水下仿生滑翔機器人機構設計及水動力學分析.pdf

1、水下仿生滑翔機器人是一種新型的水下機器人，它將水下滑翔器和仿生機器魚的優(yōu)勢特征結合在一起，使得仿生滑翔機器人不僅能夠在水下長時間航行，還可以提高機動性與定位精度，這些特點使得水下仿生滑翔器在河流和湖泊等環(huán)境的水質監(jiān)測、水下柱形區(qū)域取樣等領域具有廣泛的應用前景。
　　本文設計了一種具有仿生尾鰭的水下滑翔機器人，該機構通過內部質量塊的平移、旋轉、仿生尾鰭的偏置以及外部皮囊的伸縮等可實現(xiàn)小半徑三維螺旋運動和定常滑翔運動。在此基礎上，利用

2、流體力學理論，建立了所設計水下仿生滑翔機器人的水動力學模型，得到了其穩(wěn)態(tài)螺旋方程和定?；柽\動方程。進而對仿生滑翔機器人三維螺旋運動進行了分析，給出了俯仰調節(jié)機構質心位置、尾鰭角、橫滾調節(jié)機構質心旋轉角與轉彎半徑和垂直速度之間的關系，以及每種穩(wěn)態(tài)螺旋運動所對應的輸出變量初值的取值范圍；同時對其定?；柽\動進行了分析，給出了俯仰調節(jié)機構質心位置，殼體重心位置、凈浮力質量與航速和俯仰角之間的關系。本研究創(chuàng)新點主要包括：⑴完成了水下仿生滑翔機

3、器人機構設計。該滑翔機器人不僅可以通過仿生尾鰭驅動，也可通過浮力調節(jié)裝置實現(xiàn)滑翔推進，還可以實現(xiàn)二者混合推進。⑵建立了水下仿生滑翔機器人的水動力學建模。推導了地面坐標系、體坐標系和速度坐標系相互之間的轉換矩陣，然后依據(jù)轉換矩陣推導了仿生滑翔機器人的運動學方程，并通過分析仿生滑翔機器人所受力和力矩得到了仿生滑翔機器人的水動力學方程。⑶分析了水下仿生滑翔機器人的動力學行為。利用所得仿生滑翔機器人水動力學模型，分析并給出了其三維螺旋運動和定常