在自然界中,兩棲環(huán)境是典型的非結(jié)構(gòu)環(huán)境,機(jī)器人在兩棲環(huán)境中作業(yè)時(shí)往往不僅要面對陸地上高低不平的巖石和松軟的沙礫,還要面對水下的暗流或浮游生物,這種獨(dú)特的環(huán)境因素給傳統(tǒng)的陸地及水下機(jī)器人帶來了更高的挑戰(zhàn)。生物海蟹作為一種淺灘兩棲生物,具備優(yōu)越的兩棲運(yùn)動能力。本文以生物海蟹為仿生原型,通過對海蟹生理結(jié)構(gòu)和運(yùn)動規(guī)律的觀察和分析,研制出仿海蟹機(jī)器人。本文在仿海蟹機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,利用仿真和實(shí)驗(yàn)的手段對其水下運(yùn)動性能進(jìn)行了研究。本文中的無網(wǎng)格方法采用光滑粒子流體動力學(xué)（SPH）方法,是廣泛應(yīng)用在解決流體動力學(xué)問題的無網(wǎng)格數(shù)值模擬方法,其相對傳統(tǒng)的有網(wǎng)格方法,可以更好的解決復(fù)雜邊界的運(yùn)動情況,而本文選擇的典型的兩棲淺灘生物仿海蟹機(jī)器人結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,所以選用SPH數(shù)值方法對其游動性能進(jìn)行模擬。本文在仿海蟹機(jī)器人的研究中,建立了機(jī)器人的運(yùn)動坐標(biāo)系并通過坐標(biāo)系設(shè)計(jì)了機(jī)器人的游動模式,并設(shè)置不同的游動參數(shù)來分析機(jī)器人的游動性能,并為了驗(yàn)證SPH方法模擬的正確性,設(shè)計(jì)了機(jī)器人的游動實(shí)驗(yàn),來優(yōu)化機(jī)器人的推進(jìn)性能。首先分析機(jī)器人的機(jī)身和游泳槳的坐標(biāo)系。規(guī)劃游泳槳關(guān)節(jié)運(yùn)動規(guī)律,基于切片理論建立單槳動力學(xué)模... 

【文章來源】：哈爾濱工程大學(xué)黑龍江省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：92 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

仿生機(jī)器人發(fā)展歷程

（1）水下仿生水母機(jī)器人儲誠中研究的采用形狀記憶合金（SMA）仿生水母機(jī)器人柔性驅(qū)動模塊研制了仿生機(jī)器人，如圖 1.2 所示。此機(jī)器人的游動模式為射流推進(jìn)，此機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比單、比較容易修護(hù)、游動聲音比較小、游動速度快和推進(jìn)效率較高。通過比較可以，一般的水下仿生機(jī)器人的游動方式和容易受到環(huán)境的影響，不會受到水中生物的，成功的研制出了仿生水母機(jī)器人[11]。此機(jī)器人的研究是聽通過觀察了海月水母的和推進(jìn)性能，此機(jī)器人的直徑為 210mm,高度為 80mm,儲誠中等人根據(jù)水母的游動來審計(jì)了其運(yùn)動控制系統(tǒng)，對水母的游動動作進(jìn)行了水動力學(xué)分析，在通過實(shí)驗(yàn)數(shù)仿真數(shù)據(jù)的對比來驗(yàn)證其機(jī)器人的游動性能。這些人運(yùn)用實(shí)驗(yàn)樣機(jī)來進(jìn)行了水池實(shí)通過改變機(jī)器人不同的游動頻率的大小的直航行駛和轉(zhuǎn)彎行駛來分析機(jī)器人的最佳實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過實(shí)驗(yàn)可以得出，此仿生水母機(jī)器人在水中的最大實(shí)驗(yàn)游動度為cm/s,這等于機(jī)器人機(jī)身長度的 0.66 倍,最小轉(zhuǎn)彎半徑為 31.95 cm，驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)中仿母機(jī)器人的游動效率問題[12]。

（a）仿生水下子母機(jī)器人樣機(jī) （b）微型子機(jī)器人樣機(jī)圖 1.3 仿生水下子母機(jī)器人（2）水下仿生魚機(jī)器人水下機(jī)器人為本文的重點(diǎn)研究內(nèi)容，仿生機(jī)器人領(lǐng)域中水下機(jī)器人已經(jīng)取得了極大的進(jìn)步�！癛o Man-II”（如圖 4.5）是新加坡南洋理工大學(xué)自主研發(fā)的仿生蝠鲼機(jī)器人，其機(jī)器人的兩邊有 6 條運(yùn)動裝置，通過這 6 個(gè)鰭條的拍動產(chǎn)生使機(jī)器人游動的推進(jìn)力，改機(jī)器人能夠完成轉(zhuǎn)彎等高要求的運(yùn)動方式[15]。防水下機(jī)器人的運(yùn)動方式已經(jīng)到達(dá)了一定的高度，可以通過材料的利用提高其游動效率，美國弗吉尼亞大學(xué)也開始研制仿生蝠鲼（如圖 4.6），其結(jié)構(gòu)沒有太大的改變，但是不同于其他防水下機(jī)器人驅(qū)動凡是，改仿生機(jī)器人的驅(qū)動是由人工肌肉產(chǎn)生的，對其進(jìn)行水下實(shí)驗(yàn)研究是發(fā)現(xiàn)其游動速度可以達(dá)到 0.4 cm/s。美國哈佛大學(xué)也開始著手研究柔性驅(qū)動的機(jī)器人，并且已經(jīng)自主研發(fā)了柔性胸鰭進(jìn)行推動的水下機(jī)器魚，該機(jī)器魚能夠在水下進(jìn)行多自由度的游動。

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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碩士論文
[1]水下機(jī)器人運(yùn)動姿態(tài)控制技術(shù)研究[D]. 趙彥飛.西安工業(yè)大學(xué) 2018
[2]面向舞臺表演的海龜機(jī)器人及其多足穩(wěn)定步態(tài)規(guī)劃研究[D]. 黃亮.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016



本文編號：3378474