機器魚柔性脊骨的仿真和實驗研究.pdf

1、近年來，由于仿生機器魚可以進行長時間、大范圍、較復雜工況的水下作業(yè)，可以用于機動性能要求較高的場合，也可以進行海洋生物考察、海底勘探和海洋救生等許多場合，所以，具有快速、高效巡航游動以及高機動性鲹科魚類引起了國內(nèi)外學術界的廣泛關注。本課題依托國家自然基金項目“仿魚鰭水下推進器的理論與實驗研究”，對鲹科推進模式魚類的仿生機器魚進行運動學模型的建立和新型柔性脊骨結構的設計分析。
　　本文進行了鲹科魚運動學的理論研究和柔性脊骨的優(yōu)化設計

2、。以鲹科推進模式魚類為研究對象，將鯉魚作為鲹科魚的代表，取其游動圖像進行處理和分析，建立機器魚一維穩(wěn)態(tài)直線游動的運動學模型。并借助Matlab軟件對該運動模型進行仿真分析和驗證。以機器魚一維穩(wěn)態(tài)直線游動的運動學模型為基礎，采用參數(shù)優(yōu)化設計方法，對鲹科推進模式機器魚的柔性脊骨結構進行優(yōu)化設計。根據(jù)參數(shù)優(yōu)化設計，得出柔性脊骨比剛性脊骨能夠更好復現(xiàn)運動學模型曲線的優(yōu)越性。
　　在理論分析和優(yōu)化設計的基礎上，對柔性脊骨進行了仿真分析和實驗

3、研究。運用ANSYS有限元分析軟件，依據(jù)六關節(jié)柔性脊骨的優(yōu)化設計尺寸，建立有限元模型，并分析其擺動姿態(tài)和力學性能。通過變形姿態(tài)分析，驗證了柔性脊骨有限元模型能夠正確的復現(xiàn)運動學模型。通過靜力分析，改進了柔性脊骨的厚度尺寸序列。通過瞬態(tài)動力學分析，得到機器魚柔性脊骨側向位移和彈性回復力的動態(tài)關系特性。依據(jù)理論分析和仿真分析的結果，設計加工了柔性脊骨實體，并對其進行了變形姿態(tài)和靜力實驗。通過實驗驗證了本文運動學模型、優(yōu)化設計和仿真分析的正確