仿生水上行走機(jī)器人研究.pdf

1、仿生水上行走機(jī)器人是指主要靠水表面張力浮于水面，能夠在水上自由運(yùn)動(dòng)，并且?guī)椭祟愅瓿梢欢ㄈ蝿?wù)的微型機(jī)器人，其仿生原型為水黽、水蜘蛛等水上昆蟲(chóng)。仿生水上行走機(jī)器人研究是一個(gè)綜合仿生學(xué)、微機(jī)電系統(tǒng)、納米材料以及表面化學(xué)等學(xué)科的交叉前沿課題，目前仍處于起步階段，被卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的Metin Sitti教授稱為“是對(duì)微型機(jī)器人研究的極限挑戰(zhàn)”。未來(lái)仿生水上行走機(jī)器人的應(yīng)用涉及水質(zhì)監(jiān)測(cè)、水上偵查、水上救援等領(lǐng)域。因此，仿生水上行走機(jī)器人的研究，不

2、僅具有重要的科學(xué)意義，而且在民用和軍事上具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
　　論文主要從表面界面角度對(duì)水黽的漂浮機(jī)理進(jìn)行研究，推導(dǎo)仿生水上行走機(jī)器人負(fù)載能力計(jì)算方法，從流體力學(xué)角度對(duì)水黽等水上昆蟲(chóng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)受力分析，基于螺旋副原理研制無(wú)線遙控螺旋驅(qū)動(dòng)式實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，并對(duì)其負(fù)載能力、運(yùn)動(dòng)情況以及穩(wěn)定性進(jìn)行研究分析。
　　首先，建立了單支撐腿和多支撐腿并列兩種模型，并推導(dǎo)這兩種模型的浮力計(jì)算方法。在此基礎(chǔ)上，分析接觸角與支撐腿截面半徑對(duì)浮力的

3、影響。最后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)所推導(dǎo)的理論進(jìn)行驗(yàn)證分析，為仿生水上行走機(jī)器人負(fù)載能力計(jì)算提供參考。
　　其次，建立了插板模型，通過(guò)分析插板模型所產(chǎn)生的凹槽輪廓，推導(dǎo)凹槽排出的水的體積力的計(jì)算方法。并在此基礎(chǔ)上，分析水黽、水蜘蛛在水表面滑動(dòng)時(shí)腿部的受力情況，為仿生水上行走機(jī)器人運(yùn)動(dòng)受力分析提供參考。
　　最后，基于論文推導(dǎo)的支撐腿浮力計(jì)算理論以及驅(qū)動(dòng)腿運(yùn)動(dòng)受力分析方法，研制了無(wú)線遙控螺旋驅(qū)動(dòng)式仿生水上行走機(jī)器人實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，并分析了實(shí)驗(yàn)樣