隨著陸上資源的不斷枯竭以及國家海洋戰(zhàn)略的提出,對海洋的開發(fā)利用得到更多的關(guān)注,也促進(jìn)了探索海洋環(huán)境的水下機(jī)器人的發(fā)展。而仿魚類水下機(jī)器人由于其自身優(yōu)越的運(yùn)動性能,已成為機(jī)器人領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。以鰩魚為代表的胸鰭波動推進(jìn)的魚類具有優(yōu)越的機(jī)動性和隱蔽性,而目前對鰩魚的仿生學(xué)研究較少,本文以鰩魚為仿生對象,開展其運(yùn)動仿真研究。本文根據(jù)鰩魚胸鰭波動的運(yùn)動模式,設(shè)計(jì)了一套仿生鰩魚機(jī)械結(jié)構(gòu),利用ADAMS軟件對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)仿真,對機(jī)構(gòu)的合理性進(jìn)行驗(yàn)證。并結(jié)合鰩魚的形狀建立仿生鰩魚的物理模型。接著在已有研究成果的基礎(chǔ)上,建立了仿生鰩魚的運(yùn)動學(xué)模型,并仿真了鰩魚胸鰭的運(yùn)動,證明了模型的可行性。在此基礎(chǔ)上,本文提出了鰩魚的動力學(xué)方程,并通過對其中未知量的公式推導(dǎo),建立了鰩魚的動力學(xué)模型。接下來,利用已建立的模型進(jìn)行編程,在Fluent軟件中完成其初步仿真,分析了鰩魚運(yùn)動速度和受力情況,證明了鰩魚可實(shí)現(xiàn)在流體中的游動。接下來,利用控制變量法,研究了波動頻率、波長和波動振幅對鰩魚運(yùn)動性能的影響。通過對鰩魚的表面壓力、運(yùn)動速度以及各方向的受力情況進(jìn)行比較,得到了鰩魚產(chǎn)生動力的來源,鰩魚可實(shí)現(xiàn)在前進(jìn)方向的穩(wěn)定運(yùn)... 

【文章來源】：寧波大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

美國哥倫比亞大學(xué)仿生鰭裝置

圖 1.1 美國哥倫比亞大學(xué)仿生鰭裝置. 1.1 The bionic fin device designed at Columbia Unive學(xué) 2002 年以烏賊作為仿生對象，設(shè)計(jì)了一套波動裝置兩側(cè)各有 15 根鰭條，鰭條間以柔性材料相機(jī)控制，可以實(shí)現(xiàn)兩側(cè)魚鰭任意形式的運(yùn)動，并良好的機(jī)動性。

圖 1.3 新加坡南洋理工大學(xué)仿烏賊裝置Fig. 1.3 The bionic squid device designed at Nanyang Technological University2010 年，新加坡南洋理工大學(xué)研制了一款名為 RoMan-II 的水下機(jī)器魚，如圖 1.4（a）所示[15]。該裝置的魚鰭由兩側(cè)共 6 條柔性鰭組成，每個(gè)鰭條由單獨(dú)的電機(jī)控制，通過兩側(cè)鰭上下擺動產(chǎn)生推進(jìn)力，還可以實(shí)現(xiàn)水下滑翔運(yùn)動，降低了整體的能耗，并且不需要轉(zhuǎn)動身體就可以實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)和后移運(yùn)動，運(yùn)動速度最高可達(dá) 0.4m/s。之后在 2011 又研制出了 RoMan-III 機(jī)器魚[16]，如圖 1.4（b）所示。RoMaIII 相比 RoMan-II 來說，速度相對較小，最高為 0.3m/s，結(jié)構(gòu)上更加緊湊，也可以實(shí)現(xiàn)前行、偏轉(zhuǎn)和滑翔運(yùn)動，而且還對擺動幅度、頻率、鰭的面積等影響推進(jìn)力的因素進(jìn)行研究，并提出了一種用于控制魚類運(yùn)動的方案。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鰭條運(yùn)動模式對仿生波動鰭推進(jìn)力影響的研究[J]. 章永華,何建慧.  工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào). 2017(01)
[2]形狀記憶合金絲驅(qū)動仿生波動鰭推進(jìn)器設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究[J]. 王揚(yáng)威,于凱,王振龍.  中國機(jī)械工程. 2015(08)
[3]胸鰭波動推進(jìn)仿生機(jī)器魚研究進(jìn)展與分析[J]. 譚進(jìn)波,王揚(yáng)威,顧寶彤,趙東標(biāo).  微特電機(jī). 2014(10)
[4]中央鰭/對鰭推進(jìn)模式的仿生自主水下機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀綜述[J]. 王田苗,楊興幫,梁建宏.  機(jī)器人. 2013(03)
[5]仿牛鼻鲼機(jī)器魚胸鰭的時(shí)間非對稱擺動研究[J]. 楊少波,韓小云,邱靜,謝海斌.  中國機(jī)械工程. 2011(05)
[6]一種新型的胸鰭擺動模式推進(jìn)機(jī)器魚設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 楊少波,韓小云,張代兵,邱靜.  機(jī)器人. 2008(06)
[7]鰩科家族[J]. 袁軍.  釣魚. 2007(10)
[8]NiTi形狀記憶合金驅(qū)動的仿生魚鰭的研究[J]. 章永華,何建慧,張世武,董二寶,楊杰.  機(jī)器人. 2007(03)
[9]海洋生物系列(八)[J]. 曹玉茹.  海洋世界. 2006(01)
[10]孔鰩的生物學(xué)特性與養(yǎng)殖技術(shù)[J]. 于詩群,王世黨,鄭春波.  齊魯漁業(yè). 2005(08)

博士論文
[1]牛鼻鲼泳動動力學(xué)分析與仿生機(jī)器魚研究[D]. 楊少波.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2010
[2]柔性仿生波動鰭推進(jìn)理論與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 章永華.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2008
[3]基于多波動鰭推進(jìn)的仿生水下機(jī)器人設(shè)計(jì)、建模與控制[D]. 謝海斌.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2006

碩士論文
[1]仿生鰩魚的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 高帥.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[2]基于CFD的鰩魚水動力學(xué)數(shù)值模擬研究[D]. 周楊.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2011
[3]仿魚機(jī)器人穩(wěn)態(tài)游動的水動力性能研究[D]. 王冉冉.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010
[4]背鰭/背臀鰭波動推進(jìn)機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究及仿真[D]. 李非.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2005
[5]波動仿生推進(jìn)器柔性長鰭的波動控制技術(shù)研究[D]. 林龍信.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2005



本文編號：3466713