仿生水下拱泥機(jī)器人設(shè)計(jì).pdf

1、近年來(lái)，人類模仿生物的運(yùn)動(dòng)機(jī)理及特殊結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了許多新型智能化的仿生機(jī)械人。設(shè)計(jì)的仿生水下拱泥機(jī)器人為后續(xù)的仿生水下拱泥機(jī)器人的實(shí)用化奠定了一定基礎(chǔ)。能夠取替人類完成一些惡劣環(huán)境下人類無(wú)法完成的工作任務(wù)。對(duì)于養(yǎng)殖業(yè)、水下考古、水下探險(xiǎn)、測(cè)量水底污染程度、沉船事故救援具有重要的意義。文章以蚯蚓和泥鰍為仿生研究對(duì)象，以設(shè)計(jì)仿生水下拱泥機(jī)器人為研究目的，做了以下研究?jī)?nèi)容：
　　（1）利用相關(guān)設(shè)備對(duì)蚯蚓和泥鰍的結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，并分析蚯蚓和泥

2、鰍的運(yùn)動(dòng)機(jī)理。蚯蚓主要依靠體壁的環(huán)肌與縱肌的交替收縮向前蠕動(dòng)。泥鰍主要靠尾鰭、背鰭和腹鰭保持平衡，靠胸鰭的擺動(dòng)來(lái)改變前進(jìn)方向，同時(shí)尾鰭來(lái)回?cái)[動(dòng)提供向前的推力。
　?。?）根據(jù)蚯蚓和泥鰍的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)機(jī)理設(shè)計(jì)出了兩種仿生水下拱泥機(jī)器人。仿泥鰍機(jī)器人拱泥頭部分只能上下運(yùn)動(dòng)而無(wú)法旋轉(zhuǎn)；仿蚯蚓機(jī)器人的拱泥頭部分不僅可以擺動(dòng)360度，而且能夠旋轉(zhuǎn)。仿泥鰍機(jī)器人只能改變運(yùn)動(dòng)方向而無(wú)法后退；仿蚯蚓機(jī)器人不僅能改變運(yùn)動(dòng)方向，而且還可以后退。通過(guò)對(duì)這

3、兩種仿生水下拱泥機(jī)器人的結(jié)構(gòu)優(yōu)劣對(duì)比，最后選擇了以蚯蚓為仿生對(duì)象的仿蚯蚓水下拱泥機(jī)器人。
　　（3）應(yīng)用土力學(xué)的基本原理和莫爾-庫(kù)倫強(qiáng)度理論對(duì)設(shè)計(jì)出的仿蚯蚓水下拱泥機(jī)器人進(jìn)行土力學(xué)分受力析，構(gòu)建了仿蚯蚓水下拱泥機(jī)器人的土力學(xué)模型。通過(guò)計(jì)算可知仿蚯蚓水下拱泥機(jī)器人往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)到0.03m/s，最大轉(zhuǎn)彎角度為18°。
　　（4）為仿蚯蚓水下拱泥機(jī)器人選擇相應(yīng)的傳感器及導(dǎo)航系統(tǒng)。利用加速傳感器和陀螺儀對(duì)仿蚯蚓水下拱泥機(jī)器人進(jìn)行

4、導(dǎo)航定位。還利用三維電子羅盤對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)修正機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向和姿態(tài)角度，提高導(dǎo)航系統(tǒng)的精確率和穩(wěn)定性。方便操作人員掌握和了解機(jī)器人工作狀態(tài)，可以隨時(shí)改變機(jī)器人的相關(guān)參數(shù)。
　?。?）利用生命周期評(píng)價(jià)方法及GaBi軟件對(duì)仿蚯蚓水下拱泥機(jī)器人進(jìn)行了生命周期評(píng)價(jià)。選取溫室氣體、酸化、富營(yíng)養(yǎng)化、光化學(xué)氧化物、臭氧消耗及能源消耗六種環(huán)境影響指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。環(huán)境影響指標(biāo)排放量的評(píng)價(jià)結(jié)果為溫室氣體935.78kg、酸化6.94kg、富營(yíng)養(yǎng)化0.62