游動機(jī)器人設(shè)計(jì)及其參數(shù)辨識方法研究.pdf

1、鑒于微小型機(jī)器人在醫(yī)學(xué)、工業(yè)等領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用前景，國內(nèi)外學(xué)者對機(jī)器人結(jié)構(gòu)和推進(jìn)方式進(jìn)行了大量的研究工作。特別是微小型游動機(jī)器人高效靈活、無碰觸的運(yùn)動形式，在介入診療領(lǐng)域倍受青睞。
　　本文在充分分析了微生物鞭毛波動和旋進(jìn)運(yùn)動兩種運(yùn)動形式的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種采用矩形截面的螺旋絲結(jié)構(gòu)作為機(jī)器人推進(jìn)器，該推進(jìn)器不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且所能產(chǎn)生的推進(jìn)力也得到了大幅提升。根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動空間的特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了一種圓柱形機(jī)身，并在機(jī)身兩端分別設(shè)置一個

2、螺旋尾推進(jìn)結(jié)構(gòu)，使其不僅能適應(yīng)管道內(nèi)狹長的空間環(huán)境，還能獲得雙倍的推進(jìn)力。此外，本文還設(shè)計(jì)了一種嵌于機(jī)身側(cè)面，通過軸向滑動伸出而影響流場形態(tài)從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的換向機(jī)構(gòu)，其最大特點(diǎn)是工作狀態(tài)無需機(jī)器人徑向空間，符合管道內(nèi)狹長工作空間對機(jī)器人的要求。
　　在機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，本文重點(diǎn)對機(jī)器人機(jī)身頭端形狀和螺旋推進(jìn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了流體動力學(xué)仿真分析，并得到了最終的參數(shù)優(yōu)化結(jié)果，即:機(jī)身兩端外形采用拋物線輪廓，拋物線焦距與機(jī)身半徑的比值在0.

3、27左右為宜;螺旋尾外徑尺寸應(yīng)接近機(jī)身最大直徑;螺旋截面寬度取0.36倍的外徑;螺旋升角接近但小于45°;厚度取0.24～0.25倍螺距，或者在能保證螺旋結(jié)構(gòu)剛度的情況下，可采用小于0.05倍螺距的厚度;根據(jù)機(jī)器人工作空間的曲率半徑設(shè)計(jì)較多圈數(shù)的螺旋。
　　依據(jù)螺旋尾結(jié)構(gòu)參數(shù)的仿真結(jié)果，以及對流場特性和螺旋尾運(yùn)動特性的流體動力學(xué)仿真數(shù)據(jù)，本文基于抗力理論推導(dǎo)出了適用于所設(shè)計(jì)螺旋結(jié)構(gòu)的推進(jìn)力計(jì)算模型，并對數(shù)學(xué)模型的兩個系數(shù)進(jìn)行了擬合