轮桨式两栖机器人的设计与运动性能研究

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1、学校代码：10264研究生学号：M150650729上海海洋大学硕士学位论文轮桨式两栖机器人的设计与运动性题目：能研究DesignandMovementPerformanceofa英文题目：Wheel-PropellerAmphibiousRobot专业：机械工程研究方向：海洋工程装备姓名：王董测指导教师：吴子岳二O一八年六月六日上海海洋大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容

2、。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日上海海洋大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权上海海洋大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密□学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日上海海洋大学硕士学位论文答辩委员会成员名单姓名工作

3、单位职称备注张东民上海应用技术大学教授主席孙士斌上海海事大学副教授委员仝光上海电机学院副教授委员委员委员委员委员吴迪上海海洋大学讲师秘书答辩地点工程学院308室答辩日期2018.5.22上海海洋大学硕士学位论文轮桨式两栖机器人的设计与运动性能研究摘要目前，国内外面临着最严重的问题就是能源短缺以及环境污染，所以人类已经大力投入到新能源的开发和利用工作中。然而，在能源的开发和利用过程中有很多工作是人类无法完成的，其中就包括很多浅海的工作，因此两栖机器人称为如今的一个研究热点领域。普通机器人一般只能在陆地或水流单一环境中运动，无法实现水陆两栖运动，所以设计和研究一种不仅能够

4、在陆地工作而且能够在水中工作的两栖机器人至关重要。本文针对目前存在的两栖机器人进行了分类研究，总结出目前存在的轮式两栖机器人的特点和问题，并针对现存问题，提出了一种新的轮式两栖机器人设计方案，即一种车轮可收放式轮桨一体两栖机器人，该机器人可以在水陆两栖环境下工作，通过运动切换机构来实现两种环境下的运动，同时实现车轮收放功能，以此缩减两栖机器人在水中由于车轮机构而引起的行驶阻力，实现两栖机器人在水中运动时的减阻增速。本文具体工作如下：（1）根据行走方式的不同，对国内外典型两栖机器人进行了分类介绍，重点对本文所涉及的轮式两栖机器人进行分析研究。通过对现存的轮式两栖机器人在

5、水中推进方式的不同，以喷水推进、螺旋桨推进和划水推进进行分类，对三类轮式两栖机器人的优缺点进行总结，以轮桨式两栖机器人为导向，引出本文的研究意义和研究内容。（2）参考船舶理论，对两栖机器人在水中运动时的行驶阻力成分进行研究，指出减小两栖机器人水中行驶阶段形状阻力的必要性，进而提出设计方案。给出了本文所研究轮桨一体式行走机构和车轮收放机构的工作原理和实现方法，为后续车体设计及运动性能研究提供依据。（3）车体的减阻优化设计。分别对机器人车首、车尾和截面轮廓进行选型设计，运用拉丁超立方方法对机器人导流角和长宽比等参数进行参数优化，通过模拟车尾尾迹涡流选择车尾构型，最后得到机

6、器人的具体结构参数。（4）根据机器人具体结构参数，结合机器人运动学知识构建机器人运动模型，对机器人水陆环境下进行运动分析。首先分析了机器人在陆地环境中爬坡和横坡运动时的抗倾覆性，然后重点描述该两栖机器人在水中发生横倾时，浮心、重心I上海海洋大学硕士学位论文等变化规律，验证其水中运动时的稳定性。（5）利用Fluent软件，对两栖机器人在车轮收起前后的水上运动性能进行数值模拟，以验证其机构在水上运动时减阻增速的有效性。首先简单介绍了Fluent流体软件的求解过程和流体动力学控制方程，然后对本文所采用的水气两相流VOF模型进行理论分析和搭建。模拟完成后，通过比较不同水流速下

7、车轮收起前后的水气分布，车体表面所受静压、动压和速度矢量变化，验证车轮收放机构的有效性。（6）全文总结，对本文所设计的两栖机器人的研究内容和存在问题进行探讨，并对该机器人做了展望。关键词：轮桨一体两栖机器人，车轮收放，减阻增速，水气两相II上海海洋大学硕士学位论文DesignandMovementPerformanceofaWheel-PropellerAmphibiousRobotABSTRACTAtpresent,themostseriousproblemsathomeandabroadareenergyshortagesandenvironme