發(fā)布時間：2020-12-20 01:59

　　隨著工業(yè)化的不斷推進,陸地資源大量被開采利用而日趨枯竭,為了能夠滿足更高的能源需求,人們逐漸將目光轉向了海洋。水下資源的探索工作需要水下機器人的幫助,從而完成很多人類不可完成的高難度或危險的工作。因此,國內外學者開始對水下機器人展開探索。傳統(tǒng)的水下機器人的推進方式較多為常規(guī)推進器,例如螺旋槳。螺旋槳顯著的缺點為推進效率低、靈敏度差和噪音大。海洋中的魚類具有超高的游動性能,這正是水下機器人所不具備的,將魚類高效的推進機理應用至水下機器人,仿生學由此誕生。因此本文針對水下仿生機器魚開展了相應的研究。論文主要內容及結論總結如下。本文首先通過調研目前國內外仿生機器魚的游動機理和機器魚的研究現(xiàn)狀,系統(tǒng)地總結并設計研發(fā)一款兩關節(jié)三體的仿鲹科機器魚。其魚頭部分的轉動慣量很大,但整體的擺動幅度卻很小,其擺動的主要動力來源為尾部,所提供的推動力大于90%。所以本文的仿生機器魚的設計思路是剛性魚頭和柔性尾鰭相連,借助柔性魚尾的擺動提供推力。其次本文對仿生機器魚的升潛和俯仰構件進行了設計,并通過MATLAB對機器魚的前進和轉向運動進行了仿真。再次,機器魚的外形是決定機器魚所受阻力大小的重要因素,本文通過探究... 

【文章來源】：大連理工大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 魚類游動機理研究
        1.2.2 仿生機器魚的CFD模擬研究
        1.2.3 仿生機器魚的研制與實驗研究
        1.2.4 仿生機器魚的運動控制研究
    1.3 本文主要研究內容
2 魚類游動機理和仿生機器魚設計
    2.1 前言
    2.2 魚類游動機理
        2.2.1 魚類形態(tài)的概述
        2.2.2 魚類游動方式的一般分類
        2.2.3 鲹科模式的魚體波模型的建立
        2.2.4 魚體尾部受力分析
    2.3 機器魚的設計
        2.3.1 仿生機器魚的機械設計
        2.3.2 仿生機器魚的推進機構的設計
        2.3.3 仿生機器魚的升潛機構的設計
    2.4 機器魚的外形設計
        2.4.1 研究方法
        2.4.2 機器魚魚體曲線輪廓對阻力的影響
            2.4.2.1 曲線輪廓的選取
            2.4.2.2 三維仿真模型的建立
            2.4.2.3 數(shù)值模擬結果和數(shù)據(jù)處理分析
        2.4.3 最大截面直徑對阻力的影響
        2.4.4 最大截面位置對阻力的影響
        2.4.5 魚體尾鰭對阻力的影響
        2.4.6 結果驗證
    2.5 本章小結
3 機器魚的運動學分析
    3.1 游動分析
        3.1.1 數(shù)學模型的建立
        3.1.2 分析結果
    3.2 俯仰運動分析
    3.3 升潛運動分析
    3.4 本章小結
4 仿生機器魚水動力系數(shù)的計算
    4.1 建立機器魚運動方程
        4.1.1 機器魚運動的自由度
        4.1.2 建立機器魚的六自由度方程
    4.2 操控水動力系數(shù)
        4.2.1 建立簡化模型
        4.2.2 純升沉運動水動力系數(shù)的計算
        4.2.3 純俯仰運動水動力系數(shù)的計算
        4.2.4 純橫蕩運動水動力系數(shù)的計算
        4.2.5 純搖艏運動水動力系數(shù)的計算
    4.3 其余非線性系數(shù)的計算
        4.3.1 若干藕合系數(shù)的近似推算公式
        4.3.2 計算結果
    4.4 本章小結
5 機器魚運動控制
    5.1 滑�？刂撇呗�
    5.2 控制律設計
    5.3 垂直面運動跟蹤結果
    5.4 水平面運動跟蹤結果
    5.5 本章小結
結論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]海洋資源開采中保護海洋環(huán)境的意義[J]. 何穎,黃炎.  中國市場. 2018(01)
[2]船舶推進器的研究[J]. 周梅梅.  天津職業(yè)院校聯(lián)合學報. 2017(02)
[3]仿生機器魚運動學模型優(yōu)化與實驗[J]. 王平,許炳招,婁保東,倪羽潔.  智能系統(tǒng)學報. 2017(02)
[4]Precise planar motion measurement of a swimming multi-joint robotic fish[J]. Jun YUAN,Junzhi YU,Zhengxing WU,Min TAN.  Science China(Information Sciences). 2016(09)
[5]身體/尾鰭推進模式仿生機器魚研究的進展與分析[J]. 王安憶,劉貴杰,王新寶,付碧波.  機械工程學報. 2016(17)
[6]尾鰭推進仿生機器魚速度優(yōu)化[J]. 葛立明,李宗剛.  蘭州交通大學學報. 2016(03)
[7]BCF推進模式仿生機器魚的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 王揚威,于凱,閆勇程.  微特電機. 2016(01)
[8]仿生機器魚自主游動中的流體結構耦合新方法[J]. 夏丹,陳維山,劉軍考,曹渝華.  機械工程學報. 2014(07)
[9]金槍魚自主波動游動的數(shù)值模擬[J]. 徐曉鋒,萬德成.  水動力學研究與進展A輯. 2011(02)
[10]兩關節(jié)仿生水下航行器SPC-Ⅲ的推進與機動性[J]. 梁建宏,鄭衛(wèi)豐,文力,王田苗,劉永軍.  機器人. 2010(06)

博士論文
[1]機器海豚推進系統(tǒng)運動學與控制方法研究[D]. 任光.北京理工大學 2015
[2]水下航行器泵噴推進器設計方法研究[D]. 劉業(yè)寶.哈爾濱工程大學 2013
[3]仿生墨魚機器人及其關鍵技術研究[D]. 王揚威.哈爾濱工業(yè)大學 2011
[4]超磁仿生機器魚力學機理及數(shù)值模擬[D]. 孫發(fā)明.大連理工大學 2009

碩士論文
[1]一種仿生機器魚設計與控制的研究[D]. 高心悅.北京郵電大學 2017
[2]仿生機器魚的運動行為分析及路徑規(guī)劃研究[D]. 張倩.青海大學 2016
[3]仿鲹科三關節(jié)可升潛機器魚設計與研制[D]. 馮暢.南京理工大學 2016
[4]二自由度胸鰭推進仿生機器魚動力學分析及控制[D]. 毛著元.蘭州交通大學 2015
[5]胸鰭波動推進仿生機器魟魚設計研究[D]. 譚進波.南京航空航天大學 2015
[6]仿生機器魚的運動控制研究及應用[D]. 李偉嚴.天津大學 2014
[7]一種仿生機器海豚的機械設計及其運動分析[D]. 劉鵬.哈爾濱工業(yè)大學 2011
[8]超磁仿生魚起動機理研究[D]. 楊超.大連理工大學 2009
[9]仿魚尾鰭推進系統(tǒng)實驗研究[D]. 趙士奇.哈爾濱工程大學 2008
[10]兩關節(jié)機器魚本體及動力學研究[D]. 劉英想.哈爾濱工業(yè)大學 2007



本文編號：2926987