機(jī)器魚被動推進(jìn)的理論分析與仿真研究.pdf

1、目前，仿魚水下推進(jìn)器已成為仿生科研領(lǐng)域的一個研究熱點(diǎn)，其中仿鮪科推進(jìn)模式的水下推進(jìn)器由于具備能源利用率高，推進(jìn)速度快，適于長時間、大范圍、較復(fù)雜工況的的水下作業(yè)等特點(diǎn)，成為研究的重點(diǎn)。仿魚水下推進(jìn)技術(shù)在海洋生物考察、海底勘探、救生以及軍事領(lǐng)域具有很高的應(yīng)用價(jià)值。本課題依托機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研究課題“魚體利用流場能量的推進(jìn)行為及新型仿魚機(jī)器人的研究”，開展了對鮪科模式魚類游動力學(xué)特性的基礎(chǔ)理論研究。
　　本文通過對比

2、分析兩足機(jī)器人高效運(yùn)動的研究方法，提出了結(jié)合步行數(shù)據(jù)法和被動動力學(xué)法對仿生機(jī)器魚的運(yùn)動進(jìn)行理論與仿真分析的新思路。按照步行數(shù)據(jù)法，通過對鯉魚游動姿態(tài)進(jìn)行圖像分析，根據(jù)魚體上每一點(diǎn)的運(yùn)動均滿足縱橫諧波頻率比為2:1的李薩如方程的特點(diǎn)，建立了基于李薩如圖形的魚體運(yùn)動學(xué)新模型。并借助Matlab軟件對該模型進(jìn)行了仿真分析，驗(yàn)證了其具有更高逼近精度的優(yōu)越性。同時，結(jié)合真實(shí)魚類運(yùn)動的生理結(jié)構(gòu)，建立了機(jī)器魚被動推進(jìn)的仿真模型，并根據(jù)現(xiàn)有效率公式存在

3、的缺陷，提出了兩種評價(jià)魚類穩(wěn)態(tài)游動時效率高低的新方法。
　　在理論分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用動網(wǎng)格技術(shù)進(jìn)行了靜水環(huán)境下被動尾鰭推進(jìn)的二維流場仿真研究，分別探討了儲能彈簧的剛度變化規(guī)律以及魚體波波數(shù)變化規(guī)律對整魚推進(jìn)水動力性能的影響。并通過模擬順?biāo)?、逆水勻?qiáng)流場以及正逆卡門渦街等典型流場，結(jié)合本文所提出的兩種效率評定函數(shù)，進(jìn)行了典型運(yùn)動流場環(huán)境中，魚體波動與流場間能量交換作用的仿真研究，對比分析了魚體以不同姿態(tài)穿越正、逆卡門渦街時的水動力性