn)行劃水-抬腿-回腿-劃水的劃水過程，該機構(gòu)能夠很好的復(fù)現(xiàn)水黽的劃水過程。根據(jù)水黽在水中滑行時運用腿部的移動平衡自身的姿態(tài)，提出了一種新型的姿態(tài)變換機構(gòu)，利用力-角穩(wěn)定裕度分析機器人的穩(wěn)定性，驗證了設(shè)想。
　　運用流體力學(xué)知識，對機器人的劃水板進(jìn)行建

3、模?？紤]到機器人的初始速度會對劃水板產(chǎn)生多余的阻力，對劃水板形狀進(jìn)行改進(jìn)，經(jīng)過實驗驗證了理論結(jié)果。運用CFD仿真軟件（STAR-CCM+）對機器人不同的支撐腿形狀（球體、圓臺體、扁橢球、寬橢球）進(jìn)行水動力學(xué)計算，選用水阻力較小的扁橢球作為支撐腿能夠有效的增加機器人的前進(jìn)效率。
　　在以上研究的基礎(chǔ)上，制作機器人樣機，并在實驗室條件下，對樣機進(jìn)行前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎實驗。實驗結(jié)果驗證了之前對于機器人分析以及研究的正確性，該機器人具有良好的靈活