MPF-BCF協(xié)同推進(jìn)的仿生機(jī)器魚設(shè)計(jì)及其動(dòng)力學(xué)分析.pdf

1、隨著信息化、工業(yè)化不斷融合，以機(jī)器人科技為代表的智能產(chǎn)業(yè)蓬勃興起，成為現(xiàn)時(shí)代科技創(chuàng)新的一個(gè)標(biāo)志。仿生機(jī)器魚具有高速、高效率、機(jī)動(dòng)性、低噪音等特點(diǎn)，其技術(shù)在水下應(yīng)用，逐漸成為海洋資源開發(fā)工具，對(duì)水下機(jī)器人的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和直接的軍事價(jià)值。本文通過對(duì)MPF推進(jìn)模式和BCF推進(jìn)模式的研究，設(shè)計(jì)了一款二自由度劃水模式胸鰭和三關(guān)節(jié)柔性尾鰭協(xié)同推進(jìn)的仿生鱈魚機(jī)器魚，通過建立水動(dòng)力學(xué)模型、數(shù)值分析以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確定了直游、倒退、轉(zhuǎn)彎、停車的游

2、動(dòng)模態(tài)，具體內(nèi)容如下：
　　(1)完成了仿生機(jī)器魚二自由度胸鰭、三關(guān)節(jié)柔性身體及尾鰭機(jī)構(gòu)、以及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。結(jié)合多鰭拍動(dòng)MPF推進(jìn)模式和BCF推進(jìn)模式的優(yōu)點(diǎn)，完成了能夠?qū)崿F(xiàn)前后拍翼、搖翼運(yùn)動(dòng)，以及兩者復(fù)合運(yùn)動(dòng)的二自由度劃水模式胸鰭推進(jìn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及三關(guān)節(jié)柔性身體及尾鰭機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。根據(jù)形態(tài)仿生以及水動(dòng)力學(xué)對(duì)魚體的要求，進(jìn)行了魚體外殼設(shè)計(jì)，并完成了樣機(jī)的加工及調(diào)試。
　　(2)完成了仿生機(jī)器魚水動(dòng)力學(xué)建模以及水動(dòng)力學(xué)分析。根據(jù)

3、仿生機(jī)器魚劃水模式胸鰭、三關(guān)節(jié)柔性尾鰭以及MPF/BCF協(xié)同推進(jìn)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，綜合考慮流體力學(xué)因素，分別建立了仿生機(jī)器魚二自由度胸鰭推進(jìn)及三關(guān)節(jié)柔性身體及尾鰭推進(jìn)的水動(dòng)力學(xué)模型，并利用微元分析法給出了仿生機(jī)器魚身體、胸鰭、尾鰭等的受力情況，最終確定了仿生機(jī)器魚的水動(dòng)力學(xué)方程。
　　(3)通過數(shù)值分析、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法確定了仿生機(jī)器魚直線游動(dòng)、倒退、轉(zhuǎn)彎、停車等模態(tài)。利用水動(dòng)力學(xué)方程，通過數(shù)值仿真分析，分別確定實(shí)現(xiàn)上述游動(dòng)模態(tài)的水動(dòng)