水下仿生滑翔機器人機構(gòu)設(shè)計及水動力學(xué)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(jié)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(zhì)監(jiān)測、水下柱形區(qū)域取樣等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　本文設(shè)計了一種具有仿生尾鰭的水下滑翔機器人，該機構(gòu)通過內(nèi)部質(zhì)量塊的平移、旋轉(zhuǎn)、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?；柽\動。在此基礎(chǔ)上，利用

2、流體力學(xué)理論，建立了所設(shè)計水下仿生滑翔機器人的水動力學(xué)模型，得到了其穩(wěn)態(tài)螺旋方程和定常滑翔運動方程。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(diào)節(jié)機構(gòu)質(zhì)心位置、尾鰭角、橫滾調(diào)節(jié)機構(gòu)質(zhì)心旋轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)彎半徑和垂直速度之間的關(guān)系，以及每種穩(wěn)態(tài)螺旋運動所對應(yīng)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(diào)節(jié)機構(gòu)質(zhì)心位置，殼體重心位置、凈浮力質(zhì)量與航速和俯仰角之間的關(guān)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(gòu)設(shè)計。該滑翔機器人不僅可以通過仿生尾鰭驅(qū)動，也可通過浮力調(diào)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(xué)建模。推導(dǎo)了地面坐標(biāo)系、體坐標(biāo)系和速度坐標(biāo)系相互之間的轉(zhuǎn)換矩陣，然后依據(jù)轉(zhuǎn)換矩陣推導(dǎo)了仿生滑翔機器人的運動學(xué)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(xué)方程。⑶分析了水下仿生滑翔機器人的動力學(xué)行為。利用所得仿生滑翔機器人水動力學(xué)模型，分析并給出了其三維螺旋運動和定常