發(fā)布時(shí)間：2021-12-31 09:19

　　仿生水下機(jī)器人模仿自然水下生物的游動(dòng)模式和生理結(jié)構(gòu),在水下資源勘察與開(kāi)發(fā)、水中偵察與預(yù)警、水下設(shè)備修復(fù)和水下生態(tài)環(huán)境保護(hù)等科學(xué)及軍事領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。仿生水下機(jī)器人與傳統(tǒng)的采用螺旋槳等方式驅(qū)動(dòng)的水下機(jī)器人相比較,在水下環(huán)境中具有更好的適應(yīng)性,能穿過(guò)環(huán)境復(fù)雜、空間狹窄的水域,且游動(dòng)過(guò)程中隱蔽性能高、噪音低。目前國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)的仿生水下機(jī)器人主要采用鰭/軀干運(yùn)動(dòng)推進(jìn)或噴射推進(jìn)的游動(dòng)模式,廣泛應(yīng)用于各種科學(xué)及軍事領(lǐng)域,但目前采用噴射推進(jìn)方式游動(dòng)的仿生水下機(jī)器人仍然存在噴射推進(jìn)力小、響應(yīng)速度慢和轉(zhuǎn)向游動(dòng)不靈活等問(wèn)題。因此,本文基于管狀折紙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種仿烏賊游動(dòng)方式的水下機(jī)器人,主要內(nèi)容如下:基于管狀折紙結(jié)構(gòu)仿烏賊游動(dòng)方式設(shè)計(jì)了一款水下機(jī)器人,該水下機(jī)器人的自由運(yùn)動(dòng)由脈沖噴射機(jī)構(gòu)和鰭波動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。脈沖噴射機(jī)構(gòu)通過(guò)驅(qū)動(dòng)管狀折紙結(jié)構(gòu)進(jìn)行軸向伸縮運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)管狀折紙結(jié)構(gòu)的內(nèi)部體積產(chǎn)生變化,將腔內(nèi)的水向外噴出,實(shí)現(xiàn)脈沖推進(jìn)功能;鰭波動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)驅(qū)動(dòng)呈半圓形的剛性魚(yú)鰭結(jié)構(gòu)在水下作往復(fù)擺動(dòng),實(shí)現(xiàn)鰭波動(dòng)推進(jìn)功能。對(duì)水下機(jī)器人的脈沖噴射推進(jìn)力和魚(yú)鰭推進(jìn)性能進(jìn)行分析,并搭建實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái),制作水下機(jī)器人樣機(jī)進(jìn)行性能... 

【文章來(lái)源】：江西理工大學(xué)江西省

【文章頁(yè)數(shù)】：80 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

機(jī)器魚(yú)圖

第一章緒論3或不同幅值的波動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，穩(wěn)定性高、游動(dòng)速度快，可實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)，鰭擺動(dòng)/波動(dòng)型游動(dòng)模式受到目前大多數(shù)仿生水下機(jī)器人的采用。軀干擺動(dòng)或波動(dòng)型仿生水下機(jī)器人，通過(guò)驅(qū)動(dòng)軀干進(jìn)行左右兩邊不對(duì)稱的交替運(yùn)動(dòng)，能夠在海底復(fù)雜的地形中靈活穿行，但目前仍然存在推進(jìn)效率低，可操控性較差等問(wèn)題[14-15]。目前國(guó)內(nèi)外基于鰭或軀干運(yùn)動(dòng)推進(jìn)方式設(shè)計(jì)的仿生水下機(jī)器人種類繁多，科研成果豐富，其中國(guó)外學(xué)者對(duì)于仿生水下機(jī)器人的實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐環(huán)節(jié)更為重視。以下為國(guó)內(nèi)外一些典型的基于鰭或軀干運(yùn)動(dòng)推進(jìn)方式的仿生水下機(jī)器人設(shè)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。圖1.2機(jī)器魚(yú)圖圖1.3鰻魚(yú)機(jī)器人圖1.4仿魚(yú)機(jī)器人圖1.5基于DE材料驅(qū)動(dòng)的水下機(jī)器人哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制了一種基于SMA驅(qū)動(dòng)的仿生機(jī)器魚(yú)[16]，如圖1.2所示，將SMA絲嵌入機(jī)器魚(yú)仿生鰭的彈性基板，通過(guò)對(duì)SMA絲的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器魚(yú)仿生鰭的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。該仿生機(jī)器魚(yú)的最大運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)112mm/s，機(jī)器魚(yú)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)向半徑最小為136mm，轉(zhuǎn)向速度最大為40mm/s。中國(guó)科技大學(xué)與南洋理工大學(xué)共同研發(fā)設(shè)計(jì)了一種基于SMA材料驅(qū)動(dòng)的軀干波動(dòng)型仿電鰻魚(yú)水下機(jī)器人[17]，如圖1.3所示，該水下機(jī)器人由多個(gè)分段式軀干組成，每一段軀干主要由聚氨基甲酸酯制成的可變形薄膜組成，薄膜兩側(cè)分別嵌入一條SMA絲作為驅(qū)動(dòng)器。通過(guò)控制薄膜兩側(cè)的SMA絲的收縮驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人多段軀干的波動(dòng)式運(yùn)動(dòng)，該機(jī)器人在水中最高能以8.2mm/s的速度進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。美國(guó)麻省理工學(xué)院MarcheseAD等人受魚(yú)類的軀干擺動(dòng)推進(jìn)模式啟發(fā)，設(shè)計(jì)了一種采用彈性體致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的仿魚(yú)機(jī)器人[18]，如圖1.4所示，機(jī)器

第一章緒論4人通過(guò)彈性體致動(dòng)器對(duì)軀干左右兩側(cè)進(jìn)行交替驅(qū)動(dòng)，使得軀干產(chǎn)生連續(xù)的擺動(dòng)，為仿魚(yú)機(jī)器人的游動(dòng)提供動(dòng)力。浙江大學(xué)的李鐵風(fēng)等人[19]基于DE驅(qū)動(dòng)材料設(shè)計(jì)了一種新型仿生水下機(jī)器人，如圖1.5所示，該水下機(jī)器人模仿水下生物蝠鲼的外形結(jié)構(gòu)和游動(dòng)方式，通過(guò)對(duì)機(jī)器人兩側(cè)魚(yú)鰭內(nèi)的DE材料施加高電壓，驅(qū)動(dòng)魚(yú)鰭上下擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人的向前運(yùn)動(dòng)。水下機(jī)器人尾部的擺尾受DE材料的驅(qū)動(dòng)，可以進(jìn)行相應(yīng)的擺動(dòng)，使得水下機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)靈活的轉(zhuǎn)向游動(dòng)。該水下機(jī)器人長(zhǎng)度為93mm，在電壓為9.5kV、驅(qū)動(dòng)頻率為5Hz的驅(qū)動(dòng)條件下運(yùn)動(dòng)速度最高可達(dá)64mm/s。對(duì)其單側(cè)魚(yú)鰭進(jìn)行電壓為7kV、驅(qū)動(dòng)頻率為8Hz的驅(qū)動(dòng)時(shí)，水下機(jī)器人的最小轉(zhuǎn)向半徑為85mm。圖1.6仿蝠鲼水下機(jī)器人圖1.7軟體機(jī)器魚(yú)SoFi圖1.8氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)型仿生水下機(jī)器人弗吉尼亞大學(xué)ZhengChen等人[20]基于IPMC驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)了一種新型仿蝠鲼水下機(jī)器人，如圖1.6所示，該水下機(jī)器人模仿水下生物蝠鲼的外形結(jié)構(gòu)和游動(dòng)方式，采用IPMC驅(qū)動(dòng)器對(duì)其軀干兩側(cè)的魚(yú)鰭進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，水下機(jī)器人的游動(dòng)速度最高可達(dá)4.2mm/s。

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3560005