【摘要】：隨著科技的日益更新與發(fā)展,仿生學(xué)逐漸發(fā)展并受到越來越多人們的關(guān)注。水下生物通過長時(shí)間的進(jìn)化,具有了在水下長時(shí)間生活的能力和特性。將水下生物所具有的特性,通過設(shè)計(jì)制作集成到水下機(jī)器人中,可以使得水下機(jī)器人同樣具有良好的續(xù)航能力并且具有較低的噪音等優(yōu)良特性。根據(jù)仿生水母的設(shè)計(jì)要求,本文設(shè)計(jì)了一款機(jī)械結(jié)構(gòu)推進(jìn)的仿生水母。并根據(jù)水母的運(yùn)動(dòng)特征設(shè)計(jì)了適用于仿生水母的人造中樞模式發(fā)生器(Central pattern generators,CPG)控制方法。在仿生水母樣機(jī)的設(shè)計(jì)制作方面,本文以海月水母為仿生目標(biāo),根據(jù)海月水母的外形及運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)設(shè)計(jì)仿生水母外形及推進(jìn)裝置,并選取合適的材料及加工方式制作了仿生水母實(shí)物。在此基礎(chǔ)上,本文根據(jù)Daniel水母力學(xué)模型分析仿生水母運(yùn)動(dòng)過程中的排水情況以及受力情況,進(jìn)一步計(jì)算重心和浮心,同時(shí),對該模型進(jìn)行了水動(dòng)力分析,根據(jù)分析結(jié)論提出對仿生水母模型的優(yōu)化改進(jìn)方案。在仿生水母運(yùn)動(dòng)控制方面,本文提出了一種頻率幅值切換更快更穩(wěn)定的振蕩器模型。根據(jù)所設(shè)計(jì)的仿生水母結(jié)構(gòu)特點(diǎn),設(shè)計(jì)了適用于仿生水母的振蕩器耦合方法,又將耦合振蕩器模型與仿生水母動(dòng)力學(xué)模型結(jié)合,仿真了仿生水母的速度位移變化過程。之后為了更好的實(shí)現(xiàn)仿生水母的速度控制,提出一種適用于仿生水母的速度控制方法。最后對所設(shè)計(jì)制作的仿生水母進(jìn)行舵機(jī)的調(diào)試實(shí)驗(yàn)以及水池實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)仿生水母模型及部分控制方法的可行性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP242;Q811
【圖文】：

經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬生物的神經(jīng)系統(tǒng)，可以是通過ＣＰＧ模擬低等生物的行為等情況。生逡逑物機(jī)器人是指通過對生物體內(nèi)植入微控制器來達(dá)到對活體生物行為的控制效果。逡逑仿生水母的研宄現(xiàn)在正在由結(jié)構(gòu)仿生、材料仿生向控制仿生研宄階段過渡。逡逑仿生水母研宄主要是水母不同推進(jìn)裝置的設(shè)計(jì)，主要有記憶合金驅(qū)動(dòng)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)、逡逑以及其它新型驅(qū)動(dòng)方式，對于控制仿生的研究較少。本文采用結(jié)構(gòu)仿生和控制仿逡逑生。逡逑１．２．１國外研究現(xiàn)狀逡逑國外對于仿生水母的研究主要集中在美國，德國、意大利、韓國也在開展相逡逑應(yīng)的研宄。仿生水母相關(guān)的研究主要集中在對于仿生水母驅(qū)動(dòng)方式的設(shè)計(jì)制作。逡逑德國ｆｅｓｔｏ公司在２００８年研制了由氣缸驅(qū)動(dòng)的仿生機(jī)器水母Ａｑｕａｊｅｌｌｙ。逡逑Ａｑｕａｊｅｌｌｙ通過氣缸帶動(dòng)八個(gè)觸角擺動(dòng)來排水推進(jìn)實(shí)現(xiàn)向前運(yùn)動(dòng)。進(jìn)過多代的改逡逑進(jìn)，現(xiàn)在己經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)對水母進(jìn)行監(jiān)控，并且集成通信和傳感器技術(shù)已經(jīng)可逡逑以實(shí)現(xiàn)多個(gè)水母集體協(xié)調(diào)行為。ｆｅｓｔｏ公司對仿生水母的研制起步較早，也是現(xiàn)在逡逑唯一實(shí)現(xiàn)多個(gè)水母協(xié)同運(yùn)動(dòng)的研究單位。如圖１．１所示［２］。逡逑

逡逑圖１．２弗吉尼亞理工記憶合金驅(qū)ｇｊｅｔ邋Ｓｕｍ逡逑２０１０年意大利微工程研宄中心研制了一種仿生水母，如圖１．３所示。該仿生逡逑水母通過磁鐵的磁力作用來排水驅(qū)動(dòng)。該仿生機(jī)器人長0．0３５ｍ，寬０．０１５ｍ屬于逡逑微型仿生水母。在實(shí)驗(yàn)中，該仿生水母可以達(dá)到0．0３７ｍ／ｓ的速度。作為微型機(jī)器逡逑人，儲(chǔ)存能源的空間有限但續(xù)航能力也可以達(dá)到１５分鐘［４］。該仿生水母作為第逡逑一款磁鐵驅(qū)動(dòng)的仿生水母，給仿生水母提供了一種新型的驅(qū)動(dòng)方式。逡逑Ｂｏｔｆｙ邐Ｔａｉｌ逡逑＇邐Ｍａｇｎｅｔｓ逡逑Ｍｉｃｒｏｃｏｆｌｔｒｏｌｔｅｆ邋＇逡逑Ｓｕｐｐｌｙ逡逑圖１．３意大利微工程研究中心永磁鐵仿生水母逡逑黎巴嫩美國大學(xué)的ＡｋｌｅＢａｒｂａｒ等人在２０１１年設(shè)計(jì)了一款由金屬離子聚合物逡逑復(fù)合材料（Ｉｏｎｉｃ邋Ｐｏｌｙｍｅｒ－Ｍｅｔａｌ邋Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ＩＰＭＣｓ）作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的仿生水母。逡逑通過控制電極使驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)生應(yīng)變實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)仿生水母的運(yùn)動(dòng)。如圖１．４所示ｔ５］。逡逑ＩＰＭＣｓ作為仿生水母的一種新型驅(qū)動(dòng)方式，但是對運(yùn)動(dòng)的環(huán)境要求苛刻，在甲酰逡逑胺中運(yùn)動(dòng)能達(dá)到最佳效果。逡逑３逡逑

第１章緒論逡逑運(yùn)動(dòng)的一個(gè)周期�！埃剩澹翦澹樱酰怼钡闹亓繛椋埃常玻矗耄�，直徑為０．１６ｍ，高實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到“化１５１１１１１”的速度可以達(dá)到０．０７１１１／５，每個(gè)周期能耗為８Ｓｕｍ”作為較早的記憶合金驅(qū)動(dòng)的仿生水母，為后來的記憶合金仿提供了一種驅(qū)動(dòng)方案。邋邐逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 李健;郭艷玲;王振龍;;形狀記憶合金絲驅(qū)動(dòng)的觸手推進(jìn)式仿生水母[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2014年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 高琴;基于振蕩器的蛇形機(jī)器人CPG運(yùn)動(dòng)控制方法[D];大連理工大學(xué);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 王鵬;仿生機(jī)器水母推進(jìn)理論與實(shí)驗(yàn)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

2 唐懋;基于Arduino兼容的Stm32單片機(jī)的四旋翼飛行器設(shè)計(jì)[D];廈門大學(xué);2014年

3 胡艷;CPU散熱片的設(shè)計(jì)及模擬[D];沈陽理工大學(xué);2010年

4 楊云春;一種仿水母式機(jī)器人的研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2007年

本文編號：2780686