隨著陸上資源的不斷枯竭以及國家海洋戰(zhàn)略的提出,對海洋的開發(fā)利用得到更多的關注,也促進了探索海洋環(huán)境的水下機器人的發(fā)展。而仿魚類水下機器人由于其自身優(yōu)越的運動性能,已成為機器人領域研究的熱點。以鰩魚為代表的胸鰭波動推進的魚類具有優(yōu)越的機動性和隱蔽性,而目前對鰩魚的仿生學研究較少,本文以鰩魚為仿生對象,開展其運動仿真研究。本文根據(jù)鰩魚胸鰭波動的運動模式,設計了一套仿生鰩魚機械結(jié)構,利用ADAMS軟件對機構進行運動學仿真,對機構的合理性進行驗證。并結(jié)合鰩魚的形狀建立仿生鰩魚的物理模型。接著在已有研究成果的基礎上,建立了仿生鰩魚的運動學模型,并仿真了鰩魚胸鰭的運動,證明了模型的可行性。在此基礎上,本文提出了鰩魚的動力學方程,并通過對其中未知量的公式推導,建立了鰩魚的動力學模型。接下來,利用已建立的模型進行編程,在Fluent軟件中完成其初步仿真,分析了鰩魚運動速度和受力情況,證明了鰩魚可實現(xiàn)在流體中的游動。接下來,利用控制變量法,研究了波動頻率、波長和波動振幅對鰩魚運動性能的影響。通過對鰩魚的表面壓力、運動速度以及各方向的受力情況進行比較,得到了鰩魚產(chǎn)生動力的來源,鰩魚可實現(xiàn)在前進方向的穩(wěn)定運... 

【文章來源】：寧波大學浙江省

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

美國哥倫比亞大學仿生鰭裝置

圖 1.1 美國哥倫比亞大學仿生鰭裝置. 1.1 The bionic fin device designed at Columbia Unive學 2002 年以烏賊作為仿生對象，設計了一套波動裝置兩側(cè)各有 15 根鰭條，鰭條間以柔性材料相機控制，可以實現(xiàn)兩側(cè)魚鰭任意形式的運動，并良好的機動性。

圖 1.3 新加坡南洋理工大學仿烏賊裝置Fig. 1.3 The bionic squid device designed at Nanyang Technological University2010 年，新加坡南洋理工大學研制了一款名為 RoMan-II 的水下機器魚，如圖 1.4（a）所示[15]。該裝置的魚鰭由兩側(cè)共 6 條柔性鰭組成，每個鰭條由單獨的電機控制，通過兩側(cè)鰭上下擺動產(chǎn)生推進力，還可以實現(xiàn)水下滑翔運動，降低了整體的能耗，并且不需要轉(zhuǎn)動身體就可以實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)和后移運動，運動速度最高可達 0.4m/s。之后在 2011 又研制出了 RoMan-III 機器魚[16]，如圖 1.4（b）所示。RoMaIII 相比 RoMan-II 來說，速度相對較小，最高為 0.3m/s，結(jié)構上更加緊湊，也可以實現(xiàn)前行、偏轉(zhuǎn)和滑翔運動，而且還對擺動幅度、頻率、鰭的面積等影響推進力的因素進行研究，并提出了一種用于控制魚類運動的方案。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]鰭條運動模式對仿生波動鰭推進力影響的研究[J]. 章永華,何建慧.  工程設計學報. 2017(01)
[2]形狀記憶合金絲驅(qū)動仿生波動鰭推進器設計與實驗研究[J]. 王揚威,于凱,王振龍.  中國機械工程. 2015(08)
[3]胸鰭波動推進仿生機器魚研究進展與分析[J]. 譚進波,王揚威,顧寶彤,趙東標.  微特電機. 2014(10)
[4]中央鰭/對鰭推進模式的仿生自主水下機器人發(fā)展現(xiàn)狀綜述[J]. 王田苗,楊興幫,梁建宏.  機器人. 2013(03)
[5]仿牛鼻鲼機器魚胸鰭的時間非對稱擺動研究[J]. 楊少波,韓小云,邱靜,謝海斌.  中國機械工程. 2011(05)
[6]一種新型的胸鰭擺動模式推進機器魚設計與實現(xiàn)[J]. 楊少波,韓小云,張代兵,邱靜.  機器人. 2008(06)
[7]鰩科家族[J]. 袁軍.  釣魚. 2007(10)
[8]NiTi形狀記憶合金驅(qū)動的仿生魚鰭的研究[J]. 章永華,何建慧,張世武,董二寶,楊杰.  機器人. 2007(03)
[9]海洋生物系列(八)[J]. 曹玉茹.  海洋世界. 2006(01)
[10]孔鰩的生物學特性與養(yǎng)殖技術[J]. 于詩群,王世黨,鄭春波.  齊魯漁業(yè). 2005(08)

博士論文
[1]牛鼻鲼泳動動力學分析與仿生機器魚研究[D]. 楊少波.國防科學技術大學 2010
[2]柔性仿生波動鰭推進理論與實驗研究[D]. 章永華.中國科學技術大學 2008
[3]基于多波動鰭推進的仿生水下機器人設計、建模與控制[D]. 謝海斌.國防科學技術大學 2006

碩士論文
[1]仿生鰩魚的結(jié)構設計與實驗研究[D]. 高帥.哈爾濱工業(yè)大學 2014
[2]基于CFD的鰩魚水動力學數(shù)值模擬研究[D]. 周楊.哈爾濱工業(yè)大學 2011
[3]仿魚機器人穩(wěn)態(tài)游動的水動力性能研究[D]. 王冉冉.哈爾濱工業(yè)大學 2010
[4]背鰭/背臀鰭波動推進機理實驗研究及仿真[D]. 李非.國防科學技術大學 2005
[5]波動仿生推進器柔性長鰭的波動控制技術研究[D]. 林龍信.國防科學技術大學 2005



本文編號：3466713