胸鰭波動推進仿生機器魟魚設計研究.pdf

1、隨著海洋經濟的發(fā)展以及海洋權益保護的日益重要，對海洋勘測和救撈設備提出了更高的要求，與傳統螺旋槳推進的水下機器人相比，模仿魚類游動運動的仿生水下機器人具有更高的游動效率、機動性和穩(wěn)定性。魚類的胸鰭波動推進模式擁有比尾鰭擺動模式更高的機動性和穩(wěn)定性。本文以胸鰭波動推進游動的魟魚為仿生對象，通過形態(tài)仿生和運動功能仿生設計研制了一種胸鰭波動推進的仿生機器魟魚，為海洋資源的開發(fā)利用和潛水救撈提供了一種新型的水下搭載裝備平臺。
　　首先，通

2、過對仿生對象魟魚的形態(tài)學、生理學和運動學特征進行分析研究，為仿生機器魟魚的設計提供生物學基礎和仿生思路?；隰勽~的生物學特征和簡化假設，建立了魟魚的簡化物理模型。通過對胸鰭波動運動特征參數的辨識，建立了胸鰭的波動運動學模型并進行了仿真分析。借鑒抗力理論的基本思想，建立了魟魚胸鰭波動動力學模型。
　　其次，通過模仿魟魚的形態(tài)結構、胸鰭骨骼和肌肉結構研制了仿生機器魟魚，其外形結構模仿魟魚的扁平流線型身體，該機器魚由柔性波動胸鰭、殼體、

3、沉浮調節(jié)機構、電源和控制系統組成?；隰勽~游動機理，分析了機器魟魚的游動策略。
　　最后，對仿生機器魟魚樣機的推進性能進行了試驗研究。在不同的胸鰭波動頻率、波幅、波數和波動模式條件下，對樣機的推力、側向力和俯仰力進行了測量，分析了胸鰭波動參數對推進性能的影響。為了研究仿生樣機的游動性能，進行了直線游動、轉彎機動和沉浮運動試驗研究，結果表明仿生樣機能實現與魟魚近似的游動運動，游動具有較好的機動性，其最大直線游動速度為5.35cm/s