仿鱼类摆动推进技术研究

发布时间：2023-10-30 20:29

　　鱼类在亿万年的演化中,已经进化成为拥有最适合水下游动的身体结构和最有效率的运动形式,在生物学上的研究已经表明鱼类可以通过改变自身的刚度来提高游动性能,本文基于鱼类的以上特点研究一种多关节结构、仿肌肉驱动方式和具有变刚度功能的新型仿鱼类摆动推进技术。本文以鲟鱼为仿生对象,开展鱼类结构特征与运动特征的理论研究,得到了鲟鱼在运动时各个关节在同一周期内按一定时间序列运动的规律。基于鱼类生理构造和肌肉驱动原理,提出一种新型的多关节结构和仿肌肉驱动理论方法。根据鱼类在游动时的变刚度特性提出并验证了一种适用于多关节串联结构的通过气压改变刚度方案。建立了变刚度系统的数学模型,运用悬臂梁理论分析了气压载荷和固有频率的数学联系,并运用有限元方法仿真分析了气压与固有频率的关系。进行了推进系统的运动学和动力学研究。建立推进系统水动力的数学模型,运用Lagrange方程建立推进系统的力学模型,采用ADAMS动力学仿真软件建立推进系统的虚拟样机,进行推进系统的动力学仿真,分析得到了推进系统的推进性能与尾部摆动频率的关系。研制了一种新型的仿鱼类摆动推进系统,该系统采用多关节结构,运用仿肌肉驱动方式,其骨骼结构为刚性...

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第1章 绪论
    1.1 课题研究的目的和意义
    1.2 仿鱼类摆动推进原理的研究概述
        1.2.1 仿鱼类机器人摆动推进模式的分类及特点
        1.2.2 仿鱼类摆动推进机理概述
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 仿鱼类机器人推进系统结构研究现状
        1.3.2 仿鱼类机器人鱼体刚度的研究现状
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 仿鱼类摆动推进技术基础研究
    2.1 引言
    2.2 仿生原型鱼运动姿态及结构分析
        2.2.1 原型鱼运动姿态采集
        2.2.2 原型鱼结构研究
    2.3 仿鱼类摆动推进系统传动结构布局设计及驱动方式设计
        2.3.1 多关节传动结构布局及运动分析
        2.3.2 仿肌肉驱动方式设计
        2.3.3 变刚度系统设计
        2.3.4 尾部结构设计
    2.4 本章小结
第3章 推进系统变刚度机理仿真及动力学研究
    3.1 引言
    3.2 基于ANSYS/Workbench的推进系统固有频率分析
        3.2.1 有限元模型的参数
        3.2.2 推进系统尾部有限元几何模型的建立
        3.2.3 有限元分析网格划分
        3.2.4 有限元分析方法
        3.2.5 推进系统气压与固有频率的定量关系
    3.3 仿鱼类摆动推进系统动力学建模
        3.3.1 研究对象的选取和简化
        3.3.2 动力学分析坐标系建立及广义坐标的选取
        3.3.3 推进系统水动力学分析
        3.3.4 游动时的动力学数学模型的建立
    3.4 推进系统的动力学仿真
        3.4.1 推进系统虚拟样机建立
        3.4.2 推进系统速度仿真
        3.4.3 鱼头摆动特性仿真
    3.5 本章小结
第4章 仿鱼类摆动推进系统实验样机研制
    4.1 引言
    4.2 仿鱼类摆动推进系统实验样机设计
        4.2.1 仿鱼类摆动推进系统总体设计
        4.2.2 仿鱼类摆动推进系统结构设计
        4.2.3 硅胶结构模具设计与制造
        4.2.4 推进系统样机各刚性零件制造
    4.3 控制系统设计
    4.4 仿鱼类摆动推进系统实验样机的组装
    4.5 推进系统的配重和密封
        4.5.1 推进系统的配重
        4.5.2 推进系统的密封
    4.6 本章小结
第5章 推进系统样机推进性能实验研究
    5.1 引言
    5.2 仿鱼类摆动推进系统的实验方案
        5.2.1 推进系统实验的研究内容
        5.2.2 实验方法的设计
        5.2.3 实验水池的设计
    5.3 实验数据采集及分析
    5.4 实验结论
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢



本文编号：3859136