仿生水黽機(jī)器人建模及性能研究.pdf

1、水黽昆蟲是一種通過表面張力站立在水面上，能夠快速的前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎以及跳躍，并且對(duì)于水面的干擾非常小。仿生水黽機(jī)器人能夠靈活的在水面前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎。水黽機(jī)器人不僅僅能夠進(jìn)行水域的水文監(jiān)測(cè)、軍事探測(cè)，還能夠進(jìn)入管道等狹小的空間進(jìn)行多種探測(cè)，應(yīng)用范圍十分廣泛。
　　本文以水黽昆蟲為研究對(duì)象，根據(jù)水黽的結(jié)構(gòu)以及運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，提出了仿生水黽機(jī)器人的設(shè)計(jì)思路。分析了水黽的結(jié)構(gòu)以及運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，通過楊氏方程研究超疏水圓柱體的入水模型，仿真計(jì)算了水面的變形曲線，

2、進(jìn)而計(jì)算出了圓柱體在水中的承載力，驗(yàn)證了用疏水腿制作的機(jī)器人承載力較差，達(dá)不到承載監(jiān)測(cè)設(shè)備的要求。
　　本文根據(jù)水黽的特點(diǎn)提出了一種新型的劃水驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，利用兩個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)劃水板進(jìn)行劃水-抬腿-回腿-劃水的劃水過程，該機(jī)構(gòu)能夠很好的復(fù)現(xiàn)水黽的劃水過程。根據(jù)水黽在水中滑行時(shí)運(yùn)用腿部的移動(dòng)平衡自身的姿態(tài)，提出了一種新型的姿態(tài)變換機(jī)構(gòu)，利用力-角穩(wěn)定裕度分析機(jī)器人的穩(wěn)定性，驗(yàn)證了設(shè)想。
　　運(yùn)用流體力學(xué)知識(shí)，對(duì)機(jī)器人的劃水板進(jìn)行建

3、模?？紤]到機(jī)器人的初始速度會(huì)對(duì)劃水板產(chǎn)生多余的阻力，對(duì)劃水板形狀進(jìn)行改進(jìn)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論結(jié)果。運(yùn)用CFD仿真軟件（STAR-CCM+）對(duì)機(jī)器人不同的支撐腿形狀（球體、圓臺(tái)體、扁橢球、寬橢球）進(jìn)行水動(dòng)力學(xué)計(jì)算，選用水阻力較小的扁橢球作為支撐腿能夠有效的增加機(jī)器人的前進(jìn)效率。
　　在以上研究的基礎(chǔ)上，制作機(jī)器人樣機(jī)，并在實(shí)驗(yàn)室條件下，對(duì)樣機(jī)進(jìn)行前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了之前對(duì)于機(jī)器人分析以及研究的正確性，該機(jī)器人具有良好的靈活