本文關(guān)鍵詞：水陸兩棲蛙板機(jī)器人的設(shè)計(jì)、建模與控制，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：仿生機(jī)器人是當(dāng)今機(jī)器人領(lǐng)域研究的熱點(diǎn),人們往往可以通過(guò)研究生物體的運(yùn)動(dòng)形式和感知能力來(lái)獲得設(shè)計(jì)機(jī)器人的靈感。兩棲動(dòng)物憑借其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式和感知能力,可以在陸地環(huán)境和水下環(huán)境中行動(dòng)自如,因此如何設(shè)計(jì)一種仿生兩棲機(jī)器人成為研究的熱點(diǎn)。本文主要介紹一種新型的水陸兩棲機(jī)器人,這種機(jī)器人通過(guò)模仿青蛙的水下游泳動(dòng)作,在陸地上和水下運(yùn)動(dòng)時(shí)均采用雙擺臂的蛙式運(yùn)動(dòng)形式,在陸地上靠萬(wàn)向輪與地面的摩擦力提供推力,在水下則通過(guò)擺動(dòng)的尾鰭產(chǎn)生推力。由于這種兩棲機(jī)器人在水陸環(huán)境下均采用蛙式運(yùn)動(dòng)形式,因此稱這種機(jī)器人為兩棲蛙板機(jī)器人。本文對(duì)兩棲蛙板機(jī)器人的設(shè)計(jì)、建模和控制進(jìn)行了詳細(xì)的介紹,對(duì)這種新型雙擺臂的運(yùn)動(dòng)形式進(jìn)行了詳盡的分析,并進(jìn)行了相關(guān)的仿真和實(shí)驗(yàn)。本文的研究?jī)?nèi)容及成果主要包括:(1)對(duì)蛙板機(jī)器人的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹,主要包括萬(wàn)向輪、尾鰭、胸鰭、前舵的設(shè)計(jì)以及雙擺臂運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)。(2)基于ADAMS(機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析)虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)兩棲蛙板機(jī)器人的陸地運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了仿真分析,了解了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性,然后針對(duì)系統(tǒng)的強(qiáng)非線性,利用模糊PID算法,實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的速度可控。(3)對(duì)機(jī)器人水下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了建模,同時(shí)利用ANSYS FLUENT有限元分析軟件,對(duì)蛙板機(jī)器人的水下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了計(jì)算流體力學(xué)仿真,對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了推力仿真、阻力仿真以及姿態(tài)控制仿真。(4)針對(duì)機(jī)器人的仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對(duì)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),提出了一些建設(shè)性的改進(jìn)方案。本文對(duì)兩棲蛙板機(jī)器人的設(shè)計(jì)、建模和控制進(jìn)行了詳細(xì)介紹,分析了這種新型的雙擺臂的運(yùn)動(dòng)形式,并對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。
【關(guān)鍵詞】：水陸兩棲 雙擺臂 蛙式 ADAMS FLUENT 計(jì)算流體力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-20
• 1.1 研究的背景及意義11-12
• 1.2 水陸兩棲機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r12-18
• 1.2.1 地面移動(dòng)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 水下機(jī)器人的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.3 水陸兩棲機(jī)器人的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容及組織結(jié)構(gòu)18-20
• 第2章 兩棲蛙板機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)20-31
• 2.1 兩棲蛙板機(jī)器人的設(shè)計(jì)來(lái)源20-21
• 2.2 機(jī)器人的發(fā)展21-23
• 2.2.1 第一代蛙板機(jī)器人21-22
• 2.2.2 第二、三代蛙板機(jī)器人22-23
• 2.3 機(jī)器人控制系統(tǒng)介紹23-25
• 2.4 兩棲機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)25-27
• 2.4.1 頭部機(jī)構(gòu)25
• 2.4.2 前舵與胸鰭結(jié)構(gòu)25-26
• 2.4.3 尾鰭與萬(wàn)向輪結(jié)構(gòu)26-27
• 2.5 陸地運(yùn)動(dòng)機(jī)理27-28
• 2.6 水下運(yùn)動(dòng)機(jī)理28-30
• 2.6.1 雙尾鰭擺動(dòng)28-29
• 2.6.2 水下姿態(tài)控制29-30
• 2.7 本章總結(jié)30-31
• 第3章 陸地運(yùn)動(dòng)建模仿真與實(shí)驗(yàn)31-43
• 3.1 ADAMS虛擬樣機(jī)仿真31-35
• 3.1.1 ADAMS虛擬樣機(jī)技術(shù)介紹31-32
• 3.1.2 蛙板機(jī)器人模型的建立32-33
• 3.1.3 ADAMS仿真與分析33-35
• 3.2 陸地運(yùn)動(dòng)控制與實(shí)驗(yàn)35-42
• 3.2.1 機(jī)器人陸地運(yùn)動(dòng)影響因素35-36
• 3.2.2 機(jī)器人擺速對(duì)速度的影響36-38
• 3.2.3 機(jī)器人速度平滑控制38-42
• 3.3 本章總結(jié)42-43
• 第4章 水動(dòng)力學(xué)仿真與分析43-65
• 4.1 水下機(jī)器人研究方法概述43-44
• 4.2 水下動(dòng)力學(xué)模型44-46
• 4.3 水下推力建模與分析46-54
• 4.3.1 水下推力建模46-51
• 4.3.2 水下推力仿真分析51-54
• 4.4 水下計(jì)算流體力學(xué)仿真54-63
• 4.4.1 CFD與ANSYS介紹54-55
• 4.4.2 數(shù)值計(jì)算方法55-57
• 4.4.3 不同擺速下的推力仿真57-59
• 4.4.4 尾鰭角度變化時(shí)的推力分析59-60
• 4.4.5 頭部設(shè)計(jì)優(yōu)化60-61
• 4.4.6 水下姿態(tài)控制仿真61-63
• 4.5 機(jī)器人水下實(shí)驗(yàn)63-64
• 4.5.1 水下直行實(shí)驗(yàn)63
• 4.5.2 水下俯仰實(shí)驗(yàn)63-64
• 4.5.3 水下偏航實(shí)驗(yàn)64
• 4.6 本章總結(jié)64-65
• 第5章 兩棲蛙板機(jī)器人的優(yōu)化設(shè)計(jì)65-71
• 5.1 雙擺臂運(yùn)動(dòng)改進(jìn)機(jī)構(gòu)65-69
• 5.2 前輪主動(dòng)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)69-70
• 5.3 反偏向輪與尾鰭的控制70
• 5.4 本章總結(jié)70-71
• 結(jié)論71-72
• 參考文獻(xiàn)72-77
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單77-78
• 致謝78

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