胸鰭波動(dòng)推進(jìn)仿生機(jī)器魟魚(yú)設(shè)計(jì)研究.pdf

1、隨著海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及海洋權(quán)益保護(hù)的日益重要，對(duì)海洋勘測(cè)和救撈設(shè)備提出了更高的要求，與傳統(tǒng)螺旋槳推進(jìn)的水下機(jī)器人相比，模仿魚(yú)類游動(dòng)運(yùn)動(dòng)的仿生水下機(jī)器人具有更高的游動(dòng)效率、機(jī)動(dòng)性和穩(wěn)定性。魚(yú)類的胸鰭波動(dòng)推進(jìn)模式擁有比尾鰭擺動(dòng)模式更高的機(jī)動(dòng)性和穩(wěn)定性。本文以胸鰭波動(dòng)推進(jìn)游動(dòng)的魟魚(yú)為仿生對(duì)象，通過(guò)形態(tài)仿生和運(yùn)動(dòng)功能仿生設(shè)計(jì)研制了一種胸鰭波動(dòng)推進(jìn)的仿生機(jī)器魟魚(yú)，為海洋資源的開(kāi)發(fā)利用和潛水救撈提供了一種新型的水下搭載裝備平臺(tái)。
　　首先，通

2、過(guò)對(duì)仿生對(duì)象魟魚(yú)的形態(tài)學(xué)、生理學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征進(jìn)行分析研究，為仿生機(jī)器魟魚(yú)的設(shè)計(jì)提供生物學(xué)基礎(chǔ)和仿生思路?；隰勽~(yú)的生物學(xué)特征和簡(jiǎn)化假設(shè)，建立了魟魚(yú)的簡(jiǎn)化物理模型。通過(guò)對(duì)胸鰭波動(dòng)運(yùn)動(dòng)特征參數(shù)的辨識(shí)，建立了胸鰭的波動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型并進(jìn)行了仿真分析。借鑒抗力理論的基本思想，建立了魟魚(yú)胸鰭波動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型。
　　其次，通過(guò)模仿魟魚(yú)的形態(tài)結(jié)構(gòu)、胸鰭骨骼和肌肉結(jié)構(gòu)研制了仿生機(jī)器魟魚(yú)，其外形結(jié)構(gòu)模仿魟魚(yú)的扁平流線型身體，該機(jī)器魚(yú)由柔性波動(dòng)胸鰭、殼體、

3、沉浮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、電源和控制系統(tǒng)組成?；隰勽~(yú)游動(dòng)機(jī)理，分析了機(jī)器魟魚(yú)的游動(dòng)策略。
　　最后，對(duì)仿生機(jī)器魟魚(yú)樣機(jī)的推進(jìn)性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。在不同的胸鰭波動(dòng)頻率、波幅、波數(shù)和波動(dòng)模式條件下，對(duì)樣機(jī)的推力、側(cè)向力和俯仰力進(jìn)行了測(cè)量，分析了胸鰭波動(dòng)參數(shù)對(duì)推進(jìn)性能的影響。為了研究仿生樣機(jī)的游動(dòng)性能，進(jìn)行了直線游動(dòng)、轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)動(dòng)和沉浮運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)研究，結(jié)果表明仿生樣機(jī)能實(shí)現(xiàn)與魟魚(yú)近似的游動(dòng)運(yùn)動(dòng)，游動(dòng)具有較好的機(jī)動(dòng)性，其最大直線游動(dòng)速度為5.35cm/s