本文選題：仿生機(jī)器人 + 水黽昆蟲��； 參考：《浙江大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：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(jī)器人能夠靈活的在水面前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎。水黽機(jī)器人僅僅能夠進(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(yùn)動特點(diǎn),提出了仿生水黽機(jī)器人的設(shè)計(jì)思路。分析了水黽的結(jié)構(gòu)以及運(yùn)動特點(diǎn),通過楊氏方程研究超疏水圓柱體的入水模型,仿真計(jì)算了水面的變形曲線,進(jìn)而計(jì)算出了圓柱體在水中的承載力,驗(yàn)證了用疏水腿制作的機(jī)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(diǎn)提出了一種新型的劃水驅(qū)動機(jī)構(gòu),利用兩個伺服電機(jī)驅(qū)動劃水板進(jìn)行劃水-抬腿-回腿-劃水的劃水過程,該機(jī)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(shí)運(yùn)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(jī)構(gòu),利用力-角穩(wěn)定裕度分析機(jī)器人的穩(wěn)定性,驗(yàn)證了設(shè)想。運(yùn)用流體力學(xué)知識,對機(jī)器人的劃水板進(jìn)行建模。考慮到機(jī)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論結(jié)果。運(yùn)用CFD仿真軟件(STAR-CCM+)對機(jī)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(jì)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(jī)器人的前進(jìn)效率。在以上研究的基礎(chǔ)上,制作機(jī)器人樣機(jī),并在實(shí)驗(yàn)室條件下,對樣機(jī)進(jìn)行前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了之前對于機(jī)器人分析以及研究的正確性,該機(jī)器人具有良好的靈活性、波浪穩(wěn)定性等特點(diǎn)、,整機(jī)的劃水效率較高。本文的研究表明,對于仿生水黽機(jī)器人的設(shè)計(jì)、建模、仿真的結(jié)果是可行的、有效的,機(jī)器人整體的運(yùn)動具有很高的效率。經(jīng)過波浪角的計(jì)算,機(jī)器人的姿態(tài)變換裝置能夠有效的增加機(jī)器人的穩(wěn)定性。本文的研究內(nèi)容以及成果對此類水面機(jī)器人具有指導(dǎo)作用,為增進(jìn)水面機(jī)器人的前進(jìn)效率以及增加穩(wěn)定性提供重要的理論依據(jù)。
[Abstract]:Water strider is a kind of water strider that stands on the water surface through surface tension, can advance, turn and jump quickly, and has very little disturbance to the water surface. The bionic water strider robot can move forward and turn flexibly on the surface of the water. The water strider robot can only carry out hydrological monitoring and military detection in the water area, but also can enter the narrow space such as pipelines to carry out many kinds of exploration, and it has a very wide range of applications. In this paper, the water strider insect is taken as the research object. According to the structure and motion characteristics of the water strider, the design idea of the bionic water strider is put forward. The structure and motion characteristics of water strider are analyzed. The water entry model of superhydrophobic cylinder is studied by Young's equation, the deformation curve of water surface is simulated, and the bearing capacity of cylinder in water is calculated. It is verified that the robot made of hydrophobic leg has poor bearing capacity and can not meet the requirements of load carrying monitoring equipment. According to the characteristics of water strider, a new water strider driving mechanism is proposed in this paper. Two servomotors are used to drive the paddle plate in the process of water stroke, which can well reproduce the stroke process of water strider. According to the motion of water strider's legs to balance its posture, a new attitude transformation mechanism is proposed. The stability of robot is analyzed by force angle stability margin, and the assumption is verified. The hydrodynamic knowledge is used to model the paddle plate of the robot. Considering that the initial velocity of the robot will produce excess resistance to the paddle plate, the shape of the paddle plate is improved, and the theoretical results are verified by experiments. The hydrodynamic calculation of different supporting leg shapes (sphere, platform, flat ellipsoid, wide ellipsoid) was carried out by using CFD simulation software (STAR-CCM). Using the flat ellipsoid with low water resistance as the supporting leg can effectively increase the forward efficiency of the robot. On the basis of the above research, the prototype of the robot is made, and the forward and turn experiments are carried out under the laboratory conditions. The experimental results show that the robot has the advantages of good flexibility, wave stability and high efficiency. The research in this paper shows that the design, modeling and simulation results of the bionic water strider robot are feasible and effective, and the overall motion of the robot is highly efficient. After the calculation of wave angle, the robot attitude change device can effectively increase the stability of the robot. The research contents and results of this paper can guide this kind of surface robot and provide an important theoretical basis for improving the advancing efficiency and increasing the stability of the surface robot.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

【參考文獻(xiàn)】

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4 胡開業(yè);船舶在波浪中的大幅橫搖運(yùn)動及其運(yùn)動穩(wěn)定性研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

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本文編號：1803854