近年來,陸地資源逐漸枯竭。探索海洋湖泊將其安全合理的開發(fā)并造福于人類,成為世界各國關(guān)注的焦點。隨之而來,產(chǎn)生了諸如深海資源勘探,海洋湖泊監(jiān)控警報,水中生物研究與搶險救災(zāi)反恐爆破等科學(xué)研究和軍事安全的需求。受益于這樣的需求,仿生潛水機器人相關(guān)研究得到了快速的發(fā)展。青蛙為一種兩棲動物,兼具水中游動和陸地跳動兩種運動方式。模仿青蛙強大爆發(fā)性的后肢研制仿青蛙機器人,和現(xiàn)有的傳統(tǒng)水下機器人相比,能夠擁有更快的速度、爆發(fā)性以及靈活性。本文通過完成仿青蛙游動機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計與控制系統(tǒng)研究,探究區(qū)別于魚鰭擺動,水翼拍動和反沖式推進方式不同的腳蹼滑動推進方式,并解決水下機器人的關(guān)節(jié)位置伺服控制問題,為設(shè)計出一種具有青蛙兩棲特性的仿生水下機器人奠定基礎(chǔ)。首先,分析野生黑斑蛙的肌肉和骨骼結(jié)構(gòu),結(jié)合其游動姿態(tài),抽象出仿青蛙機器人的后肢模型,對簡化后的機構(gòu)模型進行仿真和優(yōu)化,得出最優(yōu)的關(guān)節(jié)尺寸,安裝角度。為了更好地模仿生物青蛙的游動姿態(tài),針對青蛙后肢多自由度的性質(zhì),依據(jù)上述參數(shù),設(shè)計五自由度仿青蛙機器人后肢,包含髖關(guān)節(jié)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu),模塊化仿青蛙機器人后肢和被動力檢測腳蹼。設(shè)計集成在仿青蛙機器人軀干內(nèi)的供氣系統(tǒng)和... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：95 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的機器蠑螈

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文棲機器人肌骨骼系統(tǒng)作用機理研究”。.2 仿生水下推進機器人的研究現(xiàn)狀仿生水下仿生機器人主要是通過模仿魚類的游動方式來實現(xiàn)推進的國內(nèi)外對水下機器人研究的主要成果如下進行闡述。圖 1-1 所示為 EPFL 的 Ace 設(shè)計的仿蠑螈機器人。該機器人具有六由度，使得它可以更好地模仿蠑螈的姿態(tài)。四肢和脊椎自由度各用一制共需 10 個舵機，這樣的機構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)了兩棲爬行機器人的身體 S 式。通過無線模塊控制機器人的運動，關(guān)節(jié)舵機可以調(diào)整運行速度[5

圖 1-1 洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的機器蠑螈 圖 1-2 圣安娜高等學(xué)校的仿章魚機器人圖 1-2 所示為意大利圣安娜高等學(xué)校 Cecilia Laschi[6]研制的仿章魚機器種仿章魚機器人采用形狀記憶合金驅(qū)動，形狀記憶合金可以在溫度不同的下恢復(fù)設(shè)定的形狀。Cecilia Laschi 通過電阻絲熱量來實現(xiàn)這種溫度的變對章魚的不同運動姿態(tài)，可以設(shè)定形狀記憶合金的不同初始姿態(tài)，實現(xiàn)仿機器人的不同的運動工態(tài)。圖 1-3 所示為加州理工大學(xué)的 Thomas[7]等人通過對聲波產(chǎn)生原理的研計了一種反沖式推進器，通過聲波產(chǎn)生器，帶動容腔內(nèi)的空氣產(chǎn)生劇烈震動于這種振動，導(dǎo)致氣倉內(nèi)氣壓發(fā)生變化，進而帶動末端驅(qū)動橡膠薄膜的震生往復(fù)的前進方向驅(qū)動力，帶動驅(qū)動器外部的水產(chǎn)生周期性的反沖運動，完成游動。實驗最終測得以 10cm/s 的速度運動時，可產(chǎn)生 0.2N 的推進力

【參考文獻】：
期刊論文
[1]海洋地球物理勘探的進展[J]. 李卓軒.  讀天下. 2016(23)
[2]氣動肌腱性能研究[J]. 劉力搏.  科技信息. 2013(18)
[3]中央鰭/對鰭推進模式的仿生自主水下機器人發(fā)展現(xiàn)狀綜述[J]. 王田苗,楊興幫,梁建宏.  機器人. 2013(03)
[4]水下機器人發(fā)展趨勢[J]. 徐玉如,李彭超.  自然雜志. 2011(03)
[5]仿生機器魚研究進展及發(fā)展趨勢[J]. 王揚威,王振龍,李健.  機械設(shè)計與研究. 2011(02)
[6]我國3種姬蛙Microhyla骨骼系統(tǒng)的比較研究（Amphibian:Microhylidae）[J]. 鄭克財,唐霆,張從彬,郭鵬.  四川動物. 2009(02)
[7]氣動肌肉并聯(lián)關(guān)節(jié)的位姿軌跡跟蹤控制[J]. 朱笑叢,陶國良,曹劍.  機械工程學(xué)報. 2008(07)
[8]McKibben氣動人工肌肉技術(shù)的發(fā)展歷程[J]. 張遠深,劉明春,趙娜,何再龍,曾志鋼.  液壓與氣動. 2008(07)
[9]中國林蛙的骨骼系統(tǒng)[J]. 楊棋,劉紹龍,吳貫夫.  四川動物. 2008(03)
[10]氣動人工肌肉的動態(tài)驅(qū)動特性研究[J]. 何國昆,劉吉軒,張振營.  西安交通大學(xué)學(xué)報. 2008(05)

博士論文
[1]仿海龜柔性水翼推進技術(shù)研究[D]. 劉曉白.哈爾濱工程大學(xué) 2012

碩士論文
[1]仿蛙機器人設(shè)計及間歇跳躍軌跡規(guī)劃研究[D]. 蘆晨軍.哈爾濱工程大學(xué) 2016
[2]基于氣動肌肉驅(qū)動的仿蛙腿游動機構(gòu)控制系統(tǒng)研究[D]. 王歡.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015



本文編號：3053527