仿生机器水母推进理论及实验地研究

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1、国内图书分类号：TP242.6学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文仿生机器水母推进理论与实验研究（工程硕士）硕士研究生：王鹏导师：刘建国副教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2014年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学万方数据ClassifiedIndex:TP242.6U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTHEPROPULSIONMECHANISMOFANOVALBIOMIMETICJELLYFISH(Ma

2、sterofEngineering)Candidate：WangPengSupervisor：Prof.LiuJanGuoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicsEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July,2014Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology万方数据哈尔滨工业大学工程硕士学位论文

3、摘要无人水下运载系统伴随着人类探索海洋、开发海洋逐渐加快的步伐得到了较快的发展，其中以鱼类等水生生物为推进系统仿生原型的机器正受到越来越多的关注。相比于传统的波状游动鱼类，水母具备较高的运动灵活性、环境适应性和目标隐蔽性，同时还具有高效的流场能量利用机制，适合作为海洋深潜、洋流观测、目标侦查以及武器运载等水下机器的仿生原型。关于水母推进机理的研究在近几年较为活跃，相继开发出了多种不同驱动形式的水母机器人，但目前的研究主要集中在厘米级尺度，关于直径为1米左右的中型水母研究较少。由于中型水母在工程应用中具有较为良好的前景，因此本文将通过理论分析和水下实验研究其

4、推进机理。本文以霞水母为研究对象，对霞水母的运动机理进行了分析，描述其基本运动。考虑水母的推进运动，建立了水母钟状体收缩和舒张的动力学模型，对其进行了动力学分析，分析水母在水中推进时的受力情况，以及减少推进阻力的方法。在仿生学研究、动力学分析的基础上，设计了仿生机器水母样机，该样机采用一个伺服电机来驱动六个辅助触角，六个辅助触角的往复摆动带动覆盖在上面的硅胶外皮，从而带动类似于水母的钟状体结构的柔性硅胶实现收缩和舒张运动。应用仿真软件ADAMS，对水母六只触角组成的钟状体结构进行简化，并进行动力学分析和动力学仿真，分析机器水母触角在水中受力情况，为实验做好

5、理论基础。对控制系统进行设计，根据动力学分析明确水母需要实现的基本运动，加工、装配得到仿生水母实验样机，对仿生机器水母样机进行调试和推进性能实验，实验分析得到了机器水母的水下的运动情况，对实验结果进行分析，获得实验数据。关键词：仿生学；机器水母；运动机理；动力学分析-I-万方数据哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractAshuman’sexplorationanddevelopmentofoceanspeedsupgradually,theunmannedunderwatertransfersystemobtainsfastdevelopment.T

6、hereinto,machinesbasedonfishandotheraquaticorganismswhichmotionwithbionicpropulsionsystemarereceivingmoreandmoreattention.Comparedtothetraditionalwaveswimmingfish,jellyfishhasbetterflexibility,environmentaladaptabilityandconcealmentofthetargetmotion,andalsohasthemechanismwitheffic

7、ientutilizationoftheflowfieldenergy,issuitableforunderwaterprototypemachineofoceandives,observation,targetdetectionandweapontransportation.Propulsionmechanismaboutjellyfishactivesinrecentyears,theresearcheshavedevelopedavarietyofjellyfishrobotswithdifferentdrivingforms.Butcurrents

8、tudiesmainlycentralizewithincenti