本文關(guān)鍵詞：水陸兩棲蛙板機器人的設(shè)計、建模與控制，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：仿生機器人是當今機器人領(lǐng)域研究的熱點,人們往往可以通過研究生物體的運動形式和感知能力來獲得設(shè)計機器人的靈感。兩棲動物憑借其獨特的結(jié)構(gòu)形式和感知能力,可以在陸地環(huán)境和水下環(huán)境中行動自如,因此如何設(shè)計一種仿生兩棲機器人成為研究的熱點。本文主要介紹一種新型的水陸兩棲機器人,這種機器人通過模仿青蛙的水下游泳動作,在陸地上和水下運動時均采用雙擺臂的蛙式運動形式,在陸地上靠萬向輪與地面的摩擦力提供推力,在水下則通過擺動的尾鰭產(chǎn)生推力。由于這種兩棲機器人在水陸環(huán)境下均采用蛙式運動形式,因此稱這種機器人為兩棲蛙板機器人。本文對兩棲蛙板機器人的設(shè)計、建模和控制進行了詳細的介紹,對這種新型雙擺臂的運動形式進行了詳盡的分析,并進行了相關(guān)的仿真和實驗。本文的研究內(nèi)容及成果主要包括:(1)對蛙板機器人的結(jié)構(gòu)進行了詳細的介紹,主要包括萬向輪、尾鰭、胸鰭、前舵的設(shè)計以及雙擺臂運動結(jié)構(gòu)。(2)基于ADAMS(機械系統(tǒng)動力學自動分析)虛擬樣機技術(shù)對兩棲蛙板機器人的陸地運動進行了仿真分析,了解了機器人的運動學特性,然后針對系統(tǒng)的強非線性,利用模糊PID算法,實現(xiàn)了機器人的速度可控。(3)對機器人水下運動進行了建模,同時利用ANSYS FLUENT有限元分析軟件,對蛙板機器人的水下運動進行了計算流體力學仿真,對機器人進行了推力仿真、阻力仿真以及姿態(tài)控制仿真。(4)針對機器人的仿真和實驗結(jié)果,對機器人的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計,提出了一些建設(shè)性的改進方案。本文對兩棲蛙板機器人的設(shè)計、建模和控制進行了詳細介紹,分析了這種新型的雙擺臂的運動形式,并對機器人進行了優(yōu)化設(shè)計。
【關(guān)鍵詞】：水陸兩棲 雙擺臂 蛙式 ADAMS FLUENT 計算流體力學
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-20
• 1.1 研究的背景及意義11-12
• 1.2 水陸兩棲機器人的發(fā)展狀況12-18
• 1.2.1 地面移動機器人的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 水下機器人的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.3 水陸兩棲機器人的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3 本文研究內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu)18-20
• 第2章 兩棲蛙板機器人系統(tǒng)的設(shè)計20-31
• 2.1 兩棲蛙板機器人的設(shè)計來源20-21
• 2.2 機器人的發(fā)展21-23
• 2.2.1 第一代蛙板機器人21-22
• 2.2.2 第二、三代蛙板機器人22-23
• 2.3 機器人控制系統(tǒng)介紹23-25
• 2.4 兩棲機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計25-27
• 2.4.1 頭部機構(gòu)25
• 2.4.2 前舵與胸鰭結(jié)構(gòu)25-26
• 2.4.3 尾鰭與萬向輪結(jié)構(gòu)26-27
• 2.5 陸地運動機理27-28
• 2.6 水下運動機理28-30
• 2.6.1 雙尾鰭擺動28-29
• 2.6.2 水下姿態(tài)控制29-30
• 2.7 本章總結(jié)30-31
• 第3章 陸地運動建模仿真與實驗31-43
• 3.1 ADAMS虛擬樣機仿真31-35
• 3.1.1 ADAMS虛擬樣機技術(shù)介紹31-32
• 3.1.2 蛙板機器人模型的建立32-33
• 3.1.3 ADAMS仿真與分析33-35
• 3.2 陸地運動控制與實驗35-42
• 3.2.1 機器人陸地運動影響因素35-36
• 3.2.2 機器人擺速對速度的影響36-38
• 3.2.3 機器人速度平滑控制38-42
• 3.3 本章總結(jié)42-43
• 第4章 水動力學仿真與分析43-65
• 4.1 水下機器人研究方法概述43-44
• 4.2 水下動力學模型44-46
• 4.3 水下推力建模與分析46-54
• 4.3.1 水下推力建模46-51
• 4.3.2 水下推力仿真分析51-54
• 4.4 水下計算流體力學仿真54-63
• 4.4.1 CFD與ANSYS介紹54-55
• 4.4.2 數(shù)值計算方法55-57
• 4.4.3 不同擺速下的推力仿真57-59
• 4.4.4 尾鰭角度變化時的推力分析59-60
• 4.4.5 頭部設(shè)計優(yōu)化60-61
• 4.4.6 水下姿態(tài)控制仿真61-63
• 4.5 機器人水下實驗63-64
• 4.5.1 水下直行實驗63
• 4.5.2 水下俯仰實驗63-64
• 4.5.3 水下偏航實驗64
• 4.6 本章總結(jié)64-65
• 第5章 兩棲蛙板機器人的優(yōu)化設(shè)計65-71
• 5.1 雙擺臂運動改進機構(gòu)65-69
• 5.2 前輪主動驅(qū)動設(shè)計69-70
• 5.3 反偏向輪與尾鰭的控制70
• 5.4 本章總結(jié)70-71
• 結(jié)論71-72
• 參考文獻72-77
• 攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單77-78
• 致謝78

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