浅析一种仿水母式机器人的研究

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1、Y1zll390分类号工学硕士学位论文密级：编号一种仿水母式机器人的研究硕士研究生：杨云春指导教师：叶秀芬教授学科、专业：控制理论与控制工程哈尔滨工程大学2007年6月分类号：——UDC：工学硕士学位论文密级：——编号：一种仿水母式机器人的研究硕士研究生：指导教师：学位级别：学科、专业：所在单位：论文提交日期：论文答辩曰期：学位授予单位：杨云春叶秀芬教授工学硕士控制理论与控制工程自动化学院2007年5月2007年6月20曰哈尔滨工程大学哈尔滨¨掣人学硕十学仲论文摘要2l世纪是人类开发海洋的世纪，随着海洋开发需

2、求的增长及技术的进步，适应各种非结构化环境的水下机器人得到迅猛的发展。由于仿生机器人具有效率高、机动性能好、噪音低、对环境扰动小的特点，在海洋考察、环境检测以及军事领域具有重要的应用前景。本论文研究来自于国家863项目“低电压驱动水中多功能微型仿生机器人系统研究”。论文以水母为仿生对象，通过对水母的观察和仿生研究，提出并研制了一种仿水母式机器人。设计了基于SMA和ICPF联合驱动的仿水母水下微机器入的本体结构；在运动机理分析和结构参数优化的基础上，建立了SMA驱动器形变和输出力动态模型；通过分析悬臂梁结构的连

3、接杆件弯曲变形模型，从而计算出了SMA驱动器收缩时机器人内部体积的变化；建立了仿生水母机器人动力学模型，推导出了推进力与SMA驱动器形变关系；针对该模型的运动特点，设计了基于AVR单片机的SMA驱动模块和ICPF驱动模块，建立了整个推进系统的硬件平台。论文最后建立了仿水母式机器人实验系统，对水母式仿生机器人进行了驱动性能测试和推进实验，验证了系统设计的可行性。关键词：仿水母机器人；SMA"ICPF；动力学模型哈尔滨¨犁大学硕十学仲论文AbstractThe2Istcenturyisacenturyofocea

4、n．Withtheincreasingneedofoceanexplorationanddevelopmentoftechniques，manyunderwaterrobotshavebeendevelopedforvariOUSunstructuredenvironment．Theresearch0nbiomimeticmicrorobot,whichhasmanycharacteristicssuchashighefficiency,excellentmaneuverability,lownoiseand

5、lessdisturbancetotheenvironment，hasimportantapplicationprospectsinthefieldofoceanobservation，environmentalmonitoringandmilitary．ThisworkissupportedbytheNationalHi曲TechnologyResearchandDevelopmentProgramofChina．Inthispaper,wetakethejellyfishasamimeticobjecta

6、nddevelopajellyfish—likeunderwatermicrorobotthroughobservationandbionicstudy．AcombineddrivingmechanismofSMAandICPFisdesignedforthemainstructureBasedontheanalysisofkinematicsandoptimizationofstructureparameters，adynamicmodelwhichillustratestherelationofdefor

7、mationandoutputforceofSMAisbuilt．Byanalyzingthebendingdeflectionofbindinymechanismofcantileverstructure，wecancalculateacubagechangeinsidethemicrorobotwhenSMAiSshrinking．Andweestablishedthedynamicmodelofthemicrorobot．WededucedarelationbetweendeformationofSMA

8、anditspropulsionforce．Accordingtothecharacteristicofmovementofthemicrorobot，wedesignedahardwaredrivingmoduleforSMAbasedonAVRmicrocontrollerandICPFdrivingmodule，andestablishedthehardwareplatformoftheent