自然界上億年的進化讓許多水生動物擁著十分優(yōu)異的水下甚至跨介質(zhì)運動的能力。與人類所創(chuàng)造的運載工具相比,這些動物往往具有更高的機動性、更優(yōu)異的水、空氣動力學性能。因此,通過深入研究和探索自然界中魚類的軀體結(jié)構(gòu)、運動功能及原理,可以讓我們有效的提升人造運載工具的性能。本文以自然界中的飛魚為仿生原型,設計了一款可實現(xiàn)胸鰭折疊展開、軀體后半段偏折以及尾鰭高頻拍動的仿飛魚機器魚。本文設計了機器魚的仿生結(jié)構(gòu)模型,并利用3D打印技術(shù)制作出機器魚的所有非標零部件。機器魚體長約45cm（軀體,加尾巴60cm）,重890g,其中胸鰭的折疊展開、軀體后半段的偏折均采用伺服電機進行控制;尾鰭的高頻拍動通過高速電機實現(xiàn),其中利用減速齒輪以及曲柄連桿機構(gòu),將高速電機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為可控而有效的高頻拍動。本文制作出一個可以完全自主游進的實驗樣機,并以此為實驗平臺,利用懸臂水池、小型拖曳水池、高速相機等實驗設備進行機器魚水面實驗研究。實驗中,通過改變尾鰭的外形、尾鰭材料以及尾鰭浸入水中深度,來研究機器魚實驗樣機的尾鰭拍動頻率與游進速度的關(guān)系,進而得出與該機器魚推進性能相關(guān)的結(jié)論。通過實驗結(jié)果可以看出,機器魚的尾鰭擺動頻率和... 

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景
    1.2 仿生機器魚研究意義
    1.3 仿生機器魚研究現(xiàn)狀
    1.4 本論文研究目標及主要內(nèi)容
        1.4.1 研究目標
        1.4.2 主要內(nèi)容
第2章 仿飛魚機器魚的設計和原型樣機的研制
    2.1 控制系統(tǒng)的設計
    2.2 3D打印技術(shù)介紹
    2.3 仿飛魚機器魚的整體設計
        2.3.1 機器魚前段結(jié)構(gòu)設計
        2.3.2 機器魚連接段結(jié)構(gòu)設計
        2.3.3 機器魚后段結(jié)構(gòu)設計
        2.3.4 機器魚尾部結(jié)構(gòu)設計
        2.3.5 機器魚密封設計
    2.4 實驗樣機的簡化結(jié)構(gòu)及注意事項
    2.5 本章小結(jié)
第3章 仿飛魚機器魚的實驗設備和方法
    3.1 懸臂水池
    3.2 小型拖曳水池
    3.3 本章小結(jié)
第4章 仿飛魚機器魚的推進性能實驗研究
    4.1 剛性鋁合金尾鰭實驗結(jié)果
        4.1.1 空載下尾鰭的拍動頻率
        4.1.2 不同浸入深度下尾鰭的拍動頻率
        4.1.3 不同浸入深度下尾鰭的拍動頻率和機器魚的游動速度
        4.1.4 不同大小尾鰭的拍動頻率和機器魚的游動速度
    4.2 柔性尼龍尾鰭實驗結(jié)果
        4.2.1 空載下尾鰭的拍動頻率
        4.2.2 不同浸入深度下尾鰭的拍動頻率
        4.2.3 不同浸入深度下尾鰭的拍動頻率和機器魚的游動速度
        4.2.4 不同大小尾鰭的拍動頻率和機器魚的游動速度
    4.3 不同材料尾鰭實驗結(jié)果比較
        4.3.1 相同工況下尼龍中尾和鋁合金中尾的拍動頻率
        4.3.2 相同工況下尾鰭的拍動頻率和機器魚的游動速度
    4.4 實驗誤差分析
    4.5 本章小結(jié)
第5章 仿飛魚機器魚的數(shù)值模擬研究
    5.1 物理模型與數(shù)值方法
        5.1.1 物理模型
        5.1.2 數(shù)值方法
    5.2 計算結(jié)果
    5.3 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)和展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間科研成果


【參考文獻】：
期刊論文
[1]3D打印技術(shù)及應用趨勢[J]. 任何東,楊景宇,李超林,劉海瓊,張小山.  成都工業(yè)學院學報. 2018(02)
[2]光固化快速成型技術(shù)的進展及應用[J]. 李東方,陳繼民,袁艷萍,黃寬,方浩博.  北京工業(yè)大學學報. 2015(12)
[3]光固化3D打印用光敏樹脂的研究進展[J]. 張恒,許磊,胡振華.  合成樹脂及塑料. 2015(04)
[4]仿生機器人研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 王國彪,陳殿生,陳科位,張自強.  機械工程學報. 2015(13)
[5]3D打印光敏樹脂的研究進展[J]. 何岷洪,宋坤,莫宏斌,李軍,潘道成,梁子騏.  功能高分子學報. 2015(01)
[6]3D打印技術(shù)及應用趨勢[J]. 李小麗,馬劍雄,李萍,陳琪,周偉民.  自動化儀表. 2014(01)
[7]3D打印的特點及應用簡析[J]. 呂東旭.  才智. 2013(20)
[8]跨介質(zhì)飛行器彈道仿真分析[J]. 王偉,張宇文,朱灼.  計算機仿真. 2011(12)
[9]A 3D Simulator for Autonomous Robotic Fish[J]. Jindong Liu, Huosheng Hu Department of Computer Science, University of Essex, Wivenhoe Park, Colchester CO4 3SQ, UK.  International Journal of Automation and Computing. 2004(01)



本文編號：3732442