發(fā)布時間：2020-06-27 08:24

【摘要】：微型水下航行器(Micro-UUV)不僅在海洋災(zāi)難營救、環(huán)境信息探測、海洋地理研究等民用領(lǐng)域發(fā)揮重要作用,更具有不可替代的軍事應(yīng)用價值。模仿水生生物研制的仿生無人水下航行器,具備或部分具備水生生物的形體和游動方式,具有推進(jìn)效率高、噪聲低、轉(zhuǎn)彎靈活、機(jī)動性好等優(yōu)點(diǎn),是近年來學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)。自然界中,一些體積較小的水生昆蟲,如龍虱,進(jìn)化出了獨(dú)特的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動模式,在機(jī)動性、隱蔽性、靈活性等方面具有超凡的優(yōu)越性,是微型水下航行器研究極佳的仿生模本。本研究以尺寸較大的黃緣真龍虱為研究對象,分析了其構(gòu)形及結(jié)構(gòu)特點(diǎn),研究了其在自由水環(huán)境中的運(yùn)動特性,結(jié)合龍虱的關(guān)節(jié)聯(lián)接機(jī)制,設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)簡單的仿生劃水推進(jìn)機(jī)構(gòu),并對推進(jìn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)仿真。具體為:采用體視顯微鏡分析了黃緣真龍虱的生物表面特征,測量并統(tǒng)計了黃緣真龍虱胸足各關(guān)節(jié)長度與軀干長度之間的比值,F檢驗及T檢驗結(jié)果表明黃緣真龍虱身體結(jié)構(gòu)左右對稱,雌、雄黃緣真龍虱游泳足對應(yīng)的各關(guān)節(jié)長度無顯著性差異。搭建龍虱運(yùn)動學(xué)測試平臺,采用兩臺高速攝像機(jī)及三維運(yùn)動圖像解析系統(tǒng)(Simi Motion)研究了靜水環(huán)境中自由運(yùn)動的黃緣真龍虱的運(yùn)動特性及關(guān)節(jié)運(yùn)動學(xué)。龍虱在水下運(yùn)動過程中前足及中足幾乎不起推進(jìn)作用,推進(jìn)力主要由后足產(chǎn)生。分析發(fā)現(xiàn),在直線及后退運(yùn)動過程中,黃緣真龍虱采用兩條后足同步對稱運(yùn)動的方式,轉(zhuǎn)向運(yùn)動中,兩條后足不對稱擺動,轉(zhuǎn)動的方向由起主要推進(jìn)作用的后足決定,轉(zhuǎn)動角度由兩條足的擺動幅度決定。黃緣真龍虱在運(yùn)動過程中腿節(jié)角度變化范圍最大,跗節(jié)各亞節(jié)間角度變化趨勢一致且變化范圍較小。應(yīng)用X射線三維顯微鏡及Mimics圖像重建軟件研究了黃緣真龍虱游泳足各關(guān)節(jié)之間的聯(lián)接機(jī)制,發(fā)現(xiàn)其多為轉(zhuǎn)動副聯(lián)接。根據(jù)龍虱的運(yùn)動方式及關(guān)節(jié)間的聯(lián)接機(jī)制,忽略前足及中足,將后足進(jìn)行了簡化,設(shè)計了單腿機(jī)構(gòu),并將單腿機(jī)構(gòu)的三維模型導(dǎo)入ADAMS進(jìn)行了運(yùn)動仿真,對比仿真得到的腿部機(jī)構(gòu)末端運(yùn)動軌跡與生物試驗獲得的軌跡,結(jié)果顯示兩者具有高度的相似性,且機(jī)構(gòu)的桿件之間不發(fā)生干涉等問題,從而驗證了單腿機(jī)構(gòu)設(shè)計的合理性與可行性。采用三維掃描儀及逆向工程軟件建立龍虱生物模型,通過提取及優(yōu)化生物模型軀干特征曲線,設(shè)計了仿龍虱流線型的軀干外形。基于龍虱身體結(jié)構(gòu)對稱的特點(diǎn),設(shè)計了兩腿對稱布置的整機(jī)機(jī)構(gòu),通過CATIA建立整機(jī)的三維模型,并利用ADAMS軟件對整機(jī)的可行性與合理性進(jìn)行了驗證。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U674.941;Q811
【圖文】：

.14 對仿鞘翅結(jié)構(gòu)進(jìn)行抽象、變異所得的粗略模型國外研究現(xiàn)狀虱的研究大多集中在龍虱的運(yùn)動方面。1958 年，劍HES[61]觀察了龍虱在一個水深約為 6 英寸（15.24c虱在標(biāo)有格子的魚缸中自由游動時的運(yùn)動視頻，對龍期的運(yùn)動做了分析，并研究分析了龍虱殘肢對于運(yùn)足殘缺時，一開始會在水中轉(zhuǎn)圈，隨后由于其他足沿直線路徑運(yùn)動。1961 年，慕尼黑大學(xué)放射生HTIGALL 博士[62]在 nature 上發(fā)表了一篇關(guān)于龍虱游證明龍虱的身體外形具有良好的減阻性及游動穩(wěn)定

圖 2.3 黃緣真龍虱頭部及前胸背板局部放大圖（a）頭部局部放大圖（b）前胸背板局部放大圖（2）鞘翅及腹部雌性及雄性成年黃緣真龍虱鞘翅呈黑褐色，具有墨綠色光澤，側(cè)緣有黃色條

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本文編號：2731579